基于SPSS軟件的生物統計學本科教學改革

馬建輝+張黛靜+姜麗娜+邵云

摘要：生物統計學是生物學科不同專業學生必須熟練掌握和應用的一門基礎學科，全國各大高校均已開設該課程的本科教學。但是由于生物統計學以數學知識為基礎、概念術語多、計算公式多、課程內容連貫性強等特點，學生在實際學習中很難對其熟練掌握和應用。本研究主要探索如何在生物統計學基本教學內容的基礎上增加SPSS統計學軟件實驗課的設置，通過理論課與實踐課程的相互結合使學生們更加了解生物統計學的理論知識，并能在以后的工作和科研中進行熟練的應用，起到良好的教學效果。

關鍵詞：教學改革;生物統計學;SPSS軟件

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0133-03

生物統計學是一門應用數理統計的原理和方法來分析和解釋生物界各種現象、實驗調查資料和實驗數據的學科[1]。通過對該課程的學習可極大地提高學生對現有數據的處理和分析能力，對學生獨立思考和科學研究能力的提升具有很大幫助。因此，生物統計學是生物學科不同專業學生都必須掌握并能熟練應用的一門基礎學科。目前，全國各大高校已將生物統計學列為本科生重要的基礎課課程，并作為研究生的選修課程深受學生的青睞。

在實際教學中，姜麗娜教授根據多年來的生物統計學教學經驗，總結出該課程具有以數學知識為基礎、概念術語多、計算公式多、課程內容連貫性強等特點[2]。學生在實際學習過程中往往也會因為對數學知識掌握不夠牢固、概念術語理解不夠透徹、計算公式應用不夠熟練、課程內容未能完全理解等原因，而導致對該門課程學習掌握程度不夠，難以在以后的科研、工作中得到充分的應用。為了鞏固對生物統計學課程的學習，許多高校也陸續針對該門課的教學內容設置了生物統計學實驗課，并嘗試在實驗課部分增加一些Excel等簡單工具在統計學中應用的課程[3]。但這些實驗課程的設置大多是圍繞課本教學內容，使學生進一步熟練統計學概念和計算公式的應用，還不能使學生在實際需要中熟練自如的應用生物統計專業工具。

本人總結在生物統計學以及生物科學領域的教學科研經驗，認為在本科生生物統計學教學過程中，應當在注重基礎知識的掌握的同時兼顧專業統計軟件（例如：SPSS、SAS等）操作，使學生在日后實際工作中能熟練地應用這些專業統計軟件進行數理統計分析，快速高效的得到理想的結果。本文綜合SPSS軟件的功能特點，結合李春喜教授主編生物統計學教材的本科教學內容[4]，探討SPSS軟件在生物統計學不同章節的實驗設置，以使學生更好地掌握生物統計學在現實領域中的應用。

一、SPSS軟件的基本特點以及數據文件的建立、導入與導出

李春喜教授主編的第五版生物統計學教材中，前一章內容分別為概論。結合SPSS特點，在講授本章內容的同時，SPSS上機實驗課應設置為SPSS軟件的界面介紹、基本特點和作用，數據的建立、導入與導出部分。

SPSS軟件的特點與作用：SPSS（Statistical Package for the Social Science or Statistic Products and Service Solution）軟件是于1968年由美國斯坦福大學（Stanford University，USA）的三位研究生研發而成，并以此名創立SPSS公司。該軟件操作簡單，易學易用，具有較強的統計功能和強大的作圖功能，特別是能夠快速準確地完成大量的、煩瑣的、專業的和復雜的數據統計分析，是國際上認可的專業統計分析軟件之一。其可廣泛應用于統計分析（例如均值比較、相關分析、方差分析等）以及統計圖形（例如柱狀圖、散點圖、餅狀圖等）的制作和編輯。在介紹這些功能的同時，打開SPSS窗口，兼并介紹SPSS視圖窗口中標題欄、菜單欄、數據單元格顯示、工具按鈕、數據視圖和變量視圖的一些簡單用法。

數據文件的建立：SPSS軟件打開之后，會進入數據編輯窗口，新建一組數據后可將變量依據實驗內容進行命名，并選擇輸入數據的基本變量類型（例如數值型、逗號型、句點型、科學計數型、日期格式型、美元型、定制貨幣型和字符串型等）。

數據文件的導入與導出：SPSS可以導入SPSS（*.sav），Excel（*.xls），dBASE（*.dbf），ASCⅡ（*.dat，*.txt），Access（*.mdb），Lotus（*.w*），Foxpro（*.dbc）等數據文件，以及各類SASS數據文件。即從菜單選擇File中選Open，彈出Open File對話框，文件框內顯示以選擇所需文件后綴類型，之后選擇對象，單擊打開（O）按鈕，或雙擊對象文件，從而將文件導入。同樣文件的導出通過File中的save/save as（保存數據對話框），選擇保存路徑，鍵入文件名，確定數據類型，單擊保存（S）按鈕，其導出文件。

二、應用SPSS軟件的基本統分析

教學材料第二、三章內容為資料的整理與特征數的計算、概率和概率分布，結合教學內容SPSS上機實驗課應設置基本統計分析課程，該部分包括數據匯總報告和描述性統計分析兩方面的內容。

基本統計分析可通過菜單欄的分析（Analyze）窗口進入，點擊分析欄之后，鼠標放置數據匯總報告（Reports）欄，即可顯示分層報告（OLAP—Online Analytical Processing）、數據匯總（Cases Summarize）、行匯總報告（Report Summaries in Rows）、列匯總報告選項（Report Summaries in Columns）（圖2A）。其中分層報告主要用于中位數、最大值、最小值、方差、偏度系數等統計描述;數據匯總可用于對編輯窗口中的數據在結果窗口中羅列出來，以便瀏覽和打印，同時也可對數據的基本特征進行描述;行匯總報告可羅列原始數據，其格式是以觀察單位和統計量為行標目，以報告變量為列標目;列匯總報告主要用來生成按列顯示統計量計算結果的報告，同時也可以完成許多統計計算。當鼠標放置描述性統計分析（Descriptive Statistics）位置后，選中響應的功能即可進入頻數分析（Frequencies）、描述性分析（Descriptives）、探索性分析（Explore）、多維交叉表分析（Crosstabs）、比值分析（Ratio）（圖2B）窗口從而根據自己的目的進行響應的數據分析。endprint

三、應用SPSS軟件的均值比較和方差分析

生物統計學基本知識熟悉之后，在隨后在課堂教學中會開始進行統計推斷和方差分析部分的內容。SPSS實驗課在此部分結合課堂教學相應的設置均值比較和方差分析上機內容。

均值比較可通過菜單欄的分析（Analyze）窗口進入，點擊分析欄之后，鼠標放置數據均值比較（Compare Means）上即可顯示相應分析欄：平均數基本分（Means）可用于定量資料的統計分析，按分組變量計算因變量的描述統計量值，如均值、方差、標準差、偏度、峰度等統計量，并顯示結果;單樣本T-test（One-Sample T Test）單樣本t檢驗主要用于樣本平均數和已知總體平均數的比較;獨立樣本T-test（Independent-Samples T Test）可用于檢驗兩個獨立樣本的總體平均數之間是否有顯著差異;配對樣本T-test（Paired-Samples T Test）用于配對計量資料的比較，檢驗配對樣本差值的總體均數與0的差異有無顯著意義，以及配對樣本是否相關（圖3A）。

方差分析包括單因素方差分析和多因素方差分析。其中單向方差分析（One-Way ANOVA）可通過均值比較（Compare Means）進入，其用于完全隨機設計資料的多個樣本均數比較和樣本均數間的多重比較，也可進行多個處理組與一個對照組的比較。多因素方差分析可通過分析欄里的多因素方差分析（General Linear Model）選項進入，進入之后會設置四個不同要求的選擇：單變量多因素方差分析（Univariate）可用于一個因變量受一個或多個自變量影響的方差分析;多因變量方差分析（Multivariate）主要用于多個因變量受一個或多個因素變量或協變量影響的方差分析;多因變量方差分析（Multivariate）對同一因變量進行重復測量的方差分析;混合效應分析（Variance Components）用來估計每個隨機因素對因變量方差的貢獻。在分析過程中可根據不同的需要和要求，選擇相應的方差分析（圖3B）。

四、應用SPSS軟件的回歸和相關分析

在方差分析之后，李春喜教授主編的第五版生物統計學教材第七章內容為直線回歸和相關分析。根據課程設置，SPSS上機實驗課最后應設置為回歸分析和相關分析的內容。

回歸分析包括線性回歸分析和可轉化的線性回歸分析。其中線性回歸分析包括一元、多元線性回歸，其可通過分析（Analyze）中的Regression選項進入，進入之后可通過選擇Linear選項進行數據的線性回歸分析（圖4A）;可轉化的線性回歸分析，是將非線性數據通冪指數、倒數、等轉化，轉化為可線性回歸的數據，從而進行分析，其可通過Regression里的Curve Estimation選項進入（圖4A）。

相關分析是一種將客觀事物之間相互聯系反映到數量上，從而說明相關變量之間關系的一種分析。SPSS軟件中可通過分析（Analyze）中相關（Correlate）里的Bivariate選項進行二元變量的相關分析;當實驗要在進行排除其他變量影響下的兩變量相關分析時，可通過選擇相關（Correlate）里的Partial Correlation Analysis進行偏相關分析;而當研究問題涉及變量較多，眾多變量間的相似性和信息交疊使得我們難以從中提煉出主要信息時，可選擇相關（Correlate）里的Distances來進行距離分析（圖4B）。

五、總結

本人依據生物統計學的實際教學經驗，將李春喜教授所編生物統計學第五版教材的教學內容與SPSS統計學專業軟件的基本功能相結合，對不同章節的教學內容全部在SPSS軟件中進行操作應用。通過SPSS實驗教學與生物統計學課堂教學的相互照應，必將加深學生對本門的掌握程度，同時在以后的現實應用中也必會起到良好的效果。

參考文獻：

[1]孫耀中.生物統計學課程教學中對學生的綜合能力培養[J].河北科技師范學院學報，2006，1（20）：60-62.

[2]姜麗娜，張黛靜，邵云，李春喜.生物統計學課程教學的實踐與探索[J].教育與教學論壇，2013，（18）：231-233.

[3]張黛靜，姜麗娜.應用Microsoft Excel進行方差分析的方法[J].生物學教學，2013，7（38）：25-26.

[4]李春喜，姜麗娜，邵云，張黛靜.生物統計學（第五版）[M].北京：科學出版社，2013.endprint