生物统计学专业的综合实验教学方式初探*

仝 娜 易洪刚 柏建岭 杨 晟 陈 峰 赵 杨△

【提 要】 生物统计学是一门具有较强理论性和实践性的前沿交叉学科。除了专业技能，自主学习、科研能力的培养也是教学工作的重点之一。本文针对学生应用能力缺乏这一现象，结合我院综合实验教学理念，全面提高统计学专业学生数据管理和统计分析能力，为今后生物统计学的教学改革提供见解。

在医学院校，应用统计学(生物统计方向)定位于培养既具有统计学思维，掌握统计理论、流行病学研究方法，精通统计编程技术，又具有基本医学知识的复合型生物统计学人才[1]。从2012年起，南京医科大学(以下简称“本校”)设立了应用统计学专业(生物统计方向)并开始招生，该专业学生接受系统的生物统计学理论和编程技术的培养。作为生物统计学工作者，学生在面对工作中的实际问题时，除了需要扎实的统计学知识，还必须将统计学与相关领域有机整合，并且具备面对各领域实际问题时自主的知识学习能力和实际问题分析能力。

在实际教学工作中，笔者注意到，不少学生已经掌握了常用统计分析方法的原理和过程，但在实际应用中，却无法将各种方法融会贯通；不知道如何正确表达统计分析的结果和结论，使得最终的报告变成了过程的罗列，仅仅体现了统计学的分析过程，却无法体现研究者的科研思路；缺少在不同研究背景下将专业问题转化为统计问题的训练，导致对自己进行的分析缺乏自信，等等。

本校公共卫生学院在五年制预防医学专业中，开设了预防医学综合实验，将多门实践课程综合，目的是为了提高学生对预防医学有关问题的综合解决能力[2-3]。基于这门课程的理念，笔者提出了基于综合实验的生物统计学课程，即利用某个领域中的实际案例，如遗传关联性研究、临床试验、现况调查研究等，基于真实数据或产生模拟数据，让学生对案例进行分析，自主学习获取该案例所来自领域的专业知识，结合自己掌握的统计方法，搜集、整理、分析和解释数据。

与一般统计课对应的“上机实验课”不同，综合实验强调在深刻理解问题的学科背景的基础上，综合利用多种统计分析方法，借助于一种或多种数据管理和统计分析软件完成，旨在全面提高应用统计学专业学生数据管理和统计分析能力的实验方法[4-6]。

综合实验案例的设计

以《流行病学中的统计分析方法》为例。该课程的目的是为了使生物统计学专业本科生，通过这门课程的学习，系统地掌握流行病学研究中常用的研究设计类型及其特点，掌握流行病学研究中各种常用方法的基本原理、特点和适用条件，掌握流行病学研究中各种常用统计模型的建模策略，为以后专业学习和从事流行病学研究打下坚实的理论基础。现代流行病学研究非常强调在严密的流行病学设计下，综合利用分子生物学、现场调查、因果推断、数据分析等各种方法和手段。通过整合综合实验与课堂理论教学，不再拘泥于传统统计学教材基本知识→统计方法→实例计算的教学方式，采用基于案例和问题的教学，精选案例，介绍案例的来龙去脉；提炼问题，课堂教学和讨论围绕相关案例的若干个问题展开。例如，综合实验课中包含了如下一个案例：

案例名称：人类身高的遗传密码

案例题干：现有研究表明，人类的身高由多个基因决定。但既往很多结论来自于候选基因研究，即研究者事先根据专业知识，对可能影响身高的基因进行分型，再分析其与身高的关联性。为了从全基因组的角度更深入地理解身高的遗传特征，对1000例美国白人男性进行了全基因组关联性研究。经过质控后的数据，共包括932位男性，532569个单核苷酸多态性。

在案例中，不对该案例的具体分析目标做过多规定。只是交代问题背景、研究设计和实施等基础信息。由学生在对问题背景进行学习和理解后，讨论并形成分析方案(protocol)，在教师引导下，揭示数据中隐藏的各种玄机，逐渐接近问题的真相。本案例是一个遗传流行病学的研究问题。在第一次实习课上，学生首先需要查阅文献，了解遗传流行病学、全基因组关联性研究的基本概念；同时，学生应当了解全基因组关联性研究数据的基本格式，学会使用plink等常用遗传统计分析软件，理解不同遗传模型的统计学表达，并掌握线性模型、logistic回归模型等常用的分析方法。而在第二次课堂上，学生将在教师的引导下，面临多重比较的问题。到了第三次课堂上，本以为采用多因素回归便能达到目的，学生又将面临人群结构及人群分层带来的混杂问题。在最后一次课上，学生将前几次课的内容进行汇总，对最终的分析结果进行汇报。学生在学习后，不但掌握流行病学中的常用设计和分析方法，深入理解各种方法的历史变革、使用条件和结果解读，并亲自参与研究方案设计、统计分析计划设计、统计分析编程和报告等等，全方位地加深学生对相关知识的认识和理解。

再以《现场调查设计》课程为例，教学目标是使学生在进行现场调查的设计和实施过程中，掌握必要的统计学理论和方法，为以后专业学习和从事实际工作时处理现场抽样调查问题打下坚实基础。在《现场调查设计》课程的综合实验中，引入了基于项目的实验方式。研究问题由学生自己提出，要求学生选取医学相关选题，提出一个研究问题；再通过自行设计问卷、研究设计和样本量估计、调查实施、数据分析、结论汇报和辩论等形式，完成综合实验的过程。通过将综合实验和基于项目学习的方式整合，学生不断在实践中强化了对调查设计相关理论知识的理解和掌握，也通过实践操作了解了调查问卷的设计、调查执行、问卷录入和质控、数据分析等全过程。通过两个学期的教学，已基本形成了较为成熟的教学体系，学生能撰写出相对质量较高的调查论文。

综合实验的实施

笔者选取了本校4年制生物统计专业第4学年所开设的《流行病学中的统计学方法》、《现场调查设计》、《临床试验中的统计学方法》三门应用导向的必修课程，通过案例选择和建设、教师培训、过程评价等手段，在这三门课程中添加了综合实验的模块。将生物统计学理论知识和基础医学、预防医学及临床医学知识有机交叉融合，以学生为中心，重视学生的能力培养。

一般而言，理论课与综合实验的比例是3∶1。但其与理论课程的比例及时间安排则视课程内容而定。例如，以《流行病学中的统计学方法》课程为例，课程共计48个学时，每次课3学时，本课程分别在完成病例对照研究、队列研究、交互作用的理论授课后，进行一次综合分析，目的是针对不同类型设计，了解资料背景，撰写分析计划，完成数据分析，并按照STROBE指南撰写研究报告；《现场调查设计》只有一个综合分析案例(设计并完成一个实际调查)，则在讲授完成抽样方式、调查表设计、统计分析、敏感问题调查技术后，学生分别完成综合实验中的一个环节，最终目的是让学生掌握现场调查全过程中所需的统计思维和统计方法，等等。

在案例建设的基础上，每年负责课程的老师均需在开课前集体备课，总结上一轮教学中的经验教训，并根据最新研究进展对案例进行修订。最终学生的学业成绩除了包含最终考试外，综合实验过程中的表现也具有相当大的权重。例如，在《现场调查设计》的综合实验中，调查方案的质量、问卷的质量、调查报告的撰写水平、最终汇报的质量及答辩的表现，均构成了综合实验最终成绩的要素。

教学反馈

笔者分别对刚完成综合练习的学生及已攻读研究生的生物统计专业学生进行调查。本科生共计发放30份问卷，研究生共计发放10份问卷。调查结果表明，几乎所有学生均认可，综合练习改变了既往实习课只是做练习学软件的过程，有75%的同学认为综合练习的方式有助于将几门课的知识融会贯通，特别是已经学完的课程会被重新唤醒；但也有部分同学认为过于消耗时间。研究生同学普遍评价较高，这可能和他们本科阶段学业较为优秀有关，但他们也表示确实课上学到了很多课本上没有，但在读研阶段很有帮助的背景知识。

总 结

在多年教学实践和教学改革过程中，笔者所在的教学团队紧紧围绕人才培养目标，全面提高生物统计人才的理论水平及对生物统计学应用能力。通过在《流行病学中的统计方法》、《现场调查设计》等特色课程中引入综合实验，提高学生全面素质，使学生成为既具备统计学理论与思维，又具有多方面能力的复合型人才。

目前国内医学院校广泛开展基于问题学习(PBL)。PBL是一种以学生为中心的，基于问题的教学方法。与以机械性记忆为主的传统医学学习方式相比，在医学院校中开展PBL教学，不但传授知识，更传授学习的方式。而笔者教学团队在生物统计专业所开展的综合实验教学，体现了PBL(基于问题学习)与PBL(基于项目学习)的整合。

课题组基于R软件的Shiny包，开发了“生物统计交互式分析平台”。在分析平台基础上，课题组进一

步开发了模拟软件，利用计算机产生随机数，模拟医学中的随机现象，服务于综合实验教学。课题组将进一步完善已经开发的软件，包装相应成果，进行著作权申报和推广[7]。

尽管从实际成效看，学生反映生物统计学理论与方法的综合应用能力有所提高。但目前对于生物统计学综合能力的评价，还欠缺广泛认可的手段。笔者所在教学改革团队已针对医学生的学习适应性评价等开展了研究，后期将进一步考虑统计分析能力考核体系的研究[8-10]。