生物统计附试验设计教学心得与常见错误分析

李转见，韩瑞丽，孙桂荣，刘小军，陈其新，康相涛

（河南农业大学牧医工程学院 河南省家禽种质资源创新工程研究中心，河南 郑州 450002）

生物统计附试验设计教学心得与常见错误分析

李转见，韩瑞丽，孙桂荣，刘小军，陈其新，康相涛

（河南农业大学牧医工程学院 河南省家禽种质资源创新工程研究中心，河南 郑州 450002）

基于多年的教学实践，对生物统计附试验设计教学进行了探讨。主要从统计学基本概念与基本思想，抓住假设性检验的主线，明确分析方法的使用条件以及SPSS的教学实践等方面进行了论述，并强调浅显易懂的案例教学和常见错误分析来提高教学效果，旨在为提高农业院校畜牧兽医等相关专业课程的教学效果提供参考。

生物统计；试验设计；教学心得；错误分析

生物统计是数理统计的原理和方法在生物科学研究中的应用，可以为生物科学研究提供数据整理和分析方法。试验设计则是利用随机、重复、控制和均衡的原则来设计解决科研或生产问题的方案。根据事先设计好的试验方案开展试验，实施过程中进行数据收集整理，选择合适的分析方法进行数据分析，以求揭示其本质和规律［1］。近年来，随着生命科学理论和生物技术方法的不断发展，人们获得数据的手段和途径越来越多，而要想从海量的数据中找到事物发展的本质或规律，生物统计附试验设计这门工具课程就显得越来越重要。因此，统计学作为一门工具课程，在所有自然科学中，甚至社会人文科学中都得到广泛的使用，且在现代科技中占有十分重要的地位。在畜牧学和兽医学及相关专业中更不例外，生物统计学与试验设计已成为这些专业的必修课。通过学习，掌握试验设计的方法和数据的统计分析方法，可以提高学生分析问题、解决问题的能力，并能够为学生在大四时完成毕业论文或继续深造奠定基础。然而，该课程原理抽象、概念多、公式多、表格多和计算多，大多数学习生物统计的学生都会感觉该课程比较深奥、难学。因此，生物统计附试验设计课程被认为是大学期间最难学的课程之一［2］。即使是学得很好的学生，在实际应用时也会犯一些错误。为此，笔者结合自己的教学实践，在分析课程特点和主线的基础上，就如何学好生物统计课程进行了分析与讨论，并列举了一些常犯的错误，旨在为生物统计的教学提供一些参考。

1 掌握基本概念和基本思想

基本概念的掌握是正确理解统计分析原理与方法的前提条件。该课程涉及较多概念且很抽象。笔者认为其核心概念有总体与样本、参数与统计量、误差、同质与变异、因素与水平、小概率事件、变量与变量类型、试验因素与试验设计，且从课程开始到课程结束都会涉及这些概念。因此，课堂上要针对这些基本概念进行着重讲解，精心组织教学内容，采用适宜的教学手段和方法，力求把该课程的基本概念、原理讲清、讲透，让学生在透彻理解的基础上系统掌握［3-4］。最好结合相关专业列举一些与专业相关或生活中容易理解的例子。如果这些概念对学生强调得不够，那么在后面统计原理与方法的讲解中，学生就可能无法听明白。

生物统计学的基本思想是从样本的数据信息推断总体的数据信息。这个基本思想就体现出抽样的思想、总体推断的思想、概率的思想和误差控制的思想。抽样的思想就是说，一般情况下所研究的对象是样本，因为总体如果是无限总体或研究总体则其成本太高，实现的可能性很小。样本是随机从总体中抽取而得，这是研究的基础。如果研究对象是样本，那么数据分析后获得的就是样本数据特征，而研究目标是得到总体的数据特征，因此，要根据得到的样本统计量来推断总体的参数，这就是总体推断的思想体现。由样本推断总体的正确性是怎么样的？这就需要一定的概率保证。统计学是基于小概率事件实际不可能原理来保证推断的准确性，然而，如果设计的试验没有进行有效的试验控制，那么推断就没有建立在一个正确的基础上。因此，试验设计必须有着误差控制的思想。误差控制就体现试验设计中的随机、重复、局部控制和均衡原则。

生物统计学中的基本概念和基本思想是学习与理解各种不同统计分析方法的基础。如果基本概念和基本思想理解不到位，就难以很好地运用统计分析方法，更谈不上根据数据的情况来选择正确的统计分析方法［5］。

2 抓住假设性检验的主线

假设检验的方法很多，常用的有t检验、F检验和卡方检验等。尽管这些检验方法的用途及使用条件不同，但其原理都是相同的。假设检验是整个生物统计学的主线。假设检验基本原理、步骤的掌握与理解对整个课程的学习都非常重要。所以第1次讲到假设性检验的原理与步骤时，教师要精心组织教学内容，力求把这部分内容讲清、讲透［6］。假设检验的基本原理是从表面差异与试验误差 （抽样误差）的权衡比较中间接地推断试验的真实差异是不是存在。利用数学等式来阐述这个基本原理，能使学生更深刻地理解。假设检验的基本步骤很简单，总的来说包括提出假设、计算统计量以及统计推断。基本上所有统计分析方法都可以分为以上3步。对于假设检验的基本原理和步骤，学生如果在第1次时听明白了，后面再讲t检验、F检验和卡方检验等分析方法就容易理解了。

3 明确分析方法的使用条件

学生在学习生物统计过程中遇到最头疼的问题是：对于一批数据，不知道到底应该选用什么方法。尽管学生对各种方法应用的前提条件学习了很多，但是却不知道应用哪个方法更准确。因此，课程讲授时应淡化数理推导和计算，重点引导学生明确不同数据统计分析方法的使用条件和范围，确保其选择合适的统计方法，并能够正确解读统计结果的意义。大多数情况下，学生在了解各种统计方法的使用条件和范围的前提下，面对多种多样的数据时，仍然不知道选择哪种分析方法，说明学生在学习时只知道使用条件和范围是不够的，还要知道以下3个方面的内容：一是研究目的，任何统计分析方法的使用，都要依据分析的目的或研究目的来进行选择，对于同一批数据来说，可以根据不同的目的采用不同的分析方法；二是试验设计的类型，试验设计简单来说就是如何安排试验的，不同的试验设计所采用的分析方法不同；三是数据类型，数据类型可以分为数量性状资料、质量性状资料和等级资料。因为每类数据属性和特征不同，所以采用的数据统计分析方法也不同。在研究目的的引导下，根据试验设计与数据类型，就可以基本确定所要选择的分析方法，常见的t检验、F检验、卡方检验、非参数检验等就是试验设计与数据类型组合所确定的方法。

4 常见错误分析

统计方法是自然科学论文中表达研究结果最常用的方法之一，其使用正确与否直接决定着科学研究结果的正确与否。正确的统计方法是获得科学性和代表性结果的前提，如果统计方法使用不当，会直接导致错误的结果，误导读者［7］。试验设计错误的影响更大，在一个不正确的试验设计前提下，更不可能得到一个正确的或具有代表性的试验结果。

4.1 随机原则 在生命科学研究中，随机分组是最常见的分组方法，用错的情况也很多。学生在每年的本科毕业论文答辩过程中，一被问到怎么分组时就只会回答是随机分组，再进一步被问到具体是什么随机分组方法时，就无法说清楚了，甚至不知道随机分组的方法有哪些。说明很多学生对随机性原则的理解就是随意用。正确的做法是应该说出具体的随机方法，如随机数字、计算机随机、抽签、抛硬币和投骰子等，而不能把随机化当作“廉价名词”或说而不做，做而不严。

4.2 多重比较的前提 在使用参数检验的统计分析方法时，要有3个基本前提：效应的可加性、分布的正态性和方差的同质性。但在实际使用过程中，多数学生并不重视这些前提，而是直接使用相应的方法进行分析，这样分析得到的结论不科学也不严谨。此外，关于多重比较，基本上每位教师在课堂上都会强调方差分析显著是多重比较的前提。但学生在实际应用时却常常忽略这一前提，即不看这个F检验的显著性而是直接看多重比较的结果，尽管这种做法中的2个数据相差很小，但却可能会发生这2个数据差异显著的现象。

4.3 统计方法的选择 尽管学习了怎么来选择正确的统计分析方法，但在面对多种多样的数据时仍然不知道选择哪个方法更准确。下面列举一些关于容易选择错误分析方法的例子：①3种降血糖的药物治疗效果分析见表1，当被问到确定哪种药物治疗效果较好应采用何种分析方法时，很多学生一看到是治疗前和治疗后就会用t检验来进行统计分析。实际上应按照前面所讲的根据研究目的、试验设计和数据类型来选择正确的分析方法，即由表1可知，研究目的是分析3种药物的效果，试验设计是随机区组，数据类型为数量资料，治疗前的数据对治疗后的数据有影响且不能按一个因素来处理。因此，这个数据的具体分析方法应该是协方差分析。

表1 观察组与对照组疗效比较

②为了研究某药物对仔猪腹的泻治疗效果，随机分为观察组与对照组，治疗效果分析为显著、有效和无效3个等级，试验数据见表2。有的学生一看到质量资料，研究药物与治疗效果两类因子间的关系，就采用独立性卡方检验来分析。但这个研究里面的结果变量（疗效）是有序变量，而独立性卡方检验是分析无序变量的方法，这是误用卡方检验的方法处理等级资料。因此，这个数据适合用单向有序列联表资料的秩和检验来分析。

表2 观察组与对照组疗效比较

5 加强SPSS统计分析软件的配合使用

生物统计是数理统计的原理和方法在生物科学研究中的应用，是一门应用数学。作为一门工具性课程，必须加强学生对统计分析软件的操作。尽管课堂上会介绍利用计算器进行统计分析，但这仅仅是通过手工计算来加强学生对统计方法的理解。实际科研中进行数据的统计分析基本都要利用相关软件来进行处理，尤其是在计算机与软件高度发展的今天。常见的数据统计分析软件有很多，包括EXCEL、SAS、Stata、SPSS 等。 EXCEL 是最基本数据的处理和图表制作软件，科研工作者和研究生都习惯用其来存储数据。在自然科学研究中，很少利用EXCEL进行数据的统计分析，这是因为利用EXCEL进行分析，得到的结果信息量少，且操作繁琐。SAS和Stata是功能强大且可以编程的统计分析软件，也正是基于此，它是最难掌握的软件之一，但这2种软件却受到高级用户的普遍欢迎。对于一般用户来说，SPSS是非常容易使用的软件，它有一个可以点击的交互界面，能够使用下拉菜单来选择所需要执行的命令，几乎能够进行各种统计分析，并且在短时间内甚至几秒钟内即可得出数据分析结果［8］。因此，SPSS是非统计学专业人员进行统计分析的最佳选择，也是用户数量最多的一种软件。

教学实践中，在完成每个章节理论教学后，都要利用SPSS软件进行演示，让学生更好地理解统计分析实用性以及利用软件操作的快捷性。当然也不用担心学生因知道SPSS软件操作的快捷性而排斥理论课的学习。因为前面理论课的学习能让学生更好地理解软件操作的原理和输出结果的解读。如果没有理论课的学习，学生对SPSS软件操作步骤就只是机械的记忆，对输出结果也不容易明白。理论课的学习是生物统计附试验设计课程和SPSS软件操作的基础，利用软件来进行数据分析是该课程的最终目的。理论课程结束后，还应该安排专门的课时让学生在机房系统地学习一下如何利用SPSS软件来进行数据分析。学生在机房学习软件操作的积极性要高于课堂上的理论课，因此其学习也更有效率。SPSS操作方法比较简单，每种方法也就4～6步即可完成。上机实习的重点是讲解对输出结果的解读，这也是对课堂上理论学习的进一步巩固和提升。为了提高上机实习的效果，上机实习部分也要进行考核并计入最终考试成绩。从数据库里面分层抽取数据，然后从数据分析方法的选择、分析的操作步骤以及对结果的解读这3个方面来对学生进行综合打分。

6 结语

综上所述，生物统计附试验设计是生命科学领域内非常重要的一门应用课，涉及数理统计的原理与方法，且内容多、概念多、公式多，多数学生都感觉到难以学会。但随着大数据时代的到来，该课程却已经越来越重要。因此，应利用各种手段和方法讲好核心概念和统计思想，以便让学生理解统计分析的原理和假设检验的步骤，掌握统计分析适用条件和SPSS的操作方法，以避免错误的发生，另外，还要强化平时考核和上机考核环节。总之，要不断推动生物统计附试验设计教学方式的改革与教学技巧的总结，逐步完善课程的教学实践，提高教学效果。

［1］明道绪.生物统计附试验设计［M］.北京：中国农业出版社，2009.

［2］李馨，李井春，赵春霞，等.案例教学在生物统计与试验设计课程中的应用体会 ［J］.畜牧与饲料科学，2013，（10）：53-55.

［3］李玉阁.“生物统计学”课程教学初探［J］.生物学杂志，2006，23（5）：52-54.

［4］朱晓琴.提高《生物统计学》教学效果的探讨［J］.读与写（教育教学刊），2015，12（12）：55.

［5］李六林.提高《生物统计学》教学效果的探讨［J］.山西农业大学学报（社会科学版），2009，8（1）：94-97.

［6］石建州，周索，赵金兵.畜牧专业本科生《生物统计学》教学方法改革探讨 ［J］. 家畜生态学报，2016，37（1）：94-96.

［7］宿瑞俊，张保平，杜瑞军.医学期刊论文中常见统计学错误分析与方法正确选择［J］.中国病案，2013，14（3）：43-45.

［8］张文彤.SPSS统计分析基础教程［M］.北京：高等教育出版社，2011.

The Teaching Experience and Analysis on Common Errors in Biological Statistics and Experimental Design

LI Zhuan-jian，HAN Rui-li，SUN Gui-rong，LIU Xiao-jun，CHEN Qi-xin，KANG Xiang-tao
（College of Animal Science and Veterinary Medicine，Henan Research Center of Breeding Resources for Poultry，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China）

Based on the authors′teaching practice,the teaching of Biostatistics and Experimental Design was expounded from the following aspects:basic concepts and thoughts of statistics,grasping the main line of hypothetical test,specifying the using conditions for the analytical methods and the teaching practice of SPSS,with emphasis on application of readily understood case teaching and analysis on common errors.This study may be helpful for providing references for improving the teaching effect of related specialized courses in major of animal science and veterinary medicine in agricultural colleges and universities.

biostatistics；experimental design；teaching experience；errors analysis

G642

A文章顺序编号：1672-5190（2016）10-0089-03

2016－09－23

项目来源：国家自然科学基金项目（31501929）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（14A230017）。

李转见（1985—），男，讲师，博士，主要研究方向为家禽遗传育种。

康相涛（1962—），男，教授，博士，主要研究方向为家禽遗传育种。

（责任编辑：慕宗杰）