時間:2022-06-22 18:49:16
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇生物統計學,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位。
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革。
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺。現在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。
在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養。
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室。現共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計)。
通過這樣的教學實踐,訓練了學生的統計思維能力,使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性,增強了學生學好用好這門工具的信心,提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
精品課程是集科學性、先進性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優秀課程。作為精品課程的載體,應具有一流的教師隊伍、一流的教學內容、一流的教學方法、一流的教材、一流的教學管理等特點。與之相比,我們在生物統計學精品課程的建設上,才剛剛起步,今后還要在教材建設、師資隊伍建設、科學研究等方面加大力度,將生物統計學建設成體現現代教育教學思想、符合現代科學技術和適應社會發展進步的需要、能夠促進學生的全面發展而深受學生歡迎的一門課程。
參考文獻:
[1]何風華,李明輝。生物統計學多媒體教學的探索與實踐[J].江西教育學院學報(綜合),2004,25(6):25~27
[2]洪偉,吳承禎,陳輝,等。精品課程建設的核心:學科、隊伍建設與科學研究[J].高等農業教育,2004,6:50~51.
[3]崔相學。提高學生統計分析素質的實踐與探討[J].成都中醫藥大學學報(教育科學版),2004,6(2):67~68.
[4]鄧華玲,傅麗芳,孟軍,等。概率論與數理統計課程的改革與實踐[J].大學數學,2004,20(1):34~37.
關鍵詞:生物統計學;精品課程;教學改革
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60-70學時,降到現在的40學時左右),如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如:(1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”;(2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性;(3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”),老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺。現在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室。現共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計)。
通過這樣的教學實踐,訓練了學生的統計思維能力,使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性,增強了學生學好用好這門工具的信心,提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
精品課程是集科學性、先進性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優秀課程。作為精品課程的載體,應具有一流的教師隊伍、一流的教學內容、一流的教學方法、一流的教材、一流的教學管理等特點。與之相比,我們在生物統計學精品課程的建設上,才剛剛起步,今后還要在教材建設、師資隊伍建設、科學研究等方面加大力度,將生物統計學建設成體現現代教育教學思想、符合現代科學技術和適應社會發展進步的需要、能夠促進學生的全面發展而深受學生歡迎的一門課程。
參考文獻:
[1]何風華,李明輝。生物統計學多媒體教學的探索與實踐[J].江西教育學院學報(綜合),2004,25(6):25~27
[2]洪偉,吳承禎,陳輝,等。精品課程建設的核心:學科、隊伍建設與科學研究[J].高等農業教育,2004,6:50~51.
[3]崔相學。提高學生統計分析素質的實踐與探討[J].成都中醫藥大學學報(教育科學版),2004,6(2):67~68.
[4]鄧華玲,傅麗芳,孟軍,等。概率論與數理統計課程的改革與實踐[J].大學數學,2004,20(1):34~37.
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。
參考文獻:
[1]李春喜,姜麗娜,邵云,張岱靜.生物統計學[M].第五版.北京:科學出版社,2013.
[2]付八軍.高等教育變革的三大趨勢[N].中國教育報,2014-01-06.
關鍵詞:生物科學;生物統計學;問卷調查
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:B 文章編號:1674-9324(2014)20-0168-04
《生物統計學》是概率論和數理統計的原理和方法在生物學中的應用,是許多高等院校生物學、農學、醫學等專業的必修課程之一,是培養學生科學研究和綜合分析問題能力的重要課程,也是生物學等工作者必備的基礎,同時該課程又是其他專業課程的重要基礎[1-4]。但由于該課程的理論性和實踐性較強,且涉及大量的數學公式、抽象的概念和復雜的內容,與其他課程相比,具有“三多(內容多、公式多、概念多)”和“四難(難教、難懂、難記、難用)”的特點[5-7]。因此教師應不斷改進《生物統計學》課程的教學內容、教學方法、教學手段、考試方式等,提高《生物統計學》課程的教學效果與教學質量,探索特色的《生物統計學》課程教學內容、合適的教學手段、教學方法及考試方式等是一個非常重要且急待解決的問題。鑒于此,作者通過對《生物統計學》課程教學的客觀實際進行問卷調查,在力求客觀、準確、全面反映《生物統計學》教學中存在問題的基礎上,探索好的教學方法與教學途徑,為我校《生物統計學》課程的教學改革和教材建設提供一定的參考依據。
一、研究對象與方法
以我校2009級和2010級生物科學全日制本科學生為研究對象,以杜榮騫編著的高等教育出版社出版的《生物統計學》(第三版)教材為基礎,問卷采用無記名方式進行。課程結束時隨機發放問卷112份,回收112份,其中2009級生物科學全日制本科54份,2010級生物科學全日制本科58份,檢查后均為有效卷。調查內容的設計是建立在作者具備近10年教學經驗積累和學生學習該課程實際情況的基礎上,共13項內容(見表1)。
二、結果與分析
1.開課的必要性。從調查結果看,2009級和2010級學生對《生物統計學》課程的開課認識是一致的,認為設課必要和很必要的學生分別為94.44%、94.83%,反映出這兩個年級的學生對《生物統計學》課程有著很強的學習愿望,也充分反映了《生物統計學》課程對學生有較強的吸引力,為確立《生物統計學》的學科地位提供了充分的依據。
2.教學的重點章節。教學重點章節的認同由高到低的順序為:方差分析(87.50%)、假設檢驗(86.61%)、實驗設計(73.21%)、回歸與相關(69.64%)、擬合優度檢驗(33.93%)、參數估計(28.57%)、統計數據的收集與整理(27.68%)、抽樣分布(25.89%)、概率和概率分布(18.75%)、幾種常見的概率分布律(16.07%)。以上問卷數據表明,《生物統計學》的教學重點有以下明顯的特點:
①講授內容方面。從講授內容方面來看,側重于方差分析(平均認同率87.50%)、假設檢驗(平均認同率86.61%)、實驗設計(平均認同率73.21%)、回歸與相關(平均認同率69.64%)。這四個章節是《生物統計學》最核心的內容,也是生命科學工作者在實踐中應用最多的內容。而擬合優度檢驗(平均認同率33.93%)、參數估計(平均認同率28.57%)、統計數據的收集與整理(平均認同率27.68%)、抽樣分布(平均認同率25.89%)、概率和概率分布(平均認同率18.75%)、幾種常見的概率分布律(平均認同率16.07%)均較低。
②不同年級的學生方面。2009級和2010級兩個本科班的學生對重點章節認同在排列順序上是一致的,且對每一章節的認識上的差異都不具有顯著性(p>0.05)(見表2)。表明不同年級的學生對重點章節的認識是一致的,這為《生物統計學》課堂教學內容、教學重點等的改革提供了依據。
3.課堂教學。
(1)開課時間安排。《生物統計學》課程在我校生物科學專業本科班開課時間為第3學期,這樣安排可能存在較多不利因素。該門課程是一門應用性很強的學科,對畢業論文的設計以及資料的收集與整理有很大的指導性作用。開課時間在第3學期,而學生畢業論文安排在第6學期末,論文撰寫在第7和第8學期。因此,學生學習了《生物統計學》課程后間隔3個學期才應用其相關的原理和方法,很多知識對于學生來說已經忘記,這樣不利于學生通過實踐來檢驗自己所學,或者不利于學生將《生物統計學》的理論應用到實踐中。因此,第3學期開設該課程達不到真正的教學目的和效果。本次調查結果表明有71.43%的學生認為《生物統計學》應在第6學期開設。充分說明,調查的兩個班的學生已認識到上述的不利因素,這為今后生物科學專業本科教學大綱的修訂提供了一定的依據。
(2)課時安排。我校生物科學專業本科班《生物統計學》課程安排總學時為54,全部為理論課。這種安排存在一定的問題,對老師而言,只能按照教學大綱的要求進行全部的理論授課,而沒有相關統計軟件實際例子的操作應用,即使有,也非常少。對學生而言,只學習統計原理的相關知識,只會利用傳統的筆和紙進行相關的統計分析,而無法跟上《生物統計學》隨著計算機的發展而發展的步伐。因此學生普遍反映在復雜實驗設計及較大數據面前所學的統計學知識顯得無能為力,或者很難運算。本次調查結果表明63.39%的學生認為《生物統計學》課程總學時為54學時,其中理論課48學時,上機操作6學時。這說明,調查的兩個班的學生已認識到《生物統計學》實踐操作的重要性,也為今后生物科學專業本科教學大綱的修訂提供了有力依據。
(3)授課方式。①教學形式及提問。調查結果發現“多媒體與板書教學相結合”是學生最喜歡的教學形式(平均認同率達81.25%),位于各教學形式之首,而“完全板書教學”、“多媒體教學”、及“統計軟件教學”的認同率均很低,分別為4.46%、8.93%和5.36%。可能原因是“統計軟件教學”由于需要一定的計算機基礎知識、統計軟件的操作應用知識及一定的統計學原理,學生可能感到有一定的難度,導致其認同率較低,“完全板書教學”可能不夠直觀,對一些較難、較復雜而又枯燥的知識點,利用板書不容易吸引他們的注意力。特別是板書時間過長,就容易分散了他們的注意力,從而使他們的學習效果受到影響,因此,認同率也較低。“多媒體教學”可能是由于缺少傳統板書教學對課堂知識的規劃性和整體,而且由于其是分屏顯示,相互關聯的內容處于隔離狀態,學生可能不容易掌握教學內容之間的邏輯關系,使得他們獲取一些信息的心里受到阻礙,因此,多數學生也不喜歡這樣的教學形式。另外,本研究還發現,在課堂教學中“適當的提問”是學生比較喜歡的方式,認為能激發他們的思考(平均認同率為83.04%),而對提問無所謂、不喜歡及反對的平均認同率均較低,分別為12.50%、4.46%和0.00%。表明學生對“多媒體與板書教學相結合”及課堂教學上“適當提問”的認同率都很高。這為《生物統計學》課程的教學提供了很好的教學參考。②討論課的開設。我校生物科學專業本科班《生物統計學》課程的授課一直嚴格按照教學大綱的要求來進行,因此,沒有開設過討論課。本次調查結果表明認為非常有必要和有必要開設討論課的平均認同率為78.57%,而認為沒必要和無所謂的只有21.43%。充分說明,調查的兩個班的學生已認識到《生物統計學》課程開設討論課的重要性,為今后生物科學專業本科教學大綱的修訂提供了一定的依據。
4.考試方式及成績組成。《生物統計學》課程在我校為生物科學專業必修課程之一,且為考試課程,在期末考試中多為閉卷考試。但就《生物統計學》課程而言,閉卷考試存在一定的弊端。本次調查結果發現“案例分析”是學生最喜歡的考試方式(平均認同率為65.18%),位于各考試方式之首,其次是“開卷考試”(平均認同率為22.32%),第三是“閉卷考試”(平均認同率為9.82%),而“抽題口試”是學生最不喜歡的考試方式(平均認同率僅為2.68%)。成績組成方面:“作業(10%)+課堂小測驗(10%)+出勤(10%)+期中考試(20%)+期末考試(50%)”是學生最喜歡的成績組成(平均認同率為60.71%),其次為“作業(10%)+期中考試(30%)+期末考試(60%)”(平均認同率為25.00%),而“作業(10%)+期中考試(20%)+期末考試(70%)”和“課堂小測驗(10%)+作業(10%)+期中考試(20%)+期末考試(60%)”這兩種成績組成的認同率均很低,只有7.14%。這為《生物統計學》課程總成績組成及教學大綱的制定奠定一定的基礎。
5.《生物統計學》課程難易程度及影響學習效果的因素。調查發現絕大多數的學生認為《生物統計學》課程比其他生物科學專業課程難(平均認同率為72.32%)、少數學生認為難易相當(平均認同率為25.89%)、極少數學生認為比較容易(平均認同率為1.79%)。在影響學習效果方面,56.25%的學生認為“課后復習少”是影響《生物統計學》課程學習效果的最主要的因素,其后依次為“數學基礎差(平均認同率22.32%)”、“上課不專心聽講(平均認同率11.61%)”、“自己不感興趣(平均認同率9.82%)”影響了學習效果。這說明學生在一定程度上認識到了《生物統計學》課程的難度以及影響學習其效果的因素,這為今后《生物統計學》課程的教學提供了一定的指導。
6.《生物統計學》課堂教學時間分配情況。調查發現,課程教學時間分配上,絕大多數學生認為老師上課所占時間合適(平均認同率為67.86%)、19.64%的學生認為老師還應該多講一些,而12.50%的學生認為老師講得太多。認同上的差別可能與不同學生基礎不同、對《生物統計學》的學習興趣、理解力不一樣所致。
三、討論
1.本研究中生物科學專業不同年級的學生對《生物統計學》課程開課的必要性、教學重點章節、開課時間、課程學時及其組成、授課形式、考試方式及成績組成等方面的認識是一致的,兩個年級的學生對《生物統計學》課程均具有較強的學習愿望。但從學生對《生物統計學》課程講授內容、課時安排及組成、授課方式、討論課的開設、考試方式及成績組成等方面反映出兩個年級的學生對《生物統計學》課程的學習更傾向于實用性。因此教師應不斷加強自身的科研能力,在教學過程中將自己的科研工作或生產實踐案例貫穿到教學中,以自身科研實例來輔助教學,增加學生的學習興趣,培養學生的統計學思維以及對統計學的實際應用能力。
2.《生物統計學》的教學方法、授課形式、考試方式等方面越來越傾向于綜合性。因此,在《生物統計學》教學中,首先,教師應具備淵博的統計學知識及豐富的科研經歷。其次,應讓學生走出教室,加強實踐,使學生不但能夠掌握統計分析的原理和方法,更能解決一些生產中的實際問題,真正達到《生物統計學》教學的目的。
3.有關學術機構應定期召開《生物統計學》課程相關的研討會,從教材建設、課程改革、教學方法、授課形式等多方面進行交流和探討,并制作《生物統計學》教學資源網,將一些優秀的《生物統計學》教學成果放于該網站,實現最大范圍的學習交流。教師在網絡互動、交流學習中不斷地思考、不斷促進自身的專業發展,真正實現優秀教育資源共享,共同進步、共同提高的目的和效果。
參考文獻:
[1]陳慶富.生物統計學[M].北京:高等教育出版社,2011
[2]丁建華.《生物統計學》教學方法與技巧探討[J].安徽農學通報,2011,17(19):171-172,175.
[3]張穎.《生物統計學》教學方法的探討[J].內蒙古民族大學學報,2012,(5):219-220.
[4]文靜,郭小平,沈金雄,等.農業高校生物統計學課程教學改革淺談[J].科教導刊,2012,(18):147-148.
[5]李玉閣.“生物統計學”課程教學初探[J].生物學雜志,2006,23(5):52-54,61.
[6]陳春,葉子弘,葉素丹.生物計量專業生物統計學教學改革的思考[J].高教論壇,2011,(2):80-82.
[7]葉子弘,崔海峰,陳春,等.生物統計學課程“能力素質培訓計劃”的構建及分析[J].安徽農業科學,2011,39(10):6268-6269.
基金項目:畢節學院教改項目(JG201124)。
一、《生物統計學》多媒體教學對知識掌握的影響
多數同學認為多媒體教學使同學對重難點把握和理解不好。在調查過程中發有13.12%的學生認為通過多媒體教學對重點和難點不容易理解,55.74%的同學認為只能達到一般程度,1.64%的同學認為能夠把握和理解,29.51%的學生認為還比較容易理解和掌握。83.33%的同學認為能夠在多媒體教學中記住重點部分,有6.7%的同學覺得記不下來,少數同學會不想記。在這個教學過程中學生認為老師應該將重點和難點在黑板上進行板書講解。采用多媒體輔助教學,34.48%的同學認為復習時間會增加,51.72%的同學會認為不變,其余部分同學認為會減少。采用多媒體教學后學生認為課后完成作業和傳統教學方式相比差不多(65.57%),少數認為較難21.31%,一部分認為13.11%較快且容易。
二、《生物統計學》多媒體教學對信息量的影響
在《生物統計學》多媒體課堂上學生多數認為獲得的信息量增加(47.54%),有助于思路拓展。多數同學希望多媒體的內容不完全是書本上的,希望老師補充新的例題等(62.30%),34.42%的同學希望是書本上的。但是在《生物統計學》多媒體教學中,學生認為目前的主要問題是課件內容相對比較單一,數據羅列,較少給學生思考的時間。在教學過程中應該利用多媒體節約傳統板書中的例題板書時間,適當增加學生思考時間,適當增加例題讓學生運算,通過運算增加對知識點的理解和應用。
三、《生物統計學》多媒體教學對學生思維及注意力的影響
在多媒體教學的課堂,學生認為注意力不容易集中,很集中的只有2.9%,注意力較集中的有33.33%,一般的占57.97%,注意力較分散同學占5.8%。采取多媒體方式教學,所學知識的記憶情況有所改善的同學占22.86%,60%的人認為沒有太大影響,17.15%的同學認為應用多媒體使記憶力下降。
四、《生物統計學》多媒體課件對教學質量的影響
學生多數(96.72%)認可生物統計學采用板書與多媒體結合,學生認為該課程僅依靠板書或多媒體教學均不能夠取得比較好的教學效果,要將多媒體技術與傳統板書有機結合才能有較好的教學效果,在多媒體教學中適當穿插板書的做法對知識的理解有很大的幫助(80.33%)。
實踐證明,教學方法的選擇對于提高教學質量具有十分重要的意義[3]。恰當的教學方法,是順利地完成教學任務,保證教學質量的有效途徑。在生物統計學教學過程中,有些必須通過多媒體才能進行程序的演示和部分難以板書的內容,比如大型數據模型等放在多媒體課件中,而部分有助于學生理解的原理及推導等過程應該在板書過程中逐步展現出來,有助于調動學生思維,讓學生跟著教師的思路不斷前行,有利于理解生物統計學中的重點和難點,也有助于學生記憶。所以,在生物統計學教學過程中一定要注意教師的主體地位,在課堂中實時適量地應用多媒體,教師應根據教學中的邏輯過程將多媒體與板書有機結合,既有助于節約某些數據板書的時間,又有助于學生理解學習內容,調動學習積極性,增強教學效果。
參考文獻:
[1]周柏清.多媒體教學中存在的問題與對策.教育與職業,2007(17):160-161.
[2]張春玲,聶國慶.從學生角度看多媒體教學.中國現代教育裝備,2006(11):123-125.
在生物醫學科研工作中,人們面對的是具有極大變異性的生物體,而研究具有變異性事物或現象的變化規律,離不開統計學的思維方法和技術手段,因此,統計學起著不可替代的作用。遺憾的是統計學的理論比較深奧,要考慮的問題非常多,應用時靈活性又非常大,每當實際工作者(包括科研工作者、臨床醫生、雜志編輯等)要運用較復雜的實驗設計知識和統計分析知識時,常感到心中無底,有時甚至望而生畏。問題的癥結并非出自于實際工作者本身,主要原因應該歸結于現行的醫學(或衛生)統計學教科書。因為傳統的統計學教科書中所寫的內容幾乎都是經過統計學工作者加工后的半成品,它們是一代又一代統計學工作者經過多年“修剪”出來的“標準型”。實際工作者拿著自己的問題(通常是披著假象的“表現型”),試圖通過比照這些“標準型”找到解決問題的辦法,但“表現型”與“標準型”之間常常并非完全一致,因此,盲目套用十有八九會出錯。要想不出錯,必須弄清每個“表現型”的本質(即問題的“原型”),倘若能將“原型”正確地轉變成對應的“標準型”,問題也就迎刃而解了。也就是說,一本好的統計學教科書應該明確講述與每個實際問題對應的前述“三型”(絕對不能只講述“標準型”),實際工作者才可以少花時間和精力,學到統計學的精髓,才能 在生物醫學科研工作中發揮統計學的作用,真正達到提高統計學的應用水平和提高科研質量的目的。
1 時代呼喚正確的統計學思想
生物醫學技術日新月異,對統計學提出了越來越高的要求。時代呼喚正確的統計學思想,而不是照抄和盲目套用那些繁瑣的統計學公式。正確的統計學思想是什么?是用辯證的思維去觀察事物,是用透視的眼光去洞察事物,即能夠透過現象看本質的統計思維模式,概括起來為“八性”和“八思維”。 統計學在看待事物和處理問題時,離不開下列“八性”,即“延展性與概括性”、“隨機性與均衡性”、“系統性與代表性”和“自悖性與相合性”。同時,還離不開下列“八思維”,即“從靜態思維到動態思維”、“從正向思維到逆向思維”、“從簡單思維到復雜思維”和“從橫向思維到縱向思維”。
2 統計思維模式的“八性”和“八思維”
2.1 “八性”
2.1.1 延展性 人們所面對的研究對象的數目往往是無限大的,逐個加以研究幾乎不可能,有時具有很大的破壞性(如貴重的精密儀器設計質量的實驗研究),統計學告訴人們可以只研究其中很小一部分,由此去推論總體的規律性。例如,根據幾十人,最多幾百人的臨床試驗研究,就能決定一種新藥是否可以用于臨床診治某些疾病,這就是說統計學具有延展性。
2.1.2 概括性 統計學不是堆放全部數據的倉庫,而是抽象出數字特征,用以概括表達數據的內在規律性,不僅形象生動,而且言簡意賅。例如:測出一萬個正常成年人的血壓值,計算出平均值、標準差和95%正常值范圍和總體均值的95%置信區間,就等于掌握了這一萬個血壓數值的變化規律,這就是說統計學具有概括性。
2.1.3 隨機性 在自然界(特別是生物醫學研究)中,由于變異性的普遍存在,又由于通常無法研究總體中的全部個體,隨機抽樣研究是確保樣本具有代表性的重要措施。例如:每個正常成年人的血小板數值并非一樣,若將全國正常成年人的血小板數值都測量出來,自然就知道了全國正常成年人的平均血小板水平了,但測定的數量太大,費用、時間和人力都承受不起;若從全國各地隨機抽取(不是人為選取)最有代表性的一部分正常成年人,由他們的測定值也能較好地估計全國正常成年人血小板的平均水平,估計的結果是否足夠準確,主要取決于隨機化的效果(它體現了代表性的好壞)和樣本含量的大小,這就是統計學上十分強調的隨機性。
2.1.4 均衡性 與研究問題有關的因素往往很多,作為試驗分組的因素通常是反復挑選出來的為數較少的幾個,由它們決定的各小組之間在其他因素方面是否均衡一致,將直接關系到結論的正確性!例如,要考察一種新藥的療效如何,若試驗組患者使用新藥,對照組患者使用目前市面上治療該病最好的藥,但由于患者入組時未進行嚴格的隨機化。結果發現,年齡大的患者比較保守,絕大多數都進入了對照組,試驗結果顯示,新藥療效優于對照藥療效,但這個結論卻令人懷疑,因為兩組患者在年齡上相差懸殊,況且,往往年齡大的患者病情較重、患病時間較長,難以治愈。所以,要使實驗研究的結果具有較高的可信度,組間的均衡性是不可忽視的,這就是統計學上特別強調的均衡性。
2.1.5 系統性 實際工作者在科研中經常“顧此失彼,丟三落四”,應當系統地全面地考慮問題,以免所做的研究工作前功盡棄。任何一項科研工作,從開始構思到得出結論,需要經歷很多步驟,其中任何一步考慮不周,都可能會使整個研究失敗。比如,實驗設計錯了或數據整理的格式錯了或統計分析方法選擇錯了或結果解釋錯了,都可能導致結論的錯誤,這就是說在統計學上考慮問題要全面、系統,方可得出正確結論。
2.1.6 代表性 統計學不單純是處理實驗數據的 學問,它更關注實驗數據的來源和專業含義。這意味著強調實驗數據的代表性如何,它肩負著誰的使命,它將為誰說話。更明確地說,實驗數據反映的信息是否全面、準確,將直接影響結果和結論的正確性。例如,若想通過抽樣調查了解全國正常成年人的身高的平均水平,若在北方地區與南方地區抽樣的人數與當地正常成年人的人口數不呈正比例,當北方地區抽取的人數占的比重大了,其身高數據的樣本平均值會明顯高于全國相應指標的平均水平,反之亦然。這就是說,樣本必須具有很好的代表性,在此基礎上,由足夠大的樣本去推論總體的規律性才不會出錯。
2.1.7 自悖性 統計學中的方法并非總是萬能的,有時不同方法處理同一個實際問題其結果是自相矛盾的;有時統計學結論與專業結論是不相容的。例如,Simpson(1951)提出的關于吸煙與否是否會導致肺癌發生的調查資料,不同的分析策略,將得到自相矛盾的結論[1~2]。
2.1.8 相合性 統計學不能脫離專業知識,應根據研究目的、設計類型、資料特點,選擇合適的方法描述和分析資料,整個過程應具有相合性。例如,有人為研究兩種檢測方法檢測同一批患者的血樣,看結果是否具有一致性,每次檢測都有4種可能的診斷結果,即正常、輕度病態、中度病態、重度病態,研究者將檢測結果寫成兩行,第一行是甲法檢測全部患者所得到的結果,第二行是乙法檢測全部患者所得到的結果,這樣記錄和整理資料,其統計分析方法也就跟著發生了改變,就不可能達到原先想達到的研究目的了。這就是說在統計學上應注意相合性。
2.2“八思維”
2.2.1 從靜態思維到動態思維 很多人習慣用靜態思維模式取代動態思維模式,因為靜態條件下,可使復雜問題變得非常簡單。事實上,這樣做在很多場合下得出的結論是經不起推敲的或經不起時間考驗的,更確切地說,其結果不具有“重現性”。例如:有人用某藥治療某病患者6人,治愈3人,便得結論:該藥對該病的治愈率為50%。請問錯在哪?很顯然,在如此小的樣本上,顯示出的藥物療效具有一定的偶然性,誰也沒有把握斷言,再用該藥治療該病患者100人,會有多少患者能夠被治愈。應當在較大范圍內選取較多的該病患者用此藥進行治療,并對所獲得的實驗結果進行統計學推斷,以95%以上的置信度推斷此藥對該病的治療效果如何,其結論才能令人信服。
2.2.2 從正向思維到逆向思維 統計學的教與學,一般都是從正面入手,學習者只知道一些常規的做法,但一碰到實際問題與所學的內容不完全一樣時就不知道該怎么辦,常常是生搬硬套。然而,當教學過程中,不僅從正面講授,還注意從反面揭示誤用統計學的案例,可使學習者“吃一塹長一智”,痛定思痛,立志認真學好統計學,轉被動學習為主動鉆研,勤于動腦,勇于實踐,效果必然明顯。這就是“逆向統計教學法”成功之奧秘。
2.2.3 從簡單思維到復雜思維 美國于1958年開始在外科手術中采用麻醉劑氟烷,到1962年突然掀起一場風波—— —麻醉劑氟烷有嚴重的副作用,導致部分患者病情惡化、發熱、肝臟大片壞死而死亡。這關系到麻醉劑氟烷能否繼續使用!這場風波產生于簡單思維,因為某些人僅根據部分病例的表現得出了虛假結論。后來進行大量調查研究,將各種混雜因素對結果的影響盡可能降到最低限度,借助統計學考慮問題的均衡性和系統性,從而平息了風波,體現了復雜思維的價值。
2.2.4 從橫向思維到縱向思維 當人們希望了解事物的內在聯系時,不僅要進行橫斷面研究,還需要進行縱向追蹤研究。因為橫斷面研究只能揭示事物之間的靜態聯系,而且,有些觀察到的聯系可能帶有一定的假象,甚至說不清楚誰是原因,誰是結果。縱向追蹤觀察,則可以比較真實地展現事物內在的聯系和發展變化規律。例如,同時調查15~25歲的一群人的身體發育情況與對一群15歲的人連續觀察身體發育情況10年所得的兩批調查數據,其結果和結論可能相差很多,前者的結論僅供參考,若質量控制做得好,樣本足夠大,則后者的結論具有很高的可信度,對未來的研究和政策制定具有更大的指導意義。
3 統計學三型理論[3,4]
3.1統計學三型理論概述 進行生物醫學科研工作離不開統計學,而要想把統計學應用正確,又離不開正確的統計思想。正確的統計思想由前述的“八性和八思維”組成,其精髓是“透過現象看本質”。事實上,很多與統計學有關的實際問題,均以“表現型”的面貌呈現在人們的面前,表現型常常帶有假象,直接依據“表現型”去盲目套用傳統的統計學教科書上的“標準型”,十有八九會出錯,因此,要想正確運用統計學,必須弄清反映“表現型”本質的“原型”,將“原型”正確轉變成“標準型”后,就很少會出錯。這樣一種由筆者創立的可有效解決問題的新理論,被稱為“統計學三型理論”[3,4]。
3.2 統計學三型理論應用舉例 統計學三型理論聽起來好象很抽象,其實,它卻非常具體、實在。請看來自生物醫學科研的兩個簡單實例,不僅很容易理解這個理論,而且會發現此理論大有用武之地。
例1 某研究者希望考察A、B兩藥物升高白細胞的療效,以用藥前后白細胞的改變值作為評價 療效的指標,設計了如下的4個組,每組用20只小鼠,觀察白細胞的數值。第1組:空白對照組第2組:單用A藥組第3組:A、B藥聯合使用組第4組:第3組的空白對照組請問:這樣設計實驗錯在哪里?對差錯的辨析與釋疑 這位研究者給出了該實驗設計的“表現型”,它不能很好地實現原先的研究目的。事實上,完全沒有必要設置兩個空白對照組,白白地浪費了20只小鼠。事實上,要想揭示A與B藥聯合使用后是協同作用還是拮抗作用,不僅需要A、B藥聯合使用組和單用A藥組,還需要單用B藥組,故與本實驗研究對應的實驗設計的“原型”為下面的結構: 第1組:空白對照組 第2組:單用A藥組第3組:單用B藥組第4組:A、B藥聯合使用組若確實按此“原型”所決定的結構去做實驗,各組均有20個白細胞的改變值,如何對數據進行統計分析呢?很多人又盲目地去套用傳統的統計學教科書,認為這是一個“單因素4水平設計定量資料”,便不假思索地選用“單因素4水平設計定量資料的方差分析”處理此資料。這樣做仍是被表面現象迷惑住了,因為4個組可能會有三種情況,第一種是真正的單因素4水平設計;第二種是兩個或多個因素水平不完全組合而成的四個組;第三種是兩個各有 2水 平的因素的水平全面組合而形成的四個組。只有弄清究竟屬于這三種情況中的哪一種,才能選用合適的統計分析方法予以處理。本例屬于第三種情況,將這個“原型”正確地轉變成對應的“標準型”后,其結構見表1。
表1 A與B藥單用及聯合使用的實驗設計模式(略)
表1的結構在統計學上被稱為兩因素析因設計或2×2析因設計,若其定量資料滿足參數檢驗的前提條件(通常為獨立性、正態性和方差齊性),應選用兩因素析因設計定量資料的方差分析處理資料為宜,否則,需要尋找合適的變量變換方法,若變換后的數據滿足參數檢驗的前提條件,再對其使用前述方法處理。例2 某臨床醫生收集到一組臨床資料,見表2。該醫生用成組設計定量資料的 t 檢驗對表中的8組數據進行了兩兩比較,試問這樣做其錯誤的實質是什么?對差錯的辨析與釋疑 顯然,表中的定量測定結果受到兩個實驗因素(組別與時間)的影響,而成組設計定量資料的 t 檢驗通常只適合處理單因素兩水平設計(或叫成組設計)定量資料。換句話說,原作者將該資料人為地拆分成多個單因素兩水平設計定量資料,割裂了整體設計,每次分析資料的利用率很低,又無法考察因素之間的交互作用對測定結果的影響,故結論的可信度降低。其錯誤的實質是不認識該定量資料所對應的真正的實驗設計類型是什么,僅根據“表現型”去盲目套用統計學教科書上的“標準型”,從而犯了嚴重的錯誤。那么,該定量資料所對應的“原型”究竟是什么? 改變一下列表的格式,就很容易辨別出其“原型”,見表3。
表2 兩組患者手術前后胃電圖平均波幅比較(略)
表3 兩組患者手術前后胃電圖平均波幅比較(略)
“組別”是實驗分組因素,即全部患者被分成互相獨立的兩組,而每組中的每位患者都要在4個不同時間點上被重復觀測“胃電圖平均波幅”的數值,各組患者在“測定時間”這個因素上被重復觀測,而且,整個實驗涉及兩個實驗因素,故此表格所對應的實驗設計叫做“具有一個重復測量的兩因素設計”。表3的結構既是該實驗所對應的“原型”,也是其“標準型”。若其定量資料滿足參數檢驗的前提條件(通常為獨立性、正態性和方差齊性,但重復測量資料不滿足獨立性,需要用高級統計技術予以處理),應選用具有一個重復測量的兩因素設計定量資料的方差分析處理資料為宜,否則,需要尋找合適的變量變換方法,若變換后的數據滿足參數檢驗的前提條件,再對其使用前述方法處理。 值得一提的是,術前的測定結果在兩組中應相等,否則,沒有可比性。若確有差別,可將其視為“協變量”,采用具有一個重復測量的兩因素設計定量資料的一元協方差分析方法處理此資料更為妥當。 以上通過分析兩個簡單的實例可知,統計學三型理論與我們的日常生活和科研工作都密切相關,無論是簡單的還是復雜的與統計學有關的實際問題,幾乎都可運用此理論作出合理的解釋或找到正確的處理方法,有利于提高統計學的正確運用水平和科研工作的質量。
【參考文獻】
1Geng Z, Jin H. The causation inference of statistics. In: Fang JQ, Lu Y. Modern medical statistics. Bei-jing: People's Medical Publishing House. 2002: 512-534. Chinese.耿直, 金華. 統計因果推斷. //方積乾, 陸盈. 現代醫學統計學. 北京: 人民衛生出版社. 2002: 512-534.
2 Hu LP, Zhang TM. Analysis of the important factors affecting the quality of scientific research findings and research papers in China. Ke Xue Guan Cha. 2006; 1(4): 9-19. Chinese.胡良平, 張天明. 影響我國科研成果和學術論文質量的要因分析. 科學觀察. 2006; 1(4): 9-19.
關鍵詞:生物統計學;精品課程;教學改革
一、引言
隨著生物科學的發展,只有定性的結論已不能滿足實踐的需要,實現生物科學結論定量化是人們長期追求探索的目標;生物統計學是生物學科定量化的重要分析理論與方法,生物統計學是生物學科應具備的基本知識和素質,與生命活動有關的各種現象中普遍存在著隨機現象,大到森林陸地生態系統,小至分子水平,均受到許多隨機因素的影響,表現為各種各樣的隨機現象,而生物統計學正是從數量方面揭示大量隨機現象中存在的必然規律的學科。因此,生物統計學是一門在實踐中應用十分廣泛的工具學科,它是生命科學各專業的專業基礎課,對后續生命科學課程學習和生物科研有重要作用。
同時,生物統計作為數理統計在生物學領域的應用,是教學難度較大的一門課程。因此,在生物統計學精品課程建設過程中,針對各專業培養目標的定位,因材施教,更新教育理念,加強實踐訓練,在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位。
(一)新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展,在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組,基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據,需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合,較少側重傳統數理統計,而會更多注意數據分析,尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域,計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
(二)生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體,這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率,這是統計分析的基本特點,因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論,屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法,是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件,因此,生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學,更重要的還是大學生思維方式的培養,這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力,使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外,還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法,以揭示資料潛在的信息,達到研究的最終目的,從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革。
(一)加強電子課件及網絡平臺建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科,而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度,加之課程學時的減少(由原來的60 - 70學時,降到現在的40學時左右) ,如何深入淺出地引導學生入門,并使學生在了解概率統計思想的基礎上,掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此,我們利用多媒體技術,制作了與教材配套的課件,通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化,收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺,現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目,免費向全校師生開放。
(二)將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合,用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合,多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如: (1)內容多,幻燈片變換快,由照本宣科變為照屏宣科,為新的“滿堂灌”; (2)課件圖片多,內容以展示為主,缺乏啟發性; (3)教學內容常用滿屏的方式顯示(即所謂“死屏”) ,老師照著屏幕上的內容給學生講解,失去了傳統教學方法,老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點,缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色,在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時,采用啟發式教學方式,精煉教學內容,模仿傳統教學書寫板書的過程,根據教學內容的難易程度,采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中,老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態,在授課的過程中與學生保持互動,根據學生在課堂上接受知識的能力,掌握屏幕上顯示內容的速度,必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點,又充分照顧到學生的認知規律,在內容沒有縮減,學時減少近三分之一的情況下,仍然取得良好的教學效果。
(三)長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計,從這個層面上講,它有非常濃的數學味道,但是它又有別于概率論與數理統計,生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題,如果將概率論及數理統計的原理講得太多,一是學時不允許,二是學生難以消化,得不到好的教學效果;如果只注重方法的講解,學生知其然不知其所以然,就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途,方法與步驟,防止各類方法的誤用,淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”,即在學時減少很多的情況下,將一些次要的統計方法去掉,也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容,讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓,從而避免學生亂套統計公式。
(四)密切跟蹤生命科學發展的前沿動向,探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史,許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來,而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺。現在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展,使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。
在課程建設中,隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容,增強課程的活力,提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學,注重學生能力培養。
生物統計學要不要開實驗課,怎樣開實驗課,一直存在爭議,在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課,而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上,讓學生不僅掌握統計方法,而且加深對原理的認識,獲得就業或升學的必備計算機統計技能,提高解決復雜問題的能力。
(一)開展統計軟件的實習,擴大學生的視野,提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性,但由于計算工作量大,使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展,使得復雜的數據處理工作變得非常容易,所以充分利用現代計算技術,通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來,讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋,從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中,各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此,可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面,擴大學生視野,提高學生素質。
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室。現共有50余臺電腦,并連接到校園網。實驗室配備有指導教師,負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外,實驗室還對優秀學生免費開放,鼓勵他們結合教師的科研活動,應用所學生物統計學知識,學習新的生物統計學知識,掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
(二)全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度,必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外,開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間,主要在作物育種、作物栽培、動物營養等課程實驗與實習中,根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后,由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同,但有一點是相通的,其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分,均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法,從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律,是實驗科學工作者必備的技能。因此,我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業,結合實驗課教學的改革,對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計,把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗,提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計,對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論,最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用,從專業基礎課或專業課的角度看,改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗,增強了學生解決實際問題的能力,培養了學生創新思維的能力;從生物統計學角度看,將課程的教學實踐延伸到課程外,彌補了學時的不足,更重要的是學生將自己學到的統計學知識,轉化為解決實際問題的能力,知識得到很好的內化。
此外,在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法,提升科技作品的檔次;在畢業論文(設計)中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析,寫出高質量的畢業論文(設計) 。
通過這樣的教學實踐,訓練了學生的統計思維能力,使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性,增強了學生學好用好這門工具的信心,提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
精品課程是集科學性、先進性、教育性、整體性、有效性和示范性于一身的優秀課程。作為精品課程的載體,應具有一流的教師隊伍、一流的教學內容、一流的教學方法、一流的教材、一流的教學管理等特點。與之相比,我們在生物統計學精品課程的建設上,才剛剛起步,今后還要在教材建設、師資隊伍建設、科學研究等方面加大力度,將生物統計學建設成體現現代教育教學思想、符合現代科學技術和適應社會發展進步的需要、能夠促進學生的全面發展而深受學生歡迎的一門課程。
參考文獻:
[ 1 ] 何風華,李明輝。 生物統計學多媒體教學的探索與實踐[ j ]. 江西教育學院學報(綜合) , 2004, 25 (6) : 25~27
[ 2 ] 洪偉,吳承禎,陳輝,等。 精品課程建設的核心:學科、隊伍建設與科學研究[ j ]. 高等農業教育, 2004, 6: 50~51.
[ 3 ] 崔相學。 提高學生統計分析素質的實踐與探討[ j ]. 成都中醫藥大學學報(教育科學版) , 2004, 6 ( 2) : 67~68.
[ 4 ] 鄧華玲,傅麗芳, 孟軍,等。 概率論與數理統計課程的改革與實踐[ j ]. 大學數學, 2004, 20 ( 1) : 34~37.
生物統計學是應用概率論和數理統計的原理和方法研究生物界數量變化規律的學科,屬于數學在生命科學領域中的應用學科。其基本任務是研究生物學領域數據資料的收集、整理和分析方法,并對數據分析結果做出合理的解釋。[1]生物統計學是生物類、植物生產類、動物生產類、食品科學類、水產類、環境科學類等相關專業的專業基礎課,是一門應用性很強的方法論學科。盡管在基本概念和基本原理的講述上,各專業相差不多,但在有限學時內具體授課內容的選擇上,在例題、習題的選擇與編寫上,在試驗設計方法等問題上,不同專業差別還是很大的。21世紀以來,隨著社會的發展和科學的進步,高等教育的培養目標從以知識傳授為重點轉向以能力培養為重點;從培養能夠繼承和使用知識的人才轉向培養能夠發現和創新知識的人才。[2]這種人才培養目標的轉變給高校課程教學提出了更新、更高的要求,同時隨著水產學院申博增碩的成功獲批,針對水產類專業的生物統計學課程特色建設與教學改革也勢在必行。
一、問題分析
(一)課程設置
廣東海洋大學水產學院現有三個專業,即水產養殖學專業、海洋漁業科學與技術專業和海洋科學專業。作為一門重要的應用數學,多年來生物統計學一直是各專業的專業基礎課,普遍應用于各專業的畢業試驗設計和畢業論文撰寫中,其在水產科學研究中具有十分重要的作用。然而各專業在本門課程的設置上并不一致,如教學大綱不一致、授課學時不一致、授課方式不一致、考試方法不一致、授課學期不一致等。不同專業的授課教師各自為政,缺乏溝通與交流,這不利于整個水產學科的發展,也不利于課程的后續發展與建設,更不利于碩、博課程的銜接與深化。
(二)教學內容與方式
首先,生物統計學應用數理統計對隨機現象的統計規律進行演繹和歸納,涉及概率論、統計學、生物學及它們的綜合應用等多方面,概念多、公式多、數據多,一些內容較為抽象,很多學生對該門課程有畏懼心理。學生普遍認為該課程較難,表現在概念難以理解、思維難以展開、問題難以入手、方法難以掌握、習題難做,因此對本門課程缺乏興趣,課堂學習積極性不高。此外,由于課堂互動少,與水產科學實踐聯系不緊密,教師過分重視教的過程,學生不能親自體驗收集、處理數據的過程,因此學生難以深刻理解統計學的本質原貌。
其次,在教材的選用上,以《概率論和數理統計》為名的教材很多,但大多仍是基本沿用數學專業的教材體系,數學學科性太強[3],重數學理論,輕水產應用,數學與水產不能相互融合。以《生物統計學》為名的教材也較多,如杜榮騫的《生物統計學》(高等教育出版社)[4]、明道緒的《生物統計附試驗設計》(中國農業出版社)[5]等,其編寫主線都是先概率、后統計、再試驗設計。這些教材較傳統的概率論與數理統計更加合理,充分考慮了授課學時的安排,少概率、多統計;理論部分恰到好處地壓縮,應用部分適當加強,在實踐中更易于被學生所接受。我們曾采用杜榮騫主編的《生物統計學》,雖然其強調了在生物科學上的應用,但其例題和習題多為以動植物的遺傳、變異為主,需要有較好的生物知識,對水產學科來說有些脫節,學生在學習了較難的理論后難以具體化、形象化,容易喪失學習的興趣。
最后,為了應付傳統的單一筆試的考核方式,學生需要進行大量的習題練習。學生把精力都放在了記背公式、過程的推導和演算當中,忽略了對知識背景的理解,如果題型一變,馬上不知如何解答。一道簡單的方差分析就要花費學生大量的時間,考試信息量受到限制,這些考試內容在學生以后的計算機應用中又基本用不上,這無疑加重了學生的學習負擔。
二、課程改革對策
(一)課程設置改革
為充分利用教學與教師資源,我們將課程更名為水產生物統計學,并作為院級限選課提出,強調了本課程在整個水產學院各專業課程設置中的重要性。課程采用統一的課程名稱、課程號,課程教學大綱及課程考核,課程學時設置為48學時,其中理論授課學時為36學時,實驗上機學時為12學時,理論與實驗學時比為3∶1,基本保證了該門課程理論教學和實踐教學的要求(對多數高校而言,一般設置為40學時或更少)。為了保證本課程先修課程的順利完成,讓學生掌握必要的專業知識,且與學生畢業論文設計相銜接,授課學期設置在第六學期較為合理。
(二)注重學生思維方式的培養
在學生思維方式的培養上,應注重啟發式的教學原則。廣東海洋大學是一所以教學型為主的大學,而水產學院在學校的發展中扮演著教學、科研并重的角色。水產生物統計學是一門理論基礎強、實踐強的學科,在學時較少、學科研究日益深入發展的要求下,如何充分發揮學生的主動性和積極性,從“接受知識”轉向“主動應用”,是生物統計學教學與實踐的主要內容。啟發式的教學原則,就是以激發學生的主動性思維、喚起學生的求知欲和興趣為出發點,科學地引導學生主動思考,讓學生將知識融會貫通形成技能,發展學生智力、挖掘學生潛力。首先,在知識的傳授上,要“兩少兩多”,即“少概率、多統計;少理論,多應用”。學習什么情況下用什么方法進行統計分析,要比學習這個方法本身如何統計更重要。現在的統計方法,都可以由很多專業的統計軟件來完成,甚至你只要知道用什么方法,怎么輸入數據,一個菜單就搞定了,也就是說,不管你方法對不對,總會有結果出來的。因此,培養學生主動分析的能力更為重要。
(三)教學內容與方式改革
1.強化海洋、水產特色
根據水產學院各專業的人才培養特色與課程體系特征,我們以海洋水產類試驗方案設計、數據分析與處理等為課程應用導向,突顯海洋、水產特色。我們以蔡一林、岳永生主編的《水產生物統計》[6]為教材,以各專業教師科研實踐的實際案例為補充例題及習題,深入淺出地介紹試驗設計的基本原理,并引導學生學習和掌握如何合理有效地獲得數據并對數據進行分析推斷的原理和方法。由于與專業緊密相連,舉例對象學生熟悉,這自然減少了學生學習的畏難情緒。
2.優化教學內容
在教學內容的設計上,除基本統計原理外,我們根據各專業實踐在有限的課時內優化教學內容。概率論是整個統計的理論基礎,在教學上要注意講清概念、減少理論,加強引導。在概念的講解上,要注意深入淺出,簡明易懂。對于一些證明推導,則可以適當略去,只要說明問題的背景、來源、結果及應用的方面即可。在統計上,要加強對基本統計理論的講解。基本的分布、方差分析、簡單的相關和回歸基本就解決了水產學科本科教學、科研的大多數問題。我們沒有必要為了解決10%的問題而去花90%的時間。此外,一些簡化公式都是為了手工計算而設計的,由于可以使用電腦完成計算,這部分內容完全可以略去。
3.改革教學方法
水產生物學科是門實驗性的學科,很多生物學現象及其原理都是在試驗中發現,并通過實驗加以驗證得出結論的,因此,試驗設計的好壞直接影響到結果的分析及其結論的正確、可靠與否。本課程把理論與實踐相結合的教學作為重要的教學手段。
(1)在理論教學中做到以下幾點。①從各專業的背景出發,建立抽象理論與學生熟悉的具體問題之間的聯系,通過比較研究,使學生掌握各種試驗模型的假定及其應用。②采用探索探究式、互動式教學方法,啟發學生思維,拓寬學生思路,引導學生用科學研究的思維方式思考問題;由以教師“講”為主,轉變為以學生“學”為主,使得教師講授與學生自學、討論和研究有機地結合起來,提高學生分析問題和解決問題的能力。③采用課外閱讀文獻、課堂評述等方法,重視培養學生獨立獲取知識的能力,為學生終身學習和創新奠定基礎。④精心設計多媒體課件。多媒體課件除具有一般多媒體課件形象、生動的特點外,還要根據本課程特點展示數據的動態分析過程,盡可能使課件融教學性、科學性、藝術性和技術性為一體,激發學生的學習興趣,提高教師的教學效率。
(2)在實踐教學中,分三個層次進行實踐性教學。①通過試驗設計的方法練習,加深學生對基本原理理解的基礎實踐。②結合專業提出課題,由學生組織設計及分析,并進行課堂討論的綜合性、設計性實踐。③根據專業,由學生自行選題、設計并分析推斷的研究性實踐。
4.切實用好“多媒體教學”
隨著計算機技術的發展,多媒體日益成為重要的教學手段。[7]它以計算機為主要媒介,把文字、圖形、圖像、音頻和視頻等信息媒體結合起來表達教學內容。多媒體教學能使課堂變得生動活潑,從而實現傳統的教學方式無法達到的效果,是高校教學改革的一項重要內容。然而在實踐中,“多媒體”的“多”往往被單一計算機取代,多媒體課件也往往成了簡單的PPT演示。筆者曾在《淺談高等教育多媒體教學中存在的問題》[8]一文中,闡述了現代多媒體教學在帶來利的同時其弊同樣不可忽視。就生物統計學的多媒體教學而言,其概念多、公示多、統計計算過程煩瑣乏味,計算機的應用無疑能起到事半功倍的效果。然而傳統黑板的作用也不能忽視。在教學中筆者就曾發現,學生對統計量不知道怎么書寫;重要的推導過程在多媒體課件中一閃而過,跟學生的認知思維銜接不上,這反而增加了學生的厭惡感,使學生不能跟著教師的節奏學習。由此可見,多媒體教學也存在一定的弊端。
此外,要注意生物統計學多媒體課件的制作不同于物理、化學等學科(它們強調計算機的模擬功能),生物統計學多媒體課件必須同統計分析軟件“鏈接”。在實踐中筆者發現,普通計算器、Excel軟件和SPSS統計軟件是較為適合的本科教學統計軟件。也許大家都忽略了普通計算器的應用,實際上,在任何一臺Windows機器上,程序的附件中都有一個計算器,這個計算器雖然不能進行復雜的統計功能,但對于統計中經常用到的統計量基本都能夠計算。此外,在電腦上機課上,可以重點介紹Excel的統計功能。嚴格說來Excel并不算是統計軟件,而只是數據處理工具。但它幾乎是每臺電腦上裝機必備的軟件,對于大多數的學生來說,Excel統計功能的學習能為他們以后從事非專業統計工作起到很好的幫助作用。專業統計軟件采用SPSS軟件,由于該軟件不需要編程,因此學生較易接受。除了課堂涉及的統計方法外,這些大型軟件包的一個主要好處就是菜單豐富,功能齊備,只要有一本參考書,學生就可以方便地掌握各種統計方法。
最后,要充分運用計算機網絡。網絡教學將為學生提供廣闊的學習空間、充足的學習資料和多樣的學習方式。比如西安科技大學的生物統計學網站,除了具有精品課程的內容外,還在“參考資料”欄目內設有“教學篇”、“人物篇”、“歷史篇”、“故事篇”、“軟件篇”、“應用篇”等內容,這不僅能為學生提供豐富的學習資源,還增加了學生的學習興趣,并可以通過學生反饋來豐富學習資料。
三、考核方式的改革
成績考核是督促學生復習、鞏固所學知識并對教學效果進行檢查的重要手段。在傳統的筆試考核方式中,學生要把大量的時間花在計算公式的背誦和數學計算上,這種考核方式不能全面、準確地考查學生對各種統計分析方法的掌握和應用情況。要改革考核方式,除筆試外,還應增加電腦上機考試。筆試部分應加強概念的理解和實際應用,不要求背條文、記大量的公式,也不要求繁雜的計算。電腦上機考試部分,應讓學生用所學的統計知識和原理,選取合適的統計命令進行統計運算,并能對統計結果進行分析和解釋。這樣就能將學習、考核和應用真正結合起來,既解決了學生死記硬背的問題,又加強了學生靈活應用所學知識的學習興趣,真正達到了本門課程的培養目標。
四、課程建設
在課程的建設上,應注重兩點。一是加強師資建設,以講授本門課程的教授、博士作為課程負責人,建設教學梯隊,以研帶教,以較輔研;教師定期學習討論,編制更符合水產學院研究特色的教學例題、習題。二是將這門課程作為學生一生的課程,即在本科、碩士、博士三個學習階段都要開設本門課程的后續,形成一個完整的統計學學習鏈條,使本門課程能真正服務于水產學院的教學、科研。
關鍵詞:生物統計學;教學;研究生;科研能力
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:A
基金項目:江蘇省研究生教育教學改革研究與實踐課題“研究生教育質量文化建設的研究與實踐――以揚州大學為例”(JGZZ15_100)。
作者簡介:孫 偉(1972―),男,江蘇睢寧人,教授,博士,揚州大學研究生院副院長,研究方向:動物遺傳育種與繁殖;
呂曉陽(1992―),男,江蘇無錫人,揚州大學碩士研究生,研究方向:動物遺傳育種與繁殖。
生物統計學是農學、生物科學等專業學科重要的專業基礎課,是關于科學試驗的設計、實施、試驗數據的收集、整理、分析以及結果解釋和推斷的一門科學。[1]生物統計學包含了正確地設計試驗和收集數據的方法,也包含了如何正確地整理和分析數據、最后得出科學結論的方法。學生通過本門課程的學習,應具備正確處理和分析試驗數據的能力,具有統計思維,開闊的思路,可以利用生物統計學原理指導實驗設計。揚州大學的生物統計學課程主要針對農學院、動物科學與技術學院、獸醫學院、園藝與植物保護學院、生物科學與技術學院等本科生及研究生。近年來,在該課程的教學過程中,筆者注重將教學與科研相結合,不僅把它作為專業基礎課,還把它作為研究生培養科研素質和邏輯思維的重要工具。
一、生物統計學課程對培養研究生科研能力具有重要作用
1.對研究生歸納推理思維的培養
具有生物統計學歸納推理思想能提高學生素質,并有利于加深學生對生物統計學知識的理解以及提高學習效率。在掌握了生物統計學的基本知識并且能熟練運用后,面對一些問題時,學生可以先通過統計學去分析,通過統計學思路逆向設計實驗方案。比如驗證FecB基因對產羔數的影響,通過統計分析比較有FecB基因的母羊的產羔數與無FecB基因的母羊的產羔數之間有無顯著差異,就可以設計實驗先檢測母羊中是否含FecB基因,再查閱相關資料,這樣就能制訂基本的實驗設計框架。生物統計學給了學生一個不同尋常的思維方式,使得學生的科研過程更加輕松、準確。
2.研究生科研素質的培養
研究生科學素養的培養主要體現在發現問題與科研課題設計、實施等方面。生物統計學由試驗設計和統計學方法兩個部分組成,通過試驗設計能提高研究生設計科研課題試驗方案的能力,利用統計學方法能對課題結果進行分析。[2]
生物統計學中使用的統計分析方法會導致試驗誤差,而試驗誤差是影響統計假設結果的重要因素。試驗誤差主要來源于試驗材料的差異、試驗操作水平以及外界因素的影響,試驗誤差控制包括保持試驗材料一致,最佳的試驗設計,試驗中只保持唯一差異原則等,[3]因此,研究生在研究工作中可通過各種方法降低試驗誤差、提高試驗精度,使研究生在科研中做到采樣認真,操作仔細,善于思考,從而達到提高研究生的科研素質和水平的學習目的。同時,在科研工作中,研究生選擇不同的統計方法進行試驗,能讓學生弄清各種統計方法的內涵,還能使學生準確靈活地運用統計學方法發現試驗材料中的潛在信息,從而更好地進行研究。
二、生物統計學教學過程中需要注意的問題
1.采用靈活多樣的教學方式,培養創新人才
教學內容和課程體系是人才培養的主要落腳點,是學生獲取知識的來源,根據現代科研的教學信息和教學內容開展教學是提高教學質量和提高學生科研能力的保證。[4]在教學過程中要根據學生需要的不同,有針對性地選擇一些內容進行講解,并結合本專業自身的特點,形成具有本專業特色和滿足學生實際需要的課程內容。在實際的授課過程中,應掌握一元統計方法、方差分析、回歸分析等基本方法。
生物統計學是既需要理論支撐也需要進行實踐的一門課程,所以在學習理論課程的同時,增加實踐課是必不可少的。開展統計軟件的學習,能擴大學生的視野,提高學生素質。理論課程教學時數并不能達到所需的教學內容,為此,通過統計軟件的學習,可起到以點帶面,提高學習質量的作用。實踐課程采用統計分析軟件SPSS、SAS以及MATLAB軟件來進行生物數據分析,它們各有特點:SPSS操作性大,無須編程;SAS需要簡單程序,功能更加強大;MATLAB具有強大的矩陣運算程序和自編程序的功能。結合實際問題選擇合適的數據處理方法在生物統計學學習中很有必要。[5][6]
2.采取更加自主的教學方法與教學手段
生物統計學主要以概率論和數學統計為基礎,理論抽象,學習時需要很強的邏輯思維能力以及掌握復雜的運算方法,為此在本課程的教學中可以采取以下幾個解決方法。
(1)注重啟發式教學。在教會學生如何搜集、整理數據的同時, 還要教學生學會分析數字背后的含意,要求學生能全面分析問題,通過發散思維解決問題。如在平均數的教學中,可以通過直觀性的次數分布以及現實生活中班級男同學的平均身高、全班英語平均成績等實例使學生正確地理解和使用統計方法;講解t分布時可以通過畫直角坐標看圖進行分析講解,將抽象的問題具體化呈現出來。通過諸如此類的教學方法,學生會更加容易掌握教學內容。生物統計學教學中采用實例法、圖示法等能提高學生的理解能力,達到培養目標。
(2)將多媒體課件與板書相結合進行教學。傳統板書教學相對其他教學手段雖然費時,但針對一些重要的統計學相關公式的推導和證明,則有著其他教學形式不可比擬的優勢,能讓學生在老師的帶領下有足夠的時間理解和消化教學內容。多媒體課件演示具有內容豐富、信息量大、有層次感、抽象問題具體化的特點。在教學過程中,教師應利用圖片、影像、聲音甚至不同字體顏色和背景來吸引學生注意力,從而形象生動地進行教學。[7]將傳統板書與多媒體結合來開展教學,不僅能保證學生跟上教學進度,還能向學生傳遞相關的教學信息,使學生清晰、直觀地掌握抽象的概念,提高學生分析和解決問題的綜合能力。
(3)借助科研案例進行教學,激發學生學習積極性。學習生物統計學的目的在于更好地進行科研,在教學過程中,將生物統計學中的各種分析方法結合本專業具體案例進行教學和解析,利用案例能讓學生更清晰了解分析方法的使用技巧,在課堂上學以致用。通過熟知的理論和前沿研究,讓學生切實認識到生物統計學在生命科學研究中的作用,深刻認識到學習生物統計學的重要性,從而激發學生學習積極性,從被動接受變為主動學習。
(4)運用連貫式教學手段,充分理解教學內容。生物統計學的連貫性非常強,每節課都要將之前學到的知識進行梳理、總結、鞏固,并且通過之前所學引出新的內容,使得學生頭腦中有一個連貫的體系,教學內容難度層層遞進,充分把握之前的內容,再由淺入深讓教學內容更具連貫性,幫助學生理清思路,融會貫通,使學生從“學”到“會”,完整地掌握教學內容。
(5)通過網絡平臺進行教學。學生與老師之間的交流時間并不長,甚至很短,交流上的困難造成學生在課堂上留有的問題不能得到及時解決,久而久之問題越積越多,就會影響學生的學習積極性,教學質量得不到提高,甚至會下滑。利用網絡平臺可以加強學生與老師間的溝通,老師不僅可以將每一章的內容到網上,以便于學生及時掌握重難點知識;而且能加強師生間溝通, 學生可以通過教學平臺提問,老師可以通過平臺對學生的問題進行及時的回答并且布置作業,師生間的交流加強,使得課程體系更加完善。
3.筆試與實踐相結合的考核方式
以往生物統計學采用閉卷筆試考試方法,主要注重對書本理論知識和方法的考核,這種考核方式可能會導致學生突擊復習,死記公式,并不能完全掌握各種統計方法。由于生物統計學是一門實踐性非常強的課程,所以除理論筆試外,還有計算機考試,在計算機上進行試驗設計、統計假設測驗和統計推斷,并對統計分析結果進行解釋分析,這樣可以加強學生平時對實際操作的重視。將平時作業以及上機時實際的軟件操作技巧和統計分析結果作為一部分成績,這種考核方式不僅能使學生掌握理論知識和方法,也能提高學生使用統計軟件解決實際問題的能力。
4.科研教學相互促進
將科研成果運用到教學之中,結合實際運用的需要,使教學與實踐緊密結合。教學過程中以實際科研為例,做到隨堂學,隨堂用,同時可加深學生對統計理論的理解,從而不斷地利用統計學知識對實際問題進行探討,從而解決問題,加強學生對統計學知識的重視,促使學生在撰寫論文時自覺地運用統計學,從提高論文質量提高寫作水平。
參與科研,使學生將已掌握的生物統計學知識在科研中發揮作用,除課堂教學外,到生產實踐第一線設計試驗、收集數據和進行統計學分析,加深對理論知識的理解。例如在驗證FecB基因是否對產羔數有影響時,在試驗前應正確選擇試驗設計方法,在實驗過程中控制試驗條件差異,保持唯一差異原則,并獲取正確的試驗數據,選擇合適的統計分析方法進行分析。將理論運用到實際科研中可以使得學生在不斷摸索中更加深刻地理解和運用統計學知識,在運用所學知識解決實際問題過程中能培養自身的統計思維,逐漸靈活使用統計方法,在實際操作中不斷熟悉、掌握統計學方法。同時統計學的優勢提高了學生學習的積極性,能更自主地利用統計學去提升自己的科研能力。
參考文獻:
[1]楊澤峰,張恩盈,徐辰武,等.《生物統計與試驗設計》課程建設與學生科研素質培養[J].中小企業管理與科技(下旬刊),2013,(10).
[2]任 妍,許海霞,程西永,等.農業院校生物統計學教學改革探討[J].現代農業科技,2014, (4).
[3]李 輝,蔡惠芬,施曉麗.《生物統計附試驗設計》課程教學實踐探討[J].時代教育,2014,(8):45-49.
[4]李玉閣.“生物統計學”課程教學初探[J].生物學雜志,2006,23(5):52-56.
[5]李玉紅,陳 菊,黎嬌凌.提高《生物統計學》學習效果之初探[J].黔南民族師范學院學報,2014,34(6):99-101.
關鍵詞: 畜牧獸醫 SPSS軟件 教學效果
生物統計學是收集、整理、分析數據資料,以數字為語言,描述和分析客觀事物數量方面的科學,它的應用已經滲透到自然科學和社會科學的各個領域。生物統計學課程是高等農業類院校為畜牧獸醫各專業學生開設的基礎必修課,是一門應用性很強的課程。生物統計學課程的目的在于培養學生統計方面的基本技能,了解這些方法在實際領域中的具體應用,理解統計方法背后隱含的統計思想,培養學生應用統計方法分析問題和解決問題的實際能力。
在傳統的生物統計學教學過程中,統計公式的計算是通過計算器和手工完成的,對于含有大量復雜數據的案例很難引入教學中;與此同時,數據的圖表、圖形在生物統計的教學過程中有著很重要的作用,面對大量數據,手工繪圖極其困難,并且精確度難以把握。這些都對生物統計學課程的教學產生較大的障礙,不利于學生對生物統計學理論和方法的深入理解,不利于培養學生運用統計方法分析與解決實際問題的能力。
SPSS統計軟件是國際上公認的權威的統計分析軟件,相對于SAS、SATA、R語言等統計軟件來說,其最大的優勢是入門快,也就是操作簡單。對于初學者,完全利用菜單命令就能完成操作。其對用戶的計算機編程能力要求不高,所以在自然科學與社會科學研究中SPSS統計軟件得到廣泛應用。SPSS統計軟件作為解決統計問題的一個工具,在畜牧獸醫生產中應用越來越廣泛,結合SPSS開展統計學教學,對調動學生的學習積極性、提高其解決問題的能力具有較強的現實意義。SPSS統計軟件在畜牧獸醫專業生物統計教學中有以下優勢。
(一)SPSS統計軟件能夠方便、快捷地處理大量數據,并且精確地繪制圖形、圖表,直觀、形象地展示統計結果。
畜牧獸醫專業是應用性極強的學科,在傳統教學方式下,對于實際生產過程中遇到的數據,很難在短時間內利用計算器和手工完成統計分析,同時難以手工繪制出精確的圖形來展示統計結果,然而,采用SPSS軟件教學后,這些問題都可以解決。SPSS軟件可以方便、快捷地處理復雜的數據,在很短的時間里就可以得到統計結果,同時可以精確的繪制圖表、圖形,把統計結果形象直觀地展示出來,加深學生對概念的理解。
(二)SPSS統計軟件的應用有利于提高學生的學習興趣。
在傳統的生物統計學教學過程中,數據的計算都是通過計算器和手工完成的,講授重點內容是統計學的基本原理和方法。由于受到課時和學生數學基礎知識的限制,講授內容的廣度與深度都很難擴展,很難滿足實際生產的需要。事實上,只要學生正確運用SPSS軟件,就能很方便快捷地把生物統計學課程的習題例題在很短的時間內演算完成。教師可以把授課重點從統計學的基本原理和方法轉向對實際生產過程中遇到的實際問題的解析和理解,讓學生貼近實際生產,更容易理解和掌握。
(三)SPSS統計軟件的應用有利于培養學生的創新實踐能力。
對于生命科學領域而言,隨著測序技術的迅猛發展,每天都會有大量數據完成,面對海量的數據,統計分析工作顯然無法用手工方式完成,需要運用計算機統計軟件實現。在傳統統計學教學中,不論是老師教學,還是學生完成作業,都是通過手工計算,這樣很難培養學生的創新精神和實踐能力。使用SPSS統計軟件輔助教學,能讓學生在學習理論知識的同時掌握實踐操作技能,在使用生產過程中遇到的具體案例獲得實踐經驗,使用數據快速做出基于事實的決策,使用各種技巧找出處理特定數據類型最佳的統計方法,有利于培養學生的創新精神和實踐能力。
生物統計學是一門應用性很強的課程,是將數理統計的原理和方法分析和解釋生物界的現象與數據資料規律的科學。在傳統教學中,一般偏重于統計的原理和方法的教學,老師和學生用計算器進行數值計算。這一教學方法可以在短時間內使學生學到盡可能多的內容,培養學生嚴謹的邏輯思維,但由于數據的龐大或公式、圖表的復雜,導致哪怕是求一組數據的方差、計算相關系數或建立回歸方程,都無法在課堂上較短的時間內完成,更不可能精確顯示相關圖形和進行預測。傳統的教學模式讓學生認為其難學且枯燥無味,甚至懷疑所學知識在實際中無用武之地,失去學習和實踐的興趣。隨著信息技術迅猛發展,學生能夠通過手機、網絡等多媒體資源接收豐富多彩的課程信息,學生追求新穎、趣味方面的需求非常強烈,這給傳統的教學模式帶來巨大的挑戰。如果在課堂上給學生引入SPSS統計軟件,就能在講課時一邊講解理論,一邊利用統計軟件對數據進行處理,可以有效解決計算量大的困難,增強學生學習的信心,即使面對計算量大、數學原理復雜的推斷統計學知識,利用SPSS統計軟件一樣可以輕松解決,這樣可行大大提高課堂教學效率,加深學生對基本概念的理解,有利于培養學生的創新精神和實踐能力,有利于今后的學習和工作,提高就業競爭力。
總之,結合SPSS統計軟件開展生物統計學教學,能有效激發學生的學習熱情,充分調動學生的積極性與主動性,切實提高學生應用統計方法解決實際問題的能力,增強統計學課程教學效果。
參考文獻:
[1]郭菊喜.統計軟件SPSS教學研究與實踐[J].數學學習與研究,2016.9.
[2]張克儉.SPSS軟件在高職統計學教學中的應用[J].天津市經理學院報,2010(2).
[3]趙秀敏.Excel和SPSS在生物統計課程教學中的應用[J].河南農業,2014(9).
鑒于現在大學生計算機操作能力普遍較好且有興趣的特點,在生物統計學課程教學中引入計算機教學為該課程改革提供了契機。運用計算機教學需要選擇一個合適的統計分析軟件,與常用的Excel和SAS軟件相比,R語言既是一款更適合在生命科學相關專業本科生教學中進行使用的統計分析軟件。
一、R語言的特點及應用現狀
R語言早期由新西蘭奧克蘭大學的RossIhaka和RobertGentleman開發,現在則由“R開發核心團隊”負責開發。R語言免費的軟件,可從R網站(http://r-pro-)及其分布于世界各地的鏡像網站上自由下載,具有豐富的統計函數及強大的畫圖功能,而且用戶還可以通過安裝新的套件(Packages)進一步增強其功能。R語言的代碼是公開的,用戶既可以查看函數的源代碼學習統計編程,也可以通過修改源代碼實現新的功能。鑒于其強大的統計計算與圖形展示功能,且完全免費和源代碼開放的特點,其近年來發展迅速。目前,國外眾多大學統計相關課程及筆者較為了解的動物科學專業相關課程都將R作為教學工具軟件。然而,目前國內高校統計相關課程教學中統計軟件的使用雖種類繁多,有SPSS,SAS,Matlab,Minitab,Stata,Origin,MSxcel等,據筆者了解將R軟件運用于大學統計教學的案例還非常少。因此,如何將R軟件應用于大學生物統計學教學還需更多的研究和探討。
二、R語言的基本功能
R語言在統計描述、統計作圖、統計分布及統計檢驗等方面豐富的函數為生物統計教學提供了便利的資源。這些函數可分類總結如下:統計描述:常用的統計描述函數有算術平均數mean,標準差sd,方差var,極差range,中位數median,和sum,最大值max,最小值min。同時,還可以用summary對不同類型數據進行簡單統計描述,用table對多變量分類數據進行統計,用frequency對頻數資料進行整理。統計作圖:簡單統計作圖函數包括柱狀圖barplot、餅圖pie、直方圖hist、莖葉圖stem、箱線圖boxplot、散點圖plot等圖示方法;除此之外,還可以使用lattice程序包制作更為復雜的多變量、多數據集的組合圖形,及3D圖形。統計分布:在統計教學中統計分布是重要的一部分函數,R中常用的統計分布有正態分布normal,二項式分布binom,卡方分布chisq,指數分布exp,F分布f,泊松分布pois,t分布t,及均勻分布u-nif。將這些統計分布名稱前面分別加上字母d、q和p即可獲得這些統計分布的分布密度density,分位數quantile,概率函數probability。如dnorm(),即為正態分布密度函數。統計檢驗:R中常見的統計檢驗函數有t檢驗t.test,方差分析aov,卡方檢驗chisq.test,及相關檢驗cor.test。需要注意的是,在調用相關函數時,需提供正確的數據變量及參數選項。
三、生物統計教學實例分析
生物統計學的教學內容包括很多理論內容,例如各種統計分布、種統計檢驗的原理等。這些內容往往比較抽象,以口頭講解的方式通常難以在有限的時間內高效地傳遞這些信息,學生接受程度較低,教學效果不理想。生物統計學課程中講解標準誤時涉及到的“樣本平均數的抽樣分布”即是一個較為抽象的概念。此時可以使用R語言的數據模擬及圖形演示功能演示樣本平均數的生成過程及其分布。具體實現過程如下:(1)設定包括群體大小、樣本大小、抽樣次數、總體均數、總體方差等群體參數,使用rnorm()函數模擬生成服從正態分布的群體數據。(2)使用hist()函數作總體頻數分布圖。(3)用sample()函數對總體進行抽樣,計算并記錄樣本均數,使用plo(t)函數和poin(t)函數演示抽樣過程及樣本平均數。(4)使用his(t)函數制作樣本平均數的抽樣分布頻數圖,使用sd(),mean()等函數統計輸出樣本平均數的抽樣分布。通過此演示,可讓學生自行調節總體參數,樣本大小等參數,從而讓學生更加直接地理解參數之間的關系,進而快速掌握樣本平均數抽樣分布的概念。在此過程中,學生學習積極性得到了充分調動,課堂實際練習過程受到學生的好評,教學效果得到充分提升。
將R語言應用到生物統計學教學過程中,可以把抽象的統計學理論和統計學實踐聯系在一起,增加學生生物統計學學習的趣味性。在教學中也應注意引導學生認識到R語言是工具,生物統計學理論是應用的基礎,只有培養學生具備良好的統計基礎才能用好此工具。針對具體的教學對象,需根據需求調整具體的教學實施過程,完善利用R軟件的教學方式,把學生培養成為統計理論與實踐能力兼備的復合型人才。(本文作者:張哲、張豪單位:華南農業大學動物科學學院)
民和回族土族自治縣西溝鄉東溝衛生院青海省民和回族土族自治縣810800
【摘 要】目的:回顧比較不同臨床標本微生物檢驗的陽性率探討。方法:將我院2013年1月-2015年2月間收集到的10000份標本按照時間順序分為觀察組和對照組,對比觀察兩組標本的微生物檢驗陽性率。結果:觀察組的血培養標本陽性檢出率高于對照組(P<0.05),在呼吸道標本、大便標本和其他標本的陽性檢出率方面,觀察組均明顯低于對照組,二者差異顯著,具有統計學意義(P<0.05)。結論:對于不同年度的臨床標本的微生物檢驗陽性率進行回顧性分析,并找出原因,提高檢驗與診斷水平,最終為臨床治療提供參考。
關鍵詞 臨床標本微生物檢驗;血培養標本陽性檢出率;呼吸道標本;大便標本;其他標本
作為可以為臨床感染性疾病診斷提供依據的重要參考之一,微生物檢驗對于感染性疾病的防治具有至關重要的意義,其中最為關鍵的環節是進一步規范對病原微生物的檢測,進而提高陽性的檢出率。本文將我院2013年1月-2015年2月間收集到的10000份標本按照時間順序分為觀察組和對照組,對比觀察兩組標本的微生物檢驗陽性率,現報道如下。
1臨床資料及方法
1.1一般資料
將我院2013年1月-2015年2月間收集到的10000份標本按照時間順序分為觀察組和對照組,將2013年1月1日-2014年1月31日的5000份作為對照組,其中包括2356份呼吸道標本,865份腦脊液、胸腹水與血液標本,305份大便標本,1474份其它標本。將2014年1月31日-2015年2月28日的5000份作為觀察組,其中包括2312份呼吸道標本,719份腦脊液、胸腹水與血液標本,347份大便標本,1622份其它標本。兩組標本在一般資料方面的差異較小,無統計學意義(P>0.05),具有可比性。
1.2方法
采用法國梅里埃公司生產的全自動細菌鑒定藥敏分析儀對所有臨床標本進行檢驗,嚴格按照操作規范進行[1]。
1.3診斷標準
對比觀察兩組的呼吸道標本、血培養標本、大便標本及其他標本的陽性檢出率。
1.4統計學分析
本次研究中的數據處理應用統計學軟件spss17.0進行處理;計量資料應用t檢驗;計數資料應用X2檢驗;計量資料應用單因素方差分析;若P<0.05,表示差異具有統計學意義。
2結果
對照組的呼吸道標本有2356份,其中包括852份陽性,陽性率為36.16%,觀察組有2312份呼吸道標本,其中包括711份陽性,陽性率為30.75%,前者明顯更高,差異具有統計學意義(P<0.05);在血培養標本方面,對照組有865份血培養標本,其中陽性數為73,陽性率為8.44%,觀察組有719份血培養標本,其中陽性數為70,陽性率為9.74%,后者明顯更高,差異具有統計學意義(P<0.05);在大便標本方面,對照組有305份標本,其中陽性數為4,陽性率為1.31%,觀察組有347份血培養標本,其中陽性數為3,陽性率為0.86%,前者明顯更高,差異具有統計學意義(P<0.05);在其他標本方面,對照組有1474份血培養標本,其中陽性數為477,陽性率為32.36%,觀察組有1622份血培養標本,其中陽性數為388,陽性率為23.92%,前者明顯更高,差異具有統計學意義(P<0.05)。總體而言,對照組的陽性率為28.12%,明顯高于觀察組的24.02%,P<0.05。見表1。
3討論
本文主要回顧性分析臨床標本發現,觀察組的血培養標本陽性檢出率為9.74%,高于對照組的8.44%(P<0.05),在呼吸道標本、大便標本的和其他標本的陽性檢出率方面,觀察組分別為30.75%、0.86%及23.92%,均明顯低于對照組的36.16%、1.31%及32.36%,二者差異顯著,具有統計學意義(P<0.05)。
綜上所述,對于不同年度的臨床標本的微生物檢驗陽性率進行回顧性分析,并找出原因,提高檢驗與診斷水平,最終為臨床治療提供參考。
參考文獻
[1]朱曉夏,周宋元,胡玲琴等.不同時段血培養、糞便培養及痰培養檢驗結果陽性率分布情況比較[J].中國繼續醫學教育,2014,06(07):133-135.
[2]梅雪飛,左改珍,范恒梅等.臨床醫護人員微生物標本采集存在問題分析及對策[J].護理學報,2010,11(16):526-527.