SPSS统计软件在生物统计及试验设计课堂及实验教学中的应用

孙海艳 汤青林 魏大勇

摘要 生物统计及试验设计是高等院校植物生产类等相关专业本科生的学科基础课程，是一门集理论性 、应用性和实践性于一体的课程。根据生物统计及试验设计课程教学存在的问题，将 SPSS 统计软件与课程教学相结合，在课堂教学及实验等方面多方位引入SPSS软件的学习和实践使用，开展应用性教学和实践性教学，本着解决实际问题，以应用为主的原则，培养学生应用软件的能力，为提升应用类课程教学效果提供参考。

关键词 生物统计及试验设计;SPSS统计软件;实验教学

中图分类号 S-01  文献标识码 A  文章编号 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 西南大学教育教学改革研究项目（2017JY060）。

作者简介 孙海艳（1975—），女，吉林长春人，助理研究员，硕士，从事果树遗传育种研究。

收稿日期 2019-12-12

生物统计及试验设计是高等农业院校植物生产类、生物技术类等专业的一门重要的专业基础课。生物学和农业科学领域研究中会产生大量试验与调查数据资料，该课程为试验提供基本的、常用的试验设计与资料分析的方法[1]，通过该课程的学习，学生能正确地设计试验方案并对试验结果进行统计分析，为进一步学习专业课程打下统计学基础，也为今后开展农业科学研究、农业技术推广等打好相应的基础。目前生物统计已成为生物学和农业科学领域研究工作中必不可少的工具[2]。然而，生物统计及试验设计课程的特点是课程内容多，概念和原理比较抽象，加上涉及公式和图表多、计算量大而繁琐，若采用传统教学模式，死记硬背一些公式定理，花费大量时间讲解公式的推导过程和计算步骤，学生在课堂学习过程中感到枯燥无味，容易导致学生注意力分散，产生视觉、听觉和思维疲劳，且学习兴趣不高[3-4]。学生普遍反映生物统计及试验设计是一门难度较大、理解相对困难的课程。

SPSS（statistical product and service solutions）是世界上最早的统计分析软件，最新版本为IBM SPSS Statistics 25.0。SPSS for Windows由于其操作简单，具有强大的统计分析与数据准备功能，提供完善的数据分析服务方案和图表展示功能，SPSS软件提供了从简单的统计描述到复杂的多因素统计分析方法，比如数据的探索性分析、统计描述、列联表分析、二维相关、秩相关、偏相关、方差分析、非参数检验、多元回归、生存分析、协方差分析、判别分析、因子分析、聚类分析、非线性回归、Logistic回归等。SPSS软件分析结果清晰、直观、易学易用。而且可以直接读取EXCEL及DBF数据文件，具有良好的兼容性、界面的友好性，现已推广到多种各种操作系统的计算机上，它与SAS、BMDP并称为国际上最有影响的三大统计软件，已经在我国社会科学、技术科学、自然科学等领域发挥了巨大作用。

为更好地增强生物统计及试验设计课程的教学效果，提高学生的学习兴趣，针对目前该课程教学过程中存在的问题，笔者探索了应用SPSS统计软件的生物统计及试验设计课程教学模式，以期进一步提高教学效率。

1 传统课程教学模式

生物统计及试验设计是西南大学园艺园林学院园艺等本科专业的学科基础必修课，目前课堂的教学方式主要是采用多媒体教学，并结合少量板书，主要以教师讲授方式为主。要求学生在实际应用中面对相应的数据时能采用正确的统计方法推断结果。课程公式多，计算比较复杂，每讲解一个例题或公式的推导步骤要花费较长时间。巩固课堂所学内容，学生需要完成课下布置的习题和作业。在计算过程中，学生需要记住或查找相应的计算公式才能进行正确计算，计算中也需要保证结果的正确性。为完成教学任务，在讲课过程中，教师基本上是满堂灌，学生基本上是接受式、被动式的学习方式。再加上课程考查形式单一，一般以闭卷笔试为主，且考试内容主要注重于理论知识和基本统计方法的考核，无法反映学生利用知识解决实际问题的能力[5]。

2 探索应用SPSS统计软件来辅助理论教学的模式

生物统计学作为一门应用性很强的工具学科，在教学内容安排上应遵循既重视基本理论又重视实践的思路[6]。近年来，随着高等教育教学改革的需要，生物统计及试验设计课程的教育教学方法也发生了相应变化[7]。结合多年来从事生物统计教学和科研工作的实践经验，探索应用SPSS统计软件来辅助理论教学的模式，在教学过程中，多方位引入SPSS软件的学习和实践使用，并兼顾传统教学方法与现代化教学手段有机结合，让学生通过不同的学习方式来加强对SPSS软件的操作，增加学生软件运用能力的培养，提高学生运用所学知识进行实际应用的技能。

2.1 课堂教学引入SPSS统计软件的示范与操作

在采用多媒体进行课堂授课时，授课的内容为基本概念、原理、公式计算及推导，通过讲解例题来让学生理解和掌握采用相应的统计原理和方法，通过统计量的计算结果，得到的相应结论。根据园艺专业的特点，果树多年生、树体大，且有些果树存在大小年问题，果树田间试验需连续多年重复进行，试验数据多而复杂，本着解决实际问题、以应用为主的原则，侧重讲解基本原理，重点讲解统计分析结果的合理解释，在让学生吃透统计理论的同时，课堂教学中大胆尝试SPSS统计软件的示范与操作，在讲解例题的计算过程后，将例题的SPSS的操作步骤以多媒体课件形式呈现，使难以理解和记忆的数学统计公式用易于操作和掌握的SPSS软件辅助或替代，教学中减少对复杂数学统计公式的推导及其统计运算。计算、公式内容较多的课程部分，如样本平均数、样本标准差、u检验、t检验、方差分析、直线回归和相关、正交设计等章节，建议学生将电脑带入课堂，学生直接在课堂上按照SPSS软件步骤操作，对试验数据进行分析，获得试验结果，将复杂的数据运算过程简化，降低学生学习该课程的难度，通过现场练习可以加强学生对软件操作的熟练程度，学生在操作软件的过程中遇到相应的问题，教师同时也可与学生进行互动和答疑，在活跃课堂气氛的同时，提高了学生对生物统计学课程学习的兴趣。以理论教學为基础，统计软件为辅助的教学模式，可以大大提高教学效果。

2.2 开展实践性教学

生物统计学作为一门实用性很强的工具课，其重要性就在于解决实际问题[5]。结合课程内容，增加园艺果树、蔬菜等科研工作中的实际案例，增设田间实验课，在校内科研基地的田间试验实习，一边让同学们认识保护行、小区等的形状及面积等，一边了解边际效应、生长竞争的同时，让学生亲自到科研实习基地调查材料获取原始数据，并对试验数据进行整理，选取学生规范的数据应用SPSS统计软件进行统计分析和讲解;同时，对调查不符合规范的数据进行分析和评讲，让学生了解如何采用正确的方式获取原始数据，并结合方差分析—数据转换这一节的内容，讲解如何将数据进行相应的反正弦等转换，以满足方差分析的基本假定条件，便于对数据资料进行方差分析。实践教学表明，在提高同学们动手能力和实践经验的同时，使教学内容更适应园艺专业的特点。实验课中的软件上机实践操作部分，教师布置题目，学生自己动手操作软件，学生要将实验的主要结果（图、表等）和最终结论（即统计推断的结果）以实验报告的形式呈现[8]，整个的SPSS分析数据需要通过E-mail发送给教师，最后总结课上教师现场讲解并答疑。

2.3 实行“课堂+课后”双重教学模式

课堂上学生针对课程内容利用SPSS统计软件进行相应的统计分析，提高学生的动手能力，同时每个章节布置作业供学生课后利用SPSS练习，同时建立在线QQ群，充分促进教师和学生利用课下时间进行课程相关内容的交流与答疑，积极收集学生的反馈信息，将学生中出现问题多的部分内容分享在QQ群中，并且在教学过程中根据学生的反馈意见来调整教学方式和方法[9]。通过不断的学习和实操演练，提高了学生学习该课程的积极性，通过对期末考试相关SPSS分析的试题成绩分析可看出，绝大多数同学掌握了不同的问题应采用何种试验设计或统计分析方法进行分析，另外也能对SPSS软件的分析结果进行正确解读，得出正确的结论。课堂教学和课后交流的结合，实现教学内容与SPSS统计应用的有机融合，提高学生实际解决问题的能力。

3 SPSS软件在教学中的应用效果与评价

通过以上方式开展SPSS软件的应用教学，学生对实践性教学的反馈效果最好，学生反映在教师带领下的田间调查观察，身临其境、真真切切地感受到试验田的规划设计思路，切合园艺专业的实际需求，让他们对这个方法有更加深入的了解。另外，在课堂上通过实际例子展示试验设计和分析的方法，比如研究甘蓝开花这一性状时，从最初如何规划田间试验种植图到开花性状如何统计以及统计结果的正确分析，加深了理论知识的学习和理解，验证了一些复杂的统计函数仅仅靠理论学习是远远不够的。另外，通过实验操作课，借助于计算机和SPSS软件，同学们可以将理论知识和实际操作结合起来，同学们通过亲自动手，对软件操作有更深刻的理解。另外，学生通过练习解释实验数据，得出合理、真实的结论，加深了对软件的理解并能够发现自己的不足。

4 SPSS在该课程中进一步应用的构想及其展望

近年来，随着互联网技术的飞速发展，互联网技术不断应用于教育领域，既有大型在线课程平台开发的海量在线课程资源，如国外的 Coursera 、edX、可汗学院以及国内的学堂在线、中国大学 MOOC、网易公开课等，其中中国大学 MOOC平台的“生物统计学”在线视频及 可汗学院的 “统计学”公开课（中文配音版）视频更适合地方农林院校使用[10-11]。各大高校基于Blackboard、Moodle、清华教育在线、超星泛雅等教学综合平台搭建的专业课程的网络教学体系，互联网资源与课程教学的融合，推动了混合式教学模式的孕育和发展[11-13]。借助互联网等现代化通讯手段，实现以“教师为主”向“学生为主”“课堂为主”向“课堂课外并重”转变的模式[14]，课程组还积极尝试采用目前更先进的“超星学习通”等现代化在线教学新手段，搭建教学综合平台，在相应的课程视频中有对应的SPSS软件的操作步骤讲解，便于学生在课后学习，视频学习因可反复回放，可以加深学生对课程重难点的理解，缓解了课堂学时有限导致的知识点 “消化不良”问题[10]，同时在每一章节增设一些习题，丰富的习题类型可从不同途径巩固学生在课堂所学的理论知识，提高学生对专业知识的理解，在一定程度上可增强其独立获取知识的意识和能力，也为满足学生自主学习和教师教学方法的创新提供支撑。

5 结语

生物统计及试验设计是高等农业院校生命科学领域内非常重要的一门应用课，在教学过程中，结合SPSS 统计软件辅助多媒体理论教学，开展应用性教学和实践性教学，本着解决实际问题，以应用为主的原则，强调学生实践应用能力，实现生物统计及试验设计教学模式的灵活性、趣味性和高效性，使师生在轻松愉快的教学氛围中将复杂、难懂而又乏味的数学公式转化为浅显易懂的SPSS菜单式操作，既注重专业特性又关注学生接受能力等个性特点，进行针对性教学，使教学内容更适应园艺专业的特点。一方面解决了当前学生学习该类课程的畏难情结，同时引导学生到实际问题中去，实现“学以致用”的教学目标，提高学生解决农业生产实际问题的能力，在调动学生学习兴趣和引导学生自主学习的同时，提高课堂效率。

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