SPSS統計軟件在生物統計及試驗設計課堂及實驗教學中的應用

孫海艷 湯青林 魏大勇

摘要 生物統計及試驗設計是高等院校植物生產類等相關專業本科生的學科基礎課程，是一門集理論性 、應用性和實踐性于一體的課程。根據生物統計及試驗設計課程教學存在的問題，將 SPSS 統計軟件與課程教學相結合，在課堂教學及實驗等方面多方位引入SPSS軟件的學習和實踐使用，開展應用性教學和實踐性教學，本著解決實際問題，以應用為主的原則，培養學生應用軟件的能力，為提升應用類課程教學效果提供參考。

關鍵詞 生物統計及試驗設計;SPSS統計軟件;實驗教學

中圖分類號 S-01 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）19-0273-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.070

Abstract Biostatistics and experimental design is a basic course for undergraduates majoring in plant production， which combines theory， application and practice. Aiming at the existing problems in the teaching of biostatistics and experimental design， combined SPSS software with the course teaching， SPSS software was applied in classroom teaching and experiment， and practice teaching. The aim is to train the ability of students of using statistical software. In order to cultivate students ability to solve the problems，it should be emphasized on the application and practice in course teaching. This study might be helpful to provide references for improving the teaching effect of applied courses.

Key words Biostatistics and experimental design;SPSS statistical software;Experiment teaching

基金項目 西南大學教育教學改革研究項目（2017JY060）。

作者簡介 孫海艷（1975—），女，吉林長春人，助理研究員，碩士，從事果樹遺傳育種研究。

收稿日期 2019-12-12

生物統計及試驗設計是高等農業院校植物生產類、生物技術類等專業的一門重要的專業基礎課。生物學和農業科學領域研究中會產生大量試驗與調查數據資料，該課程為試驗提供基本的、常用的試驗設計與資料分析的方法[1]，通過該課程的學習，學生能正確地設計試驗方案并對試驗結果進行統計分析，為進一步學習專業課程打下統計學基礎，也為今后開展農業科學研究、農業技術推廣等打好相應的基礎。目前生物統計已成為生物學和農業科學領域研究工作中必不可少的工具[2]。然而，生物統計及試驗設計課程的特點是課程內容多，概念和原理比較抽象，加上涉及公式和圖表多、計算量大而繁瑣，若采用傳統教學模式，死記硬背一些公式定理，花費大量時間講解公式的推導過程和計算步驟，學生在課堂學習過程中感到枯燥無味，容易導致學生注意力分散，產生視覺、聽覺和思維疲勞，且學習興趣不高[3-4]。學生普遍反映生物統計及試驗設計是一門難度較大、理解相對困難的課程。

SPSS（statistical product and service solutions）是世界上最早的統計分析軟件，最新版本為IBM SPSS Statistics 25.0。SPSS for Windows由于其操作簡單，具有強大的統計分析與數據準備功能，提供完善的數據分析服務方案和圖表展示功能，SPSS軟件提供了從簡單的統計描述到復雜的多因素統計分析方法，比如數據的探索性分析、統計描述、列聯表分析、二維相關、秩相關、偏相關、方差分析、非參數檢驗、多元回歸、生存分析、協方差分析、判別分析、因子分析、聚類分析、非線性回歸、Logistic回歸等。SPSS軟件分析結果清晰、直觀、易學易用。而且可以直接讀取EXCEL及DBF數據文件，具有良好的兼容性、界面的友好性，現已推廣到多種各種操作系統的計算機上，它與SAS、BMDP并稱為國際上最有影響的三大統計軟件，已經在我國社會科學、技術科學、自然科學等領域發揮了巨大作用。

為更好地增強生物統計及試驗設計課程的教學效果，提高學生的學習興趣，針對目前該課程教學過程中存在的問題，筆者探索了應用SPSS統計軟件的生物統計及試驗設計課程教學模式，以期進一步提高教學效率。

1 傳統課程教學模式

生物統計及試驗設計是西南大學園藝園林學院園藝等本科專業的學科基礎必修課，目前課堂的教學方式主要是采用多媒體教學，并結合少量板書，主要以教師講授方式為主。要求學生在實際應用中面對相應的數據時能采用正確的統計方法推斷結果。課程公式多，計算比較復雜，每講解一個例題或公式的推導步驟要花費較長時間。鞏固課堂所學內容，學生需要完成課下布置的習題和作業。在計算過程中，學生需要記住或查找相應的計算公式才能進行正確計算，計算中也需要保證結果的正確性。為完成教學任務，在講課過程中，教師基本上是滿堂灌，學生基本上是接受式、被動式的學習方式。再加上課程考查形式單一，一般以閉卷筆試為主，且考試內容主要注重于理論知識和基本統計方法的考核，無法反映學生利用知識解決實際問題的能力[5]。

2 探索應用SPSS統計軟件來輔助理論教學的模式

生物統計學作為一門應用性很強的工具學科，在教學內容安排上應遵循既重視基本理論又重視實踐的思路[6]。近年來，隨著高等教育教學改革的需要，生物統計及試驗設計課程的教育教學方法也發生了相應變化[7]。結合多年來從事生物統計教學和科研工作的實踐經驗，探索應用SPSS統計軟件來輔助理論教學的模式，在教學過程中，多方位引入SPSS軟件的學習和實踐使用，并兼顧傳統教學方法與現代化教學手段有機結合，讓學生通過不同的學習方式來加強對SPSS軟件的操作，增加學生軟件運用能力的培養，提高學生運用所學知識進行實際應用的技能。

2.1 課堂教學引入SPSS統計軟件的示范與操作

在采用多媒體進行課堂授課時，授課的內容為基本概念、原理、公式計算及推導，通過講解例題來讓學生理解和掌握采用相應的統計原理和方法，通過統計量的計算結果，得到的相應結論。根據園藝專業的特點，果樹多年生、樹體大，且有些果樹存在大小年問題，果樹田間試驗需連續多年重復進行，試驗數據多而復雜，本著解決實際問題、以應用為主的原則，側重講解基本原理，重點講解統計分析結果的合理解釋，在讓學生吃透統計理論的同時，課堂教學中大膽嘗試SPSS統計軟件的示范與操作，在講解例題的計算過程后，將例題的SPSS的操作步驟以多媒體課件形式呈現，使難以理解和記憶的數學統計公式用易于操作和掌握的SPSS軟件輔助或替代，教學中減少對復雜數學統計公式的推導及其統計運算。計算、公式內容較多的課程部分，如樣本平均數、樣本標準差、u檢驗、t檢驗、方差分析、直線回歸和相關、正交設計等章節，建議學生將電腦帶入課堂，學生直接在課堂上按照SPSS軟件步驟操作，對試驗數據進行分析，獲得試驗結果，將復雜的數據運算過程簡化，降低學生學習該課程的難度，通過現場練習可以加強學生對軟件操作的熟練程度，學生在操作軟件的過程中遇到相應的問題，教師同時也可與學生進行互動和答疑，在活躍課堂氣氛的同時，提高了學生對生物統計學課程學習的興趣。以理論教學為基礎，統計軟件為輔助的教學模式，可以大大提高教學效果。

2.2 開展實踐性教學

生物統計學作為一門實用性很強的工具課，其重要性就在于解決實際問題[5]。結合課程內容，增加園藝果樹、蔬菜等科研工作中的實際案例，增設田間實驗課，在校內科研基地的田間試驗實習，一邊讓同學們認識保護行、小區等的形狀及面積等，一邊了解邊際效應、生長競爭的同時，讓學生親自到科研實習基地調查材料獲取原始數據，并對試驗數據進行整理，選取學生規范的數據應用SPSS統計軟件進行統計分析和講解;同時，對調查不符合規范的數據進行分析和評講，讓學生了解如何采用正確的方式獲取原始數據，并結合方差分析—數據轉換這一節的內容，講解如何將數據進行相應的反正弦等轉換，以滿足方差分析的基本假定條件，便于對數據資料進行方差分析。實踐教學表明，在提高同學們動手能力和實踐經驗的同時，使教學內容更適應園藝專業的特點。實驗課中的軟件上機實踐操作部分，教師布置題目，學生自己動手操作軟件，學生要將實驗的主要結果（圖、表等）和最終結論（即統計推斷的結果）以實驗報告的形式呈現[8]，整個的SPSS分析數據需要通過E-mail發送給教師，最后總結課上教師現場講解并答疑。

2.3 實行“課堂+課后”雙重教學模式

課堂上學生針對課程內容利用SPSS統計軟件進行相應的統計分析，提高學生的動手能力，同時每個章節布置作業供學生課后利用SPSS練習，同時建立在線QQ群，充分促進教師和學生利用課下時間進行課程相關內容的交流與答疑，積極收集學生的反饋信息，將學生中出現問題多的部分內容分享在QQ群中，并且在教學過程中根據學生的反饋意見來調整教學方式和方法[9]。通過不斷的學習和實操演練，提高了學生學習該課程的積極性，通過對期末考試相關SPSS分析的試題成績分析可看出，絕大多數同學掌握了不同的問題應采用何種試驗設計或統計分析方法進行分析，另外也能對SPSS軟件的分析結果進行正確解讀，得出正確的結論。課堂教學和課后交流的結合，實現教學內容與SPSS統計應用的有機融合，提高學生實際解決問題的能力。

3 SPSS軟件在教學中的應用效果與評價

通過以上方式開展SPSS軟件的應用教學，學生對實踐性教學的反饋效果最好，學生反映在教師帶領下的田間調查觀察，身臨其境、真真切切地感受到試驗田的規劃設計思路，切合園藝專業的實際需求，讓他們對這個方法有更加深入的了解。另外，在課堂上通過實際例子展示試驗設計和分析的方法，比如研究甘藍開花這一性狀時，從最初如何規劃田間試驗種植圖到開花性狀如何統計以及統計結果的正確分析，加深了理論知識的學習和理解，驗證了一些復雜的統計函數僅僅靠理論學習是遠遠不夠的。另外，通過實驗操作課，借助于計算機和SPSS軟件，同學們可以將理論知識和實際操作結合起來，同學們通過親自動手，對軟件操作有更深刻的理解。另外，學生通過練習解釋實驗數據，得出合理、真實的結論，加深了對軟件的理解并能夠發現自己的不足。

4 SPSS在該課程中進一步應用的構想及其展望

近年來，隨著互聯網技術的飛速發展，互聯網技術不斷應用于教育領域，既有大型在線課程平臺開發的海量在線課程資源，如國外的 Coursera 、edX、可汗學院以及國內的學堂在線、中國大學 MOOC、網易公開課等，其中中國大學 MOOC平臺的“生物統計學”在線視頻及 可汗學院的 “統計學”公開課（中文配音版）視頻更適合地方農林院校使用[10-11]。各大高校基于Blackboard、Moodle、清華教育在線、超星泛雅等教學綜合平臺搭建的專業課程的網絡教學體系，互聯網資源與課程教學的融合，推動了混合式教學模式的孕育和發展[11-13]。借助互聯網等現代化通訊手段，實現以“教師為主”向“學生為主”“課堂為主”向“課堂課外并重”轉變的模式[14]，課程組還積極嘗試采用目前更先進的“超星學習通”等現代化在線教學新手段，搭建教學綜合平臺，在相應的課程視頻中有對應的SPSS軟件的操作步驟講解，便于學生在課后學習，視頻學習因可反復回放，可以加深學生對課程重難點的理解，緩解了課堂學時有限導致的知識點 “消化不良”問題[10]，同時在每一章節增設一些習題，豐富的習題類型可從不同途徑鞏固學生在課堂所學的理論知識，提高學生對專業知識的理解，在一定程度上可增強其獨立獲取知識的意識和能力，也為滿足學生自主學習和教師教學方法的創新提供支撐。

5 結語

生物統計及試驗設計是高等農業院校生命科學領域內非常重要的一門應用課，在教學過程中，結合SPSS 統計軟件輔助多媒體理論教學，開展應用性教學和實踐性教學，本著解決實際問題，以應用為主的原則，強調學生實踐應用能力，實現生物統計及試驗設計教學模式的靈活性、趣味性和高效性，使師生在輕松愉快的教學氛圍中將復雜、難懂而又乏味的數學公式轉化為淺顯易懂的SPSS菜單式操作，既注重專業特性又關注學生接受能力等個性特點，進行針對性教學，使教學內容更適應園藝專業的特點。一方面解決了當前學生學習該類課程的畏難情結，同時引導學生到實際問題中去，實現“學以致用”的教學目標，提高學生解決農業生產實際問題的能力，在調動學生學習興趣和引導學生自主學習的同時，提高課堂效率。

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