《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探索

摘 要：生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法在生物學(xué)中的應(yīng)用，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。過(guò)去《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》教學(xué)以純理論教學(xué)為主，不設(shè)或很少開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，導(dǎo)致理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)，這顯然未達(dá)到教學(xué)的目的。該文結(jié)合《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的基本原理，利用計(jì)算機(jī)和統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行改革探索。

關(guān)鍵詞：生物統(tǒng)計(jì)學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革探索；實(shí)踐

中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）15-148-02

生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理和方法在生物學(xué)中的應(yīng)用，不僅在生命科學(xué)領(lǐng)域、而且也在其他學(xué)科領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，是一門工具學(xué)科[1]。生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)，涉及的基本原理、公式和概念較多，需有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯推理能力才能學(xué)好，相對(duì)于其他專業(yè)課程，師生普遍反映難教、難學(xué)、難記[2]。《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》不容易理解和掌握，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，考試前通過(guò)死記硬背接受理論知識(shí)，形成短暫記憶，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，所學(xué)內(nèi)容逐漸忘記。這門課程講授完之后，學(xué)生不會(huì)靈活運(yùn)用其中的方法，也不會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，更不會(huì)將生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本理論、技術(shù)和常用統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用到本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)，顯然未達(dá)到教學(xué)目的。以往《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》教學(xué)以單純理論教學(xué)為主，不設(shè)或很少開設(shè)實(shí)驗(yàn)課。因此，筆者結(jié)合《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的基本原理，利用計(jì)算機(jī)和統(tǒng)計(jì)軟件，開設(shè)了《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》實(shí)驗(yàn)課，并嘗試對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行改革探索。

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)非常有利于提高大學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，而《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》課程教學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)亟待加強(qiáng)。在《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，我們利用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開設(shè)以下實(shí)驗(yàn)課：（1）《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》某章節(jié)理論知識(shí)講授完之后，利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件，開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課。在實(shí)驗(yàn)課上，教師通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件演示例題的計(jì)算和分析過(guò)程，并講授統(tǒng)計(jì)軟件的使用方法，學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)例在計(jì)算機(jī)上借助統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行操作，這樣使學(xué)生獲得知識(shí)更加直接與快速。（2）學(xué)生參與試驗(yàn)設(shè)計(jì)和科學(xué)試驗(yàn)。學(xué)生要在生產(chǎn)實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)室中設(shè)計(jì)試驗(yàn)，親自參與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，這樣有利于加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》教學(xué)開設(shè)了如下實(shí)驗(yàn)：

1 利用Excel繪制常用統(tǒng)計(jì)圖

Excel繪制圖形功能強(qiáng)大，各種版本的Excel軟件均提供了14種標(biāo)準(zhǔn)圖表類型，每種圖表類型中又含有2～7種子圖表類型；還有20種自定義圖表類型可以套用。講授完試驗(yàn)資料的搜集和整理后，開設(shè)利用Excel繪制常用統(tǒng)計(jì)圖的實(shí)驗(yàn)課。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上利用Excel繪圖時(shí)，可以對(duì)圖表區(qū)、繪圖區(qū)、數(shù)據(jù)系列、坐標(biāo)軸、圖例、圖表標(biāo)題的格式，例如文字的顏色、字體、大小，背景圖案、顏色等進(jìn)行修改和調(diào)整，使修飾后的圖形更加美觀好看，爽心悅目。當(dāng)圖和數(shù)據(jù)放在一張工作表上、學(xué)生改變繪制圖形的數(shù)據(jù)時(shí)，其圖形將發(fā)生相應(yīng)變化；將鼠標(biāo)放在圖中某數(shù)據(jù)點(diǎn)上，在鼠標(biāo)下方將彈出一個(gè)文本框給出數(shù)據(jù)點(diǎn)的具體數(shù)值；用鼠標(biāo)單擊繪圖區(qū)中的“數(shù)據(jù)系列”標(biāo)志，其圖所屬數(shù)據(jù)單元格將被彩色框線圍住，便于用戶查看圖形的數(shù)據(jù)引用位置。在“數(shù)據(jù)系列”點(diǎn)擊右鍵可以向散點(diǎn)圖、線圖、條形圖等添加趨勢(shì)線，并可給出趨勢(shì)線的方程與決定系數(shù)。

2 利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計(jì)分析

講授完試驗(yàn)資料特征數(shù)的計(jì)算后，開設(shè)利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計(jì)分析的實(shí)驗(yàn)課。首先選用與生活聯(lián)系緊密的數(shù)據(jù)資料，讓學(xué)生利用Excel計(jì)算這些數(shù)據(jù)的平均數(shù)、中位數(shù)和眾數(shù)，測(cè)定和分析這些數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)，然后利用Excel測(cè)定樣本標(biāo)準(zhǔn)差、總體標(biāo)準(zhǔn)差和四分位數(shù)，讓學(xué)生分析這些數(shù)據(jù)的離散趨勢(shì)。另外，讓學(xué)生利用Excel分析總體次數(shù)的分布形態(tài)，計(jì)算總體平均值的置信區(qū)間，有助于識(shí)別總體的數(shù)量特征?？傮w的分布形態(tài)可以從兩個(gè)角度考慮，一是分布的對(duì)稱程度，另一個(gè)是分布的高低。前者的測(cè)定參數(shù)稱為偏度或偏斜度，后者的測(cè)定參數(shù)稱為峰度。

3 利用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)

講授完統(tǒng)計(jì)推斷之后，利用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)課。統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)是根據(jù)隨機(jī)樣本中的數(shù)據(jù)信息來(lái)判斷其與總體分布是否具有指定的特征[1]。我們選擇實(shí)際案例，讓學(xué)生提出假設(shè)，利用Excel中適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法計(jì)算檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量及其分布，確定顯著性水平和決策規(guī)則，最后推斷是否接受假設(shè)，得出科學(xué)合理的結(jié)論，這個(gè)過(guò)程就稱為假設(shè)檢驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)的方法多樣，通過(guò)比較就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的基本方法和步驟大同小異，例如t檢驗(yàn)、u 檢驗(yàn)、x2檢驗(yàn)等，可以詳細(xì)講述其中1～3種假設(shè)檢驗(yàn)方法，其它假設(shè)檢驗(yàn)方法可以采用啟迪和推導(dǎo)方式讓學(xué)生利用統(tǒng)計(jì)軟件自行輕松地學(xué)習(xí)和操作。

4 利用Excel和SAS軟件進(jìn)行方差分析

講授完方差分析之后，開設(shè)利用Excel和SAS軟件進(jìn)行方差分析的實(shí)驗(yàn)課。利用Excel只能進(jìn)行單因素或雙因素（包括可重復(fù)雙因素和無(wú)重復(fù)雙因素）方差分析，而涉及雙因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)、三因素試驗(yàn)和裂區(qū)試驗(yàn)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析，即讓學(xué)生利用SAS軟件進(jìn)行多重方差分析。另外，Excel中的單因素或雙因素方差分析只能給出方差分析表，不能進(jìn)行平均數(shù)的多重比較，也無(wú)法用不同字母標(biāo)記法表示差異顯著性的結(jié)果，這些也都需要利用SAS軟件。

5 利用多種統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行回歸分析

由一個(gè)或一組非隨機(jī)變量來(lái)估計(jì)或預(yù)測(cè)某一個(gè)隨機(jī)變量的觀測(cè)值時(shí)，所建立的數(shù)學(xué)模型及所進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析，稱為回歸分析[1]。按變量個(gè)數(shù)的多少，回歸分析有一元回歸分析與多元回歸分析之分，多元回歸分析的原理與一元回歸分析的原理基本相似。按變量之間的關(guān)系，回歸分析可以分為線性回歸分析和非線性回歸分析。利用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行回歸分析時(shí)，首先讓學(xué)生如何確定因變量與自變量之間的回歸模型；如何根據(jù)樣本觀測(cè)數(shù)據(jù)，估計(jì)并檢驗(yàn)回歸模型及未知參數(shù)；在眾多的自變量中，讓學(xué)生判斷哪些變量對(duì)因變量的影響是顯著的，哪些變量的影響是不顯著的。在方差分析實(shí)驗(yàn)課上，先讓學(xué)生利用Excel進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性回歸分析，然后利用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)與回歸分析，最后利用SAS軟件進(jìn)行多元線性回歸分析和逐步回歸分析，使學(xué)生了解不同統(tǒng)計(jì)軟件的特點(diǎn)、功能和作用。

6 利用基本原理設(shè)計(jì)試驗(yàn)

試驗(yàn)的精確度高低取決于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，只有通過(guò)有效地控制試驗(yàn)誤差才能提高試驗(yàn)精確度。因此，教師有必要正確引導(dǎo)大學(xué)生在試驗(yàn)過(guò)程中要做到操作仔細(xì)，這樣有利于提高學(xué)生的科研素質(zhì)。在試驗(yàn)工作中，從試驗(yàn)資料中發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律性是極其重要的，這需要科學(xué)合理地運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本原理和方法。講授完試驗(yàn)設(shè)計(jì)之后，要求學(xué)生根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理，在生產(chǎn)實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)提出試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路，制定試驗(yàn)方案。然后，學(xué)生分組討論試驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性，并進(jìn)行糾正和修改。在試驗(yàn)前期，學(xué)生應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作。在試驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生要考慮試驗(yàn)條件的差異對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，可根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和技巧分析試驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題，使學(xué)生獲得的理論知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，從而加深對(duì)理論知識(shí)的理解。試驗(yàn)結(jié)束后，獲得大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要選擇正確的統(tǒng)計(jì)方法分析試驗(yàn)資料，得出科學(xué)合理的結(jié)論，以達(dá)到研究目的。最后，教師根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的試驗(yàn)思路、方案、步驟及作出的試驗(yàn)報(bào)告給予評(píng)價(jià)。通過(guò)開設(shè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)踐課，可以使學(xué)生明確試驗(yàn)的目的、試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、試驗(yàn)因素及水平等內(nèi)容，有利于提高學(xué)生設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案的能力。

實(shí)踐證明，開設(shè)《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，學(xué)生能夠在計(jì)算機(jī)上借助相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件親自統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用所學(xué)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析和檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果，最后得出可靠的結(jié)論。最后畢業(yè)時(shí)，學(xué)生能根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理，可獨(dú)立完成畢業(yè)論文試驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)施設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案，獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析耗時(shí)，而且繁瑣，因而過(guò)去畢業(yè)生害怕對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。自從我們結(jié)合《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》的基本原理，利用計(jì)算機(jī)和計(jì)軟件開設(shè)了該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，學(xué)生輕松地掌握了該課程的基本原理和統(tǒng)計(jì)分析方法，統(tǒng)計(jì)和分析數(shù)據(jù)的速度、精確度均大幅度提高?，F(xiàn)在部分學(xué)生還能幫助教師進(jìn)行科研課題的數(shù)據(jù)處理和分析，畢業(yè)論文水平也大大提高。

《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》教學(xué)實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，初步掌握開展科學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法；培養(yǎng)學(xué)生掌握正確收集、整理試驗(yàn)資料的方法，能利用生物統(tǒng)計(jì)方法對(duì)試驗(yàn)資料進(jìn)行正確的統(tǒng)計(jì)分析；培養(yǎng)學(xué)生掌握常見統(tǒng)計(jì)軟件的使用方法和統(tǒng)計(jì)方法?！渡锝y(tǒng)計(jì)學(xué)》實(shí)驗(yàn)課深受學(xué)生的歡迎，這也是對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嘗試和改革探索的肯定。在該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，筆者深刻體會(huì)到要提高《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和質(zhì)量，教師需要投入時(shí)間與精力，鉆研實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)水平，轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，不斷探索和優(yōu)化多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：陶學(xué)軍）