統計分析軟件輔助生物統計學教學的探索與實踐

嚴明　薛凌云　郭淼　葛亞坤　徐銘恩

摘要：《生物統計學》是生命科學相關專業的重要專業基礎課，也是相關領域科學研究中不可或缺的重要工具。然而其教學內容抽象，在現有的教學方法和手段下，學生難以掌握相關理論且實際應用能力偏弱。為了提升教學效果，作者在前期教學基礎上，提出利用統計分析軟件輔助《生物統計學》教學的教學模式。實踐證明，該模式能幫助學生克服畏難情緒，有效激發學生的學習興趣，從而提高教學效果。

關鍵詞：統計軟件；生物統計學；本科教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）44-0164-02

生物統計學是數理統計原理在生物醫學領域的應用。作為生物醫學類各專業的重要基礎課，該課程旨在培養學生具備統計思維，能科學地設計試驗方案、收集整理試驗數據，并在此基礎上正確選擇、應用統計原理與方法對試驗結果進行分析，從而達到解決生物醫學研究和實踐中的實際問題的目的。通過該課程的學習，可培養學生分析、解決問題的能力，有利于提高學生的綜合素質。

然而，當前生物統計學教學面臨諸多挑戰。一方面，當前高校教學的發展趨勢是以適應社會需求為導向，突出應用性，因而專業基礎課學時有不同程度的縮減，生物統計學僅有32課時，教學時間有限。另一方面，生物統計學包含眾多關聯度高的抽象概念，公式多且難記憶。傳統教學模式以教師講授為主，教師既要介紹基本概念和原理，又要通過實例闡釋統計方法的應用，教學難度大；而學生要記憶大量公式和概念，還要通過反復練習鞏固、掌握基本的試驗設計和統計分析方法，學生普遍反映難以真正理解生物統計學的作用，不會靈活應用相關知識來解決實際問題，甚至不能正確地描述數據。課程結束后，學生會迅速遺忘學過的大部分知識，面對畢業設計和生產實踐中遇到的問題一籌莫展。

如何突破教學難點，在生物統計學有限的課堂教學時間內提高教學效率，讓學生真正的學以致用呢？通過近年來的教學實踐，筆者認為，重視和加強統計分析軟件的輔助教學作用是提升生物統計學教學效率的重要途徑。

一、統計分析軟件excel和SPSS簡介及應用

（一）Excel的功能及其在生物統計學教學中的應用

Microsoft Excel是微軟公司推出的辦公軟件Microsoft office的組件之一，提供大量統計函數，使用Excel可以實現如下統計分析功能。（1）用于數據整理和分析。試驗過程中獲得的試驗數據首先要輸入到統計分析軟件中進行保存和整理。Excel提供求和、求平均數等簡單運算，使用者可在Excel中對試驗數據進行初步整理后，再將數據導入其他統計軟件進行進一步的統計分析。（2）用于統計圖表繪制。以Excel2003為例，Excel提供了含柱狀圖、折線圖在內的共14種標準圖表類型供用戶選擇；用戶還可以根據需要對圖表區、繪圖區、坐標軸和圖表標題等的格式進行修改。（3）統計函數分析。Excel提供包括數學函數、文本函數、邏輯函數以及統計函數等基本函數供用戶使用，如COUNT、MAX等描述統計函數以及AVERAGE、STDEV等統計分析函數，可以幫助用戶完成簡單的統計分析和假設檢驗；Excel還在其分析工具庫中提供了一些統計分析程序，如t檢驗、方差分析及回歸分析等。因此，Excel友好的用戶界面和強大的統計計算功能使其除生物統計學外，在會計、經管等專業的本科教學中得到了廣泛應用。

（二）SPSS的功能及其在生物統計學教學中的應用

SPSS軟件是國際認可的專業統計分析軟件之一，最初由美國斯坦福大學的三名研究生于1968年開發成功，該軟件操作簡單易學，能夠快速準確的對大量的、復雜的專業數據進行統計分析。此外，SPSS還具備強大的制圖功能，可為用戶提供可視化的分析結果。因此，它是另一個適用于生物統計學教學的重要統計分析軟件。

SPSS的功能詳解如下：（1）數據導入。SPSS軟件既可直接建立或打開SPSS類型的數據文件，也可導入Excel、ASCII等數據文件，可以實現和檢測儀器輸出原始數據的無縫對接。（2）基本統計分析。SPSS可方便的實現數據匯總和描述性統計分析，用戶獲得的分層報告中給出了包括中位數、最大/小值、方差等常規描述統計結果。（3）SPSS的復雜統計分析功能。SPSS幾乎涵蓋了生物醫學研究可能用到的所有的統計方法，如方差分析、聚類分析、平均數的檢驗、回歸分析、判別分析等。（4）SPSS的繪圖功能。在SPSS中各種統計圖既可以由相應的統計過程產生，也可以由用戶直接調用“Graph”菜單實現柱狀圖、散點圖、餅圖、時間序列圖、頻譜圖等多種類型圖表的繪制。

綜上，Excel與SPSS統計分析軟件各有特色，前者使用較方便、通用性強，適宜生物統計學初學者使用；后者的專業性更強，在學生積累了一定統計學原理的知識儲備后，可逐漸加強對SPSS軟件的學習，進一步提高自身分析復雜試驗數據的能力。

二、統計分析軟件輔助教學，提高教學效果

（一）激發學生興趣，變被動學習為主動學習

從心理學的角度看，興趣是人對客觀事物的一種積極的認識傾向，它推動人去探求新的知識，發展新的能力。對于生物統計學這樣一門邏輯思維嚴密、概念抽象、計算繁雜的課程而言，引入統計分析軟件可以在一定程度上提高學生的學習興趣，調動其學習的主動性，這將大大促進學習效果。例如，在講授“數據收集整理”內容時，我們設定了如下教學場景：檢測納米材料導致老鼠肺部炎癥的情況，要求學生將教師提供的或自己參與實驗獲取的原始數據錄入統計軟件，后續學習中利用統計軟件對數據進行進一步的整理，包括定性/定量數據的轉換、次數分布圖繪制，配合正態分布和t分布曲線，可使學生對一些理論分布有了直觀的感性認識。學生還可以繼續使用統計分析軟件對這些數據進行假設檢驗等統計分析，避免了傳統教學單純講解教科書上抽象原理和例子的抽離感，使學生真正投入到學習中去。

（二）梳理教學內容，提高學生的實際應用能力

作者結合自己多年來從事生物醫學研究的經驗，將教學內容整合、梳理為基本統計原理、統計方法、統計分析軟件應用及試驗設計四大塊。在教學實踐中，為了提高學生的實際應用能力，遵循以下原則：（1）減少抽象概念和公式推導的講授、弱化計算，在講清基本統計原理的基礎上，集中精力介紹統計方法的適用范圍、統計結果的描述和解釋。（2）增加生物醫學工程研究實例講解，讓學生接觸到本專業研究的前沿知識，具有鮮明的專業特色。（3）將統計軟件的使用融入到日常教學內容中：教師在每章理論知識講授完畢后，立即演示Excel和SPSS軟件在本章節的應用。此外，預留一定的教學內容（如方差分析）要求學生自己查找資料、制作課件，并走上講臺介紹統計軟件在該章節的應用，加深學生對統計原理的理解。通過此環節學生進一步熟悉運用了統計軟件分析數據的方法，掌握了統計分析結果的判讀和描述方法。通過上述理論學習和實踐訓練，提高了課堂教學的效率，也有助于提升學生解決實際問題的能力，達到學以致用的目的，為學生順利撰寫畢業論文和從事相關科學研究打下了良好的基礎。

三、結語

實踐證明，利用Excel和SPSS統計分析軟件輔助《生物統計學》課程教學，能有效激發學生的學習積極性和熱情，顯著提高了教學效率和學生的學習效果。更重要的是，讓學生掌握了利用統計分析軟件整理、分析復雜試驗數據的方法，可以真正利用《生物統計學》理論解讀數據背后隱藏的試驗規律，獲得分析和解決實際問題的能力，全面提升該課程的教學質量。

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