顯著性檢驗在《分析化學》實驗課中的應用

趙明蕊

河南醫學高等專科學校藥學系，河南新鄭 451191

在科學研究領域中，分析化學是一種非常重要的分析檢測手段，其主要任務是定量分析，目的是用來準確測定試樣中待測組分的含量，但在實際工作中，進行定量分析時，常會遇到這樣的情況，不同的分析人員對同一個試樣進行分析，獲得的兩組數據的平均值也可能不一致。這種不一致是由定量分析中的系統誤差和偶然誤差引起的[1-5]。那么兩組數據之間的系統誤差或偶然誤差是否存在顯著性差異呢?可以用統計學方法進行檢驗，以推斷兩組數據之間是否存在系統誤差，從而判斷測定結果或分析方法的可靠性[1，6-8]。

在分析化學的理論講解過程中，顯著性檢驗的理論內容較抽象，學生不容易理解，為促進《分析化學》教學質量的全面提高，調動學生學習的積極性[9-12]，本研究嘗試將顯著性檢驗知識結合在學生的實驗中，要求學生實驗結束后對實驗數據的誤差進行顯著性分析，并對顯著性檢驗知識內容進行考核，考查學生的掌握情況，以期為《分析化學》顯著性檢驗知識內容的教學及在相關課程中的應用提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

《分析化學》醋酸含量測定實驗課中4個學生一組，每組學生平行測定3～5次，相對誤差小于0.2%情況下，對數據求算術平均值即為實驗結果。同一實驗室所分析的醋酸含量理論值是一定的，但由于在測定過程中存在有偶然誤差和系統誤差，每組學生的實驗數據并不完全相同。為考查學生在實驗過程中測定數據的偶然誤差和系統誤差是否存在顯著性差異，對2021級中藥學專業2班學生實驗結果隨機抽取兩組進行F檢驗和t檢驗并進行判斷。例如，以2021級中藥學專業2班學生實驗結果任意抽取兩組（A組和B組）的實驗數據為例，見表1～2。

表1 2021級中藥學專業2班A組學生的實驗數據

表2 2021級中藥學專業2班B組學生的實驗數據

2021級中藥學專業1班學生在實驗過程中，實驗平行測定3～5次，相對誤差小于0.2%情況下，對數據求算術平均值即為實驗結果。學生在實驗過程中測定數據的偶然誤差和系統誤差是否存在顯著性差異，不做特別要求。

1.2 觀察指標和評價標準

《分析化學》理論內容中顯著性檢驗的理解，以與顯著性檢驗相關的內容編制試卷，對2021級中藥學專業1班和2班隨機抽取32名學生進行測試，測試評價指標以填空題、單項選擇題、多項選擇題、計算題等幾個指標為評價標準，各考核指標的具體占比為填空題20%、單項選擇題30%、多項選擇題30%、計算題20%，按照以上比例匯總學生總成績，考核學生對顯著性檢驗這部分知識的掌握情況。填空題10道題每題2分共20分；單項選擇題每30道題每題1分共30分；多項選擇題10道題每題3分共30分；計算題4道題每題5分共20分。

2 結果

2.1 F檢驗

F檢驗的目的是比較兩組數據的方差即標準偏差的平方，以檢驗兩組實驗結果的偶然誤差是否有顯著性差異，即它們的精密度是否存在顯著性差異[1]。t檢驗是檢驗兩組實驗數據的平均值之間是否存在顯著性差異，來判斷同學們操作過程是否有系統誤差[1]。從而對產生誤差的原因進行分析，以便采取適當的措施，減小誤差，從而提高分析結果的準確性。如根據上述A組和B組兩組同學的實驗數據，在置信度95%情況下，F檢驗計算值為1.50，小于F值檢驗表[1-3]中的數值9.55，說明兩組數據的偶然誤差無顯著性差異。

2.2 t檢驗

t檢驗的目的是比較學生實驗測定數據的系統誤差是否存在顯著性差異。通過上述F檢驗可知A組和B組兩組同學的實驗數據之間偶然誤差無顯著性差異，可用下式計算兩組數據的合并標準偏差SR。

在置信度95%情況下，t檢驗計算值為7.58，大于t檢驗表[1-3]中的數值2.57，說明兩組數據有顯著性差異，即兩組數據存在系統誤差。

系統誤差是在測量過程中由某些確定的因素引起的。根據產生的具體原因不同，系統誤差可分為方法誤差、儀器誤差、試劑誤差及操作誤差[1]。系統誤差具有確定性、重復性等特點，對分析結果的影響比較固定，因此可以加以校正或設法減小。本次實驗雖然選用的實驗方法相同，儀器和試劑也相同，但實驗數據仍然不同，因此，可推斷誤差主要由操作誤差引起。由于同學們對實驗操作不夠熟悉和熟練，因而需多做練習，重復實驗，盡量消除系統誤差，獲得較為準確的分析測定結果。

2.3 考核情況

對2021級中藥學專業1班和2班學生進行測試考核，答題情況進行統計，結果見表3。

表3 2021級中藥學專業1班和2班考核結果統計

填空題主要考查學生的記憶理解能力，2021級中藥學專業1班和2班考核結果中填空題正確率分別為64.00%和92.00%，單項選擇題的評分方式比需要書寫、填空或問答及計算的反饋更節省時間，進一步了提高效率。另外單項選擇題的形式可以避免老師對學生的偏見或由于偏愛給分出現的可能性。通過單項選擇題的考核發現，1班和2班的同學掌握得都很好，得分差別不大，分別為91.00%和98.00%。

多項選擇題主要考查學生對知識的理解是否透徹，易混淆知識點是否辨析明白，知識點掌握是否牢固，是否足夠自信，1班和2班多項選擇題正確率分別為75.00%和90.00%。計算題考查學生對知識掌握的熟練程度及細心程度，1班和2班計算題平均得分正確率都有很大差異，分別為36.00%和88.00%。

兩個班的總平均分進行對比，由圖1可以看出，《分析化學》理論內容中顯著性檢驗的理解2021級2班情況優于1班學生。說明學生對顯著性檢驗內容掌握更好。

圖1 總平均分對比圖

2.4 考核結果的統計學分析

為考核2021級中藥學專業1班和2班平均成績評定中是否存在偶然誤差和系統誤差，從兩班各抽取32人，平均8組，對8組學生的平均成績進行F檢驗和t檢驗，1班8組學生平均分方差S1=0.042，2班8組學生平均分方差S2=0.038。

在置信度95%情況下，F檢驗計算值為1.22，小于F檢驗表[1-3]中的數值3.79，說明兩個班的平均分的偶然誤差沒有顯著性差異。

在置信度95%情況下，t檢驗計算值為0.395，小于t檢驗表[1-3]中的數值1.00，說明兩個班平均分沒有顯著性差異。

因此，兩個班的平均分的偶然誤差和系統誤差都沒有顯著性差異。

3 結論

以填空題、單項選擇題、多項選擇題、計算題等的得分情況作為評價指標，對學生的顯著性檢驗方面知識的掌握情況進行統計，結果可以看出，在實驗過程中應用顯著性檢驗的知識對實驗結果進行檢驗，即將顯著性檢驗應用于實際工作中，強化了學生對顯著性檢驗知識的理解，提高了學生學習興趣，啟發學生思維，有助于學生對《分析化學》理論內容中顯著性檢驗知識的理解，為實驗教學提供了新途徑[13-17]。同時，激發了學生的學習熱情，調動了學生的學習積極性，提高了實驗教學效果，也有利于教師改進教學方法，進而提高教學質量[18]。學生《分析化學》實驗過程中加入顯著性檢驗的應用為學生創新思維的培養提供了新途徑，是分析化學實驗教學的必要的有益補充。