生物統(tǒng)計學專業(yè)的綜合實驗教學方式初探*

仝 娜 易洪剛 柏建嶺 楊 晟 陳 峰 趙 楊△

【提 要】 生物統(tǒng)計學是一門具有較強理論性和實踐性的前沿交叉學科。除了專業(yè)技能，自主學習、科研能力的培養(yǎng)也是教學工作的重點之一。本文針對學生應用能力缺乏這一現象，結合我院綜合實驗教學理念，全面提高統(tǒng)計學專業(yè)學生數據管理和統(tǒng)計分析能力，為今后生物統(tǒng)計學的教學改革提供見解。

在醫(yī)學院校，應用統(tǒng)計學(生物統(tǒng)計方向)定位于培養(yǎng)既具有統(tǒng)計學思維，掌握統(tǒng)計理論、流行病學研究方法，精通統(tǒng)計編程技術，又具有基本醫(yī)學知識的復合型生物統(tǒng)計學人才[1]。從2012年起，南京醫(yī)科大學(以下簡稱“本?！?設立了應用統(tǒng)計學專業(yè)(生物統(tǒng)計方向)并開始招生，該專業(yè)學生接受系統(tǒng)的生物統(tǒng)計學理論和編程技術的培養(yǎng)。作為生物統(tǒng)計學工作者，學生在面對工作中的實際問題時，除了需要扎實的統(tǒng)計學知識，還必須將統(tǒng)計學與相關領域有機整合，并且具備面對各領域實際問題時自主的知識學習能力和實際問題分析能力。

在實際教學工作中，筆者注意到，不少學生已經掌握了常用統(tǒng)計分析方法的原理和過程，但在實際應用中，卻無法將各種方法融會貫通；不知道如何正確表達統(tǒng)計分析的結果和結論，使得最終的報告變成了過程的羅列，僅僅體現了統(tǒng)計學的分析過程，卻無法體現研究者的科研思路；缺少在不同研究背景下將專業(yè)問題轉化為統(tǒng)計問題的訓練，導致對自己進行的分析缺乏自信，等等。

本校公共衛(wèi)生學院在五年制預防醫(yī)學專業(yè)中，開設了預防醫(yī)學綜合實驗，將多門實踐課程綜合，目的是為了提高學生對預防醫(yī)學有關問題的綜合解決能力[2-3]?；谶@門課程的理念，筆者提出了基于綜合實驗的生物統(tǒng)計學課程，即利用某個領域中的實際案例，如遺傳關聯性研究、臨床試驗、現況調查研究等，基于真實數據或產生模擬數據，讓學生對案例進行分析，自主學習獲取該案例所來自領域的專業(yè)知識，結合自己掌握的統(tǒng)計方法，搜集、整理、分析和解釋數據。

與一般統(tǒng)計課對應的“上機實驗課”不同，綜合實驗強調在深刻理解問題的學科背景的基礎上，綜合利用多種統(tǒng)計分析方法，借助于一種或多種數據管理和統(tǒng)計分析軟件完成，旨在全面提高應用統(tǒng)計學專業(yè)學生數據管理和統(tǒng)計分析能力的實驗方法[4-6]。

綜合實驗案例的設計

以《流行病學中的統(tǒng)計分析方法》為例。該課程的目的是為了使生物統(tǒng)計學專業(yè)本科生，通過這門課程的學習，系統(tǒng)地掌握流行病學研究中常用的研究設計類型及其特點，掌握流行病學研究中各種常用方法的基本原理、特點和適用條件，掌握流行病學研究中各種常用統(tǒng)計模型的建模策略，為以后專業(yè)學習和從事流行病學研究打下堅實的理論基礎。現代流行病學研究非常強調在嚴密的流行病學設計下，綜合利用分子生物學、現場調查、因果推斷、數據分析等各種方法和手段。通過整合綜合實驗與課堂理論教學，不再拘泥于傳統(tǒng)統(tǒng)計學教材基本知識→統(tǒng)計方法→實例計算的教學方式，采用基于案例和問題的教學，精選案例，介紹案例的來龍去脈；提煉問題，課堂教學和討論圍繞相關案例的若干個問題展開。例如，綜合實驗課中包含了如下一個案例：

案例名稱：人類身高的遺傳密碼

案例題干：現有研究表明，人類的身高由多個基因決定。但既往很多結論來自于候選基因研究，即研究者事先根據專業(yè)知識，對可能影響身高的基因進行分型，再分析其與身高的關聯性。為了從全基因組的角度更深入地理解身高的遺傳特征，對1000例美國白人男性進行了全基因組關聯性研究。經過質控后的數據，共包括932位男性，532569個單核苷酸多態(tài)性。

在案例中，不對該案例的具體分析目標做過多規(guī)定。只是交代問題背景、研究設計和實施等基礎信息。由學生在對問題背景進行學習和理解后，討論并形成分析方案(protocol)，在教師引導下，揭示數據中隱藏的各種玄機，逐漸接近問題的真相。本案例是一個遺傳流行病學的研究問題。在第一次實習課上，學生首先需要查閱文獻，了解遺傳流行病學、全基因組關聯性研究的基本概念；同時，學生應當了解全基因組關聯性研究數據的基本格式，學會使用plink等常用遺傳統(tǒng)計分析軟件，理解不同遺傳模型的統(tǒng)計學表達，并掌握線性模型、logistic回歸模型等常用的分析方法。而在第二次課堂上，學生將在教師的引導下，面臨多重比較的問題。到了第三次課堂上，本以為采用多因素回歸便能達到目的，學生又將面臨人群結構及人群分層帶來的混雜問題。在最后一次課上，學生將前幾次課的內容進行匯總，對最終的分析結果進行匯報。學生在學習后，不但掌握流行病學中的常用設計和分析方法，深入理解各種方法的歷史變革、使用條件和結果解讀，并親自參與研究方案設計、統(tǒng)計分析計劃設計、統(tǒng)計分析編程和報告等等，全方位地加深學生對相關知識的認識和理解。

再以《現場調查設計》課程為例，教學目標是使學生在進行現場調查的設計和實施過程中，掌握必要的統(tǒng)計學理論和方法，為以后專業(yè)學習和從事實際工作時處理現場抽樣調查問題打下堅實基礎。在《現場調查設計》課程的綜合實驗中，引入了基于項目的實驗方式。研究問題由學生自己提出，要求學生選取醫(yī)學相關選題，提出一個研究問題；再通過自行設計問卷、研究設計和樣本量估計、調查實施、數據分析、結論匯報和辯論等形式，完成綜合實驗的過程。通過將綜合實驗和基于項目學習的方式整合，學生不斷在實踐中強化了對調查設計相關理論知識的理解和掌握，也通過實踐操作了解了調查問卷的設計、調查執(zhí)行、問卷錄入和質控、數據分析等全過程。通過兩個學期的教學，已基本形成了較為成熟的教學體系，學生能撰寫出相對質量較高的調查論文。

綜合實驗的實施

筆者選取了本校4年制生物統(tǒng)計專業(yè)第4學年所開設的《流行病學中的統(tǒng)計學方法》、《現場調查設計》、《臨床試驗中的統(tǒng)計學方法》三門應用導向的必修課程，通過案例選擇和建設、教師培訓、過程評價等手段，在這三門課程中添加了綜合實驗的模塊。將生物統(tǒng)計學理論知識和基礎醫(yī)學、預防醫(yī)學及臨床醫(yī)學知識有機交叉融合，以學生為中心，重視學生的能力培養(yǎng)。

一般而言，理論課與綜合實驗的比例是3∶1。但其與理論課程的比例及時間安排則視課程內容而定。例如，以《流行病學中的統(tǒng)計學方法》課程為例，課程共計48個學時，每次課3學時，本課程分別在完成病例對照研究、隊列研究、交互作用的理論授課后，進行一次綜合分析，目的是針對不同類型設計，了解資料背景，撰寫分析計劃，完成數據分析，并按照STROBE指南撰寫研究報告；《現場調查設計》只有一個綜合分析案例(設計并完成一個實際調查)，則在講授完成抽樣方式、調查表設計、統(tǒng)計分析、敏感問題調查技術后，學生分別完成綜合實驗中的一個環(huán)節(jié)，最終目的是讓學生掌握現場調查全過程中所需的統(tǒng)計思維和統(tǒng)計方法，等等。

在案例建設的基礎上，每年負責課程的老師均需在開課前集體備課，總結上一輪教學中的經驗教訓，并根據最新研究進展對案例進行修訂。最終學生的學業(yè)成績除了包含最終考試外，綜合實驗過程中的表現也具有相當大的權重。例如，在《現場調查設計》的綜合實驗中，調查方案的質量、問卷的質量、調查報告的撰寫水平、最終匯報的質量及答辯的表現，均構成了綜合實驗最終成績的要素。

教學反饋

筆者分別對剛完成綜合練習的學生及已攻讀研究生的生物統(tǒng)計專業(yè)學生進行調查。本科生共計發(fā)放30份問卷，研究生共計發(fā)放10份問卷。調查結果表明，幾乎所有學生均認可，綜合練習改變了既往實習課只是做練習學軟件的過程，有75%的同學認為綜合練習的方式有助于將幾門課的知識融會貫通，特別是已經學完的課程會被重新喚醒；但也有部分同學認為過于消耗時間。研究生同學普遍評價較高，這可能和他們本科階段學業(yè)較為優(yōu)秀有關，但他們也表示確實課上學到了很多課本上沒有，但在讀研階段很有幫助的背景知識。

總 結

在多年教學實踐和教學改革過程中，筆者所在的教學團隊緊緊圍繞人才培養(yǎng)目標，全面提高生物統(tǒng)計人才的理論水平及對生物統(tǒng)計學應用能力。通過在《流行病學中的統(tǒng)計方法》、《現場調查設計》等特色課程中引入綜合實驗，提高學生全面素質，使學生成為既具備統(tǒng)計學理論與思維，又具有多方面能力的復合型人才。

目前國內醫(yī)學院校廣泛開展基于問題學習(PBL)。PBL是一種以學生為中心的，基于問題的教學方法。與以機械性記憶為主的傳統(tǒng)醫(yī)學學習方式相比，在醫(yī)學院校中開展PBL教學，不但傳授知識，更傳授學習的方式。而筆者教學團隊在生物統(tǒng)計專業(yè)所開展的綜合實驗教學，體現了PBL(基于問題學習)與PBL(基于項目學習)的整合。

課題組基于R軟件的Shiny包，開發(fā)了“生物統(tǒng)計交互式分析平臺”。在分析平臺基礎上，課題組進一

步開發(fā)了模擬軟件，利用計算機產生隨機數，模擬醫(yī)學中的隨機現象，服務于綜合實驗教學。課題組將進一步完善已經開發(fā)的軟件，包裝相應成果，進行著作權申報和推廣[7]。

盡管從實際成效看，學生反映生物統(tǒng)計學理論與方法的綜合應用能力有所提高。但目前對于生物統(tǒng)計學綜合能力的評價，還欠缺廣泛認可的手段。筆者所在教學改革團隊已針對醫(yī)學生的學習適應性評價等開展了研究，后期將進一步考慮統(tǒng)計分析能力考核體系的研究[8-10]。