《医学统计学》教学动画的设计与实现*

罗 虹 吴 骋 贺 佳△

信息技术与学科课程的整合已经成为教育信息化进程中的一个热点和发展趋势〔1〕。《医学统计学》是一门理论抽象、方法繁多、应用广泛的课程〔2〕，目前教学过程中存在的普遍问题是:课时少，重点、难点内容多。动画作为信息技术中的重要组成部分，具有善于表现抽象的内容、以形喻理、深入浅出等特点。因此，在医学统计学教学过程中运用教学动画不仅是信息化教学改革的要求，更能提高知识传授的有效性。

1.医学统计学动画教学的作用

所谓教学动画就是利用“动”来展现教学中需要展示的事物、现象和过程。动画既可以将人们的所思所想进行具象还原，还可以通过“动”的交互来引导人们的思维过程。在医学统计教学中引入动画教学，具有良好的展示与启发作用。

2.医学统计学教学动画的设计与实现

教学动画设计，是指将教学内容根据教学目标的要求进行二次教学设计，并运用信息技术营造一种新型的教学环境，实现一种既能发挥教师的主导作用又能体现学生主体地位的教学方式。经过教学实践与剖析，现将医学统计学教学动画的设计与实现分为演示效能、过程剖析、应用探究三个层次予以介绍。

(1)演示效能层次

演示效能层次是教学动画发挥的最基本功能，其形式是对所讲授课程中较为抽象的知识进行直观、形象、生动的演示，以展现内容、化解难点、帮助理解和提高兴趣，在这一层次中主要以知识传授为主，适合于多个前后相连的知识点的传授。

在医学统计学教学中有许多关键的教学内容很抽象，如变量的分布、分布的参数与特征等，学生往往难以理解并与实际相结合。此时，将资料、资料的频率分布、变量的概率分布以动画方式进行呈现，相互联系与转换，可以更好地帮助学生形成知识上的融会贯通，理解概率分布的实际意义。

以“正态分布”为例，针对正态分布的曲线特征、参数以及曲线下面积等教学内容，笔者设计了若干场景，每一场景只突出一个主题。而不同场景中的不同主题之间既相互独立又层层递进，以引导学生的注意力随着主体刺激的转移而转移。首先，让杂乱无章的数据按照其数值大小排列到相应的组段，形成了频率分布;其次，将频率分布顶端连接成一条光滑的曲线，引出概率分布;第三，呈现出分布的集中趋势、离散趋势后，引导学生分析数据的分布特征，引出正态分布;第四，运用滑竿拖动的方式将曲线的位置参数μ和形状参数σ与曲线的关系深入浅出地加以表达。教学时还可以结合集中趋势与离散趋势进行进一步的分析，将变异、标准差、离散程度的概念融会贯通。如图1所示。最后，通过色块高亮显示的方式，将正态分布曲线下的面积进行形象化展示，结合概率的概念加以介绍，为参考值范围、可信区间的计算奠定基础。

图1 正态分布的参数与曲线的关系

该层次注重知识传授，应具有主题鲜明、知识点系统连贯、画面富有吸引力等特点。结合信息化教学技术与相关认知心理学原理〔3-4〕，笔者在设计与实现的过程中，对于教学动画进行了特别设计，包括背景与目标色彩、每一场景中主题的设置、场景的动态显示等。

(2)过程剖析层次

过程剖析层次是指通过动画的设计将统计分析方法的思维过程进行分解和表达，由此实现深入本质、理解精髓的教学效果。以“方差分析”为例，其实质是对观测值变异来源进行分解。在完全随机设计的方差分析中，将观测值的总变异分解为两部分:组间变异与组内变异。以此为例，在动画设计过程中，首先体现观测值的差异性，本例设计了四组观测对象，如图2所示。

接下来将总变异、组间变异和组内变异的概念分别引出。在显示总变异时，突出的是各观测值与总体均数之间的差异性，将总体均数加粗显示;在显示组间变异时，强调的是各个处理组样本均数与总体均数，以及各个处理组样本均数之间的差异性，因此，将各个处理组的样本均数加粗显示;在显示组内变异时，反映的是各组内的观测值与该组样本均数的差异，因此，将图中代表总体均数的虚线隐藏，以突出组内数据的变异性，如图3所示。

图2 原始数据及各种均数

图3 组内变异

此外，为了使教学动画更为灵活，在本例的设计过程中，特别针对观测值取值范围、各组样本量、比较组别的数量等进行了可更改的设置，允许学生根据实际案例自己进行操作。

(3)应用探究层次

应用探究层次的设计理念是通过一些信息技术手段帮助学生从繁杂的计算中解脱出来，将精力放在对问题的探究和实际应用上。该层次的动画设计应有利于实现学生主动参与、自主探究的学习方式。因此，在设计中笔者特别采用了面向对象封装并允许调用外部数据的方式。以“两变量的关联性分析”为例，当在外部的xml文档中输入X、Y的观测值后，在动画画面中自动出现对应的点。同时提供样本例数和相关系数取值的更改滑竿，通过鼠标拖动的方式观察它们之间的变化与联系，观察两变量的散点图与相关系数的关系。

特别地，对于应用两变量关联性分析的注意事项讲解中，如“真假相关”问题，在动画中通过两种不同颜色的散点来区分某变量两个水平(如男性、女性)的数据，以此直观地反映各水平中数据的分布特点与两水平合并后数据的分布特点，并给出相应的相关系数，使学生对资料的分层与合并对相关关系的影响形成直观的认识，如图4所示。

图4 真假相关示意图

3.医学统计学教学动画的应用

目前已开发并应用于实际授课的教学动画有10个，内容涵盖了统计描述与统计推断的主要知识点，包括:(1)统计描述指标的特征与比较，含中位数、均数与变异指标;(2)主要分布类型，含正态分布、t分布;(3)方差分析的变异分解;(4)两变量的关联性分析，含回归分析、相关分析、真假相关、决定系数等。针对教学的实际需要，很多教学动画中都融合了演示效能、过程剖析和应用探究三个层面的功能。

所开发的动画在我校护理本科、公共事业管理本科以及临床医学八年制的医学统计学教学中进行了应用，学生普遍反映教学动画能较好地帮助他们理解知识点，加深对难点与重点知识的记忆，教学效果良好。但动画如何与讲授更好地衔接以提高课堂授课效率等，仍需在今后的教学中不断探索。

4.展望

在演示效能、过程剖析、应用探究等三个层面上针对医学统计学教学重点与难点进行动画设计与实现，有助于提升医学统计学教学效果和教学效率。基于不同的教学目标对教学内容进行科学、合理的二次设计，充分发挥教学动画的演示效能层次，有利于直观地实现知识的传递;将教师丰富的教学经验和精髓体现于教学动画的过程剖析层次，有助于培养学生的统计学思维，理解和掌握统计方法;将师生互动的智慧与教学相长的热情体现于教学动画的应用探究层次，能积极引导学生主动发现问题、分析问题、解决问题，有助于学生自主学习意识的增强和应用探究能力的提高。医学统计学重要知识点与教学内容的动画设计与制作，以及在教学中的深入推广应用，对于医学统计学信息化教学改革具有积极的促进作用。

1.何克抗.对国内外信息技术与课程整合途径与方法的比较分析.中国电化教学，2009(9):27-29.

2.马修强，孟虹，陆健，等.某高校博士研究生对《医学统计学》的认知及需求现状分析.中国卫生统计，2009，26(5):531-532.

3.赵江洪主编.设计心理学.北京:北京理工大学出版社，2002:76-78.

4.鲁道夫·爱因汉姆主编.艺术与视知觉.四川:四川人民出版社，1998:63-65.