基于SPSS软件的生物统计学本科教学改革

马建辉+张黛静+姜丽娜+邵云

摘要：生物统计学是生物学科不同专业学生必须熟练掌握和应用的一门基础学科，全国各大高校均已开设该课程的本科教学。但是由于生物统计学以数学知识为基础、概念术语多、计算公式多、课程内容连贯性强等特点，学生在实际学习中很难对其熟练掌握和应用。本研究主要探索如何在生物统计学基本教学内容的基础上增加SPSS统计学软件实验课的设置，通过理论课与实践课程的相互结合使学生们更加了解生物统计学的理论知识，并能在以后的工作和科研中进行熟练的应用，起到良好的教学效果。

关键词：教学改革;生物统计学;SPSS软件

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）25-0133-03

生物统计学是一门应用数理统计的原理和方法来分析和解释生物界各种现象、实验调查资料和实验数据的学科[1]。通过对该课程的学习可极大地提高学生对现有数据的处理和分析能力，对学生独立思考和科学研究能力的提升具有很大帮助。因此，生物统计学是生物学科不同专业学生都必须掌握并能熟练应用的一门基础学科。目前，全国各大高校已将生物统计学列为本科生重要的基础课课程，并作为研究生的选修课程深受学生的青睐。

在实际教学中，姜丽娜教授根据多年来的生物统计学教学经验，总结出该课程具有以数学知识为基础、概念术语多、计算公式多、课程内容连贯性强等特点[2]。学生在实际学习过程中往往也会因为对数学知识掌握不够牢固、概念术语理解不够透彻、计算公式应用不够熟练、课程内容未能完全理解等原因，而导致对该门课程学习掌握程度不够，难以在以后的科研、工作中得到充分的应用。为了巩固对生物统计学课程的学习，许多高校也陆续针对该门课的教学内容设置了生物统计学实验课，并尝试在实验课部分增加一些Excel等简单工具在统计学中应用的课程[3]。但这些实验课程的设置大多是围绕课本教学内容，使学生进一步熟练统计学概念和计算公式的应用，还不能使学生在实际需要中熟练自如的应用生物统计专业工具。

本人总结在生物统计学以及生物科学领域的教学科研经验，认为在本科生生物统计学教学过程中，应当在注重基础知识的掌握的同时兼顾专业统计软件（例如：SPSS、SAS等）操作，使学生在日后实际工作中能熟练地应用这些专业统计软件进行数理统计分析，快速高效的得到理想的结果。本文综合SPSS软件的功能特点，结合李春喜教授主编生物统计学教材的本科教学内容[4]，探讨SPSS软件在生物统计学不同章节的实验设置，以使学生更好地掌握生物统计学在现实领域中的应用。

一、SPSS软件的基本特点以及数据文件的建立、导入与导出

李春喜教授主编的第五版生物统计学教材中，前一章内容分别为概论。结合SPSS特点，在讲授本章内容的同时，SPSS上机实验课应设置为SPSS软件的界面介绍、基本特点和作用，数据的建立、导入与导出部分。

SPSS软件的特点与作用：SPSS（Statistical Package for the Social Science or Statistic Products and Service Solution）软件是于1968年由美国斯坦福大学（Stanford University，USA）的三位研究生研发而成，并以此名创立SPSS公司。该软件操作简单，易学易用，具有较强的统计功能和强大的作图功能，特别是能够快速准确地完成大量的、烦琐的、专业的和复杂的数据统计分析，是国际上认可的专业统计分析软件之一。其可广泛应用于统计分析（例如均值比较、相关分析、方差分析等）以及统计图形（例如柱状图、散点图、饼状图等）的制作和编辑。在介绍这些功能的同时，打开SPSS窗口，兼并介绍SPSS视图窗口中标题栏、菜单栏、数据单元格显示、工具按钮、数据视图和变量视图的一些简单用法。

数据文件的建立：SPSS软件打开之后，会进入数据编辑窗口，新建一组数据后可将变量依据实验内容进行命名，并选择输入数据的基本变量类型（例如数值型、逗号型、句点型、科学计数型、日期格式型、美元型、定制货币型和字符串型等）。

数据文件的导入与导出：SPSS可以导入SPSS（*.sav），Excel（*.xls），dBASE（*.dbf），ASCⅡ（*.dat，*.txt），Access（*.mdb），Lotus（*.w*），Foxpro（*.dbc）等数据文件，以及各类SASS数据文件。即从菜单选择File中选Open，弹出Open File对话框，文件框内显示以选择所需文件后缀类型，之后选择对象，单击打开（O）按钮，或双击对象文件，从而将文件导入。同样文件的导出通过File中的save/save as（保存数据对话框），选择保存路径，键入文件名，确定数据类型，单击保存（S）按钮，其导出文件。

二、应用SPSS软件的基本统分析

教学材料第二、三章内容为资料的整理与特征数的计算、概率和概率分布，结合教学内容SPSS上机实验课应设置基本统计分析课程，该部分包括数据汇总报告和描述性统计分析两方面的内容。

基本统计分析可通过菜单栏的分析（Analyze）窗口进入，点击分析栏之后，鼠标放置数据汇总报告（Reports）栏，即可显示分层报告（OLAP—Online Analytical Processing）、数据汇总（Cases Summarize）、行汇总报告（Report Summaries in Rows）、列汇总报告选项（Report Summaries in Columns）（图2A）。其中分层报告主要用于中位数、最大值、最小值、方差、偏度系数等统计描述;数据汇总可用于对编辑窗口中的数据在结果窗口中罗列出来，以便浏览和打印，同时也可对数据的基本特征进行描述;行汇总报告可罗列原始数据，其格式是以观察单位和统计量为行标目，以报告变量为列标目;列汇总报告主要用来生成按列显示统计量计算结果的报告，同时也可以完成许多统计计算。当鼠标放置描述性统计分析（Descriptive Statistics）位置后，选中响应的功能即可进入频数分析（Frequencies）、描述性分析（Descriptives）、探索性分析（Explore）、多维交叉表分析（Crosstabs）、比值分析（Ratio）（图2B）窗口从而根据自己的目的进行响应的数据分析。endprint

三、应用SPSS软件的均值比较和方差分析

生物统计学基本知识熟悉之后，在随后在课堂教学中会开始进行统计推断和方差分析部分的内容。SPSS实验课在此部分结合课堂教学相应的设置均值比较和方差分析上机内容。

均值比较可通过菜单栏的分析（Analyze）窗口进入，点击分析栏之后，鼠标放置数据均值比较（Compare Means）上即可显示相应分析栏：平均数基本分（Means）可用于定量资料的统计分析，按分组变量计算因变量的描述统计量值，如均值、方差、标准差、偏度、峰度等统计量，并显示结果;单样本T-test（One-Sample T Test）单样本t检验主要用于样本平均数和已知总体平均数的比较;独立样本T-test（Independent-Samples T Test）可用于检验两个独立样本的总体平均数之间是否有显著差异;配对样本T-test（Paired-Samples T Test）用于配对计量资料的比较，检验配对样本差值的总体均数与0的差异有无显著意义，以及配对样本是否相关（图3A）。

方差分析包括单因素方差分析和多因素方差分析。其中单向方差分析（One-Way ANOVA）可通过均值比较（Compare Means）进入，其用于完全随机设计资料的多个样本均数比较和样本均数间的多重比较，也可进行多个处理组与一个对照组的比较。多因素方差分析可通过分析栏里的多因素方差分析（General Linear Model）选项进入，进入之后会设置四个不同要求的选择：单变量多因素方差分析（Univariate）可用于一个因变量受一个或多个自变量影响的方差分析;多因变量方差分析（Multivariate）主要用于多个因变量受一个或多个因素变量或协变量影响的方差分析;多因变量方差分析（Multivariate）对同一因变量进行重复测量的方差分析;混合效应分析（Variance Components）用来估计每个随机因素对因变量方差的贡献。在分析过程中可根据不同的需要和要求，选择相应的方差分析（图3B）。

四、应用SPSS软件的回归和相关分析

在方差分析之后，李春喜教授主编的第五版生物统计学教材第七章内容为直线回归和相关分析。根据课程设置，SPSS上机实验课最后应设置为回归分析和相关分析的内容。

回归分析包括线性回归分析和可转化的线性回归分析。其中线性回归分析包括一元、多元线性回归，其可通过分析（Analyze）中的Regression选项进入，进入之后可通过选择Linear选项进行数据的线性回归分析（图4A）;可转化的线性回归分析，是将非线性数据通幂指数、倒数、等转化，转化为可线性回归的数据，从而进行分析，其可通过Regression里的Curve Estimation选项进入（图4A）。

相关分析是一种将客观事物之间相互联系反映到数量上，从而说明相关变量之间关系的一种分析。SPSS软件中可通过分析（Analyze）中相关（Correlate）里的Bivariate选项进行二元变量的相关分析;当实验要在进行排除其他变量影响下的两变量相关分析时，可通过选择相关（Correlate）里的Partial Correlation Analysis进行偏相关分析;而当研究问题涉及变量较多，众多变量间的相似性和信息交叠使得我们难以从中提炼出主要信息时，可选择相关（Correlate）里的Distances来进行距离分析（图4B）。

五、总结

本人依据生物统计学的实际教学经验，将李春喜教授所编生物统计学第五版教材的教学内容与SPSS统计学专业软件的基本功能相结合，对不同章节的教学内容全部在SPSS软件中进行操作应用。通过SPSS实验教学与生物统计学课堂教学的相互照应，必将加深学生对本门的掌握程度，同时在以后的现实应用中也必会起到良好的效果。

参考文献：

[1]孙耀中.生物统计学课程教学中对学生的综合能力培养[J].河北科技师范学院学报，2006，1（20）：60-62.

[2]姜丽娜，张黛静，邵云，李春喜.生物统计学课程教学的实践与探索[J].教育与教学论坛，2013，（18）：231-233.

[3]张黛静，姜丽娜.应用Microsoft Excel进行方差分析的方法[J].生物学教学，2013，7（38）：25-26.

[4]李春喜，姜丽娜，邵云，张黛静.生物统计学（第五版）[M].北京：科学出版社，2013.endprint