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Minitab辅助的生物统计论文

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一、鼓励和充分利用多媒体教学

生物统计课程教学内容抽象,图表较多,而传统的教学手段具有耗时较多和难以直观地通过图表来体现数据特征的不足。多媒体教学中图文并茂、生动活泼的特点既有助于集中学生的注意力,又能直观地使学生对许多抽象的概念和理论有直观的理解。如利用多媒体手段,在教学中先给出一个有2000个容量的30日龄猪仔体重的数据集做总体,利用Minitab做猪仔体重的散点图,可以很直观地看出30日龄猪仔体重总体呈正态分布,猪仔体重在6.0-8.0kg之间。然后从该总体中做有放回的抽样,每次抽10个猪仔体重做一个样本,计算该样本的均值,该过程分别重复10次,得到10个均值,做出这10个均值的散点图,可以看到该散点图的轮廓并不是呈对称的正态分布,随着重复次数的增多,做出的散点图越来越逼近正态分布。通过这种直观的教学,能让数学基础较差的生物和食品学科的学生很直观的理解抽样分布的概念和了解抽样分布的规律,并能直观的观察体会T分布如何逼近正态分布。其他如F分布、卡方分布、置信区间、两类错误、P值的意义和线性拟合等知识均能通过借助Minitab先演示实际例子,然后引出抽象的理论,这既克服了以往只讲理论公式的“填鸭式”教学,又克服了普通多媒体教学中不能体现“引导式”教学的弊端。通过教学反馈来看,取得了良好的效果。

二、结合学科实例讲解抽象的理论

生物统计是利用统计学的方法和手段来解决实际问题,突出应用性。目前国内的很多生物统计教材,或者是数学学科的专家学者编著,其基本特点的是注重理论推导,忽视通过实例直观的讲述统计思想和过程;或者是讲述的实例并不适用于生物和食品学科的科研和生产实践。因此,这就要求教师在讲述每一个概念理论时,要多举一些具体学生经常遇到的生物或者食品学科的实例。如在讲述基本的统计推断时,在生物学科举例如下:根据以往经验,30日龄猪仔体重近似服从正态分布,体重均值为7.0kg,标准差为0.5kg,现从一种猪场随机抽取30日龄10只猪仔称重并收集数据,计算的体重均值为5.0kg,问猪仔体重有无改变。从这个实例可以直观地看出总体均值和样本均值是有差异的,统计推断的本质是找出这种差异究竟是否抽样引起的,还是真实存在的。统计的原假设都是无差异的假设,即差异是由抽样引起的,备择假设与原假设互补,即差异是真实存在的,下来需要估算抽样的均值5.0kg是否在给定的显著性水平α下落在总体分布的1-α内,如果落在1-α内,则不能拒绝原假设,如果落在1-α内之外,根据小概率原理,不可能发生的事情了,那就要拒绝原假设而接受备择假设。这里有两个问题需要重点强调:一是在原假设成立的前提下,得到的分布结果不在预定的范围内,在推断过程无误时,那只能是原假设不能接受;二是小概率原理判定中的不可能事件是统计上的不可能,也就是一般发生的概率极小,而不是逻辑上的不可能。通过这种结合学科恰当实例讲述的方法,便于学生在教学后揣摩体会生物统计的基本理论和怎么在科研生产中使用以及在哪里领域能使用等。

三、强调统计软件在授课和课后中的使用

公式繁多和计算复杂是生物统计教学中一个显著特点,因此引入合适的统计学软件把人从浩繁的计算中解脱出来是一个迫切的任务。目前的统计学软件有数十种之多,常见的有SAS,SPSS,Matlab,Minitab等。结合多年教学探索,选择由美国宾州大学开发的Minitab作为教学软件。与SAS相比,Minitab具可视化操作和容易上手等优点;与SPSS相比,有较强大的试验设计模块(Designofexperiments,DOE)和质量控制模块。Minitab的常用菜单有:数据菜单、计算菜单、统计菜单和图形菜单。使用频率最高的统计菜单提供了包括基本统计分析和多元统计分析、回归分析、非参数分析、探索性数据分析、时间序列分析、质量分析、可靠性分析、列联表分析、DOE和样本含量估计等功能。其中的基本统计分析功能能满足教学中所涉及的数据的统计描述、参数估计、Z检验、单样本T检验、独立T检验、配对T检验,一元方差分析、一元线性回归和拟合优度检验。在课堂教学中,涉及所有计算均通过Minitab完成,既节约了课堂时间,又能通过幻灯片的操作演示,让学生初步了解软件的基本界面和基本操作。课堂学习是学习和理解的过程,布置适当的课后作业能更好地巩固学习效果。每一章学习之后,留有3~5道作业,要求学生完成作业的电子版后统一发到课程教学公共信箱。作业要求在每一个题目后先写出自己的分析思路,然后利用Minitab完成计算过程,并且把数据集和计算结果的截图插入电子作业中,并对结果做出合理的生物学解释。通过这种教学尝试,激发了学生的思考能力和动手能力,基本上解决了国内目前在教学中存在忽略统计方法的软件使用的问题,大多数学生在后续的本科论文中涉的统计推断均能很好的利用Minitab完成。

四、基于Minitab讲解试验设计

客观、科学、合理和可行是一个实验设计的基本要求。首先,在教学中我们反复的向强调一个合理的实验流程是这样的:选择研究问题→提炼实验因子和响应指标→收集整理实验数据→根据实验目标和数据特点选择合适的统计方法→分析结果及生物学解释。其次,设计具体实例借助Minitab讲述试验设计部分的教学内容。相比人工制作实验项目表格的繁琐,利用Minitab实施试验设计省时省力并为后续的分析工作提供了便利。Minitab的DOE模块能快速完成生物学研究中的大部分试验设计,如全因子设计、部分因子设计、响应曲面设计、混料设计、田口设计和响应优化等。如在生物和食品学科的实践中,常遇到优化某种微生物培养基或者饲料配方的实验设计,在单因素的基础之上,就可以通过Minitab的DOE模块完成两种不同类型的优化设计:正交设计和响应曲面设计。正交设计是在DOE的子菜单点击创建田口设计,在弹出窗口中,选择因素后,选择可用设计即可实验方案设计的列表,设置重复试验或者空白列以估计误差,按此设计表实施试验,将试验结果填入设计表中完成整个实验。在DOE子菜单点击分析田口设计即可得到正交设计试验的方差分析结果和各因素主效应图,从图可以很直观的得出最佳方案。此外,还可以使用DOE子菜单的预测田口结果菜单预测最佳方案的效果。响应曲面设计基本上和正交设计类似,也是在DOE子菜单中完成设计和结果分析。Minitab的DOE模块能满足生物和食品科学常见的试验设计及结果分析。用软件代替以往试验设计只讲理论的教学探索,基本上解决了以往课程结束后学生难以正确进行试验设计的问题。

五、结语

生物统计课程一方面因为其抽象的理论一直是我校生物和食品学科学生的“头疼课”,另一方面因为其在科学研究中的实用性,又激励学生要学好这门课程。在较短的教学时间内,通过如何提高学生的学习兴趣和参与性来提高学习效果,一直是参与生物统计课程教学工作者不得不思考的问题。在教学中多举一些来自生物和食品学科的教学实例,在讲清楚概念理论的基础上,着重突出学生以生物统计的相关知识来解决实际问题的能力;选择MINITAB完成试验设计及试验数据的统计分析加强了学生的应用能力。通过这几年的教学探索,取得了较好的教学效果,突出了应用性的基本要求。

作者:李彦杰 周大祥 杨俊年 刘仁华 单位:重庆三峡学院生命科学与工程学院 三峡库区可持续发展研究中心

Minitab辅助的生物统计论文责任编辑:杨雪    阅读:人次