前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的生物统计学的概念主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
生物统计学(Biostatistics)学是概率论和数理统计的原理和方法在生命科学领域的重要应用,它贯穿于生物医学研究流程的始终,不仅提供试验设计、数据收集整理和数据描述的基本方法,还提供合理选择统计分析方法以及对统计结果的分析与应用的重要原则[1]。因此,生物统计学是生物医学类各专业的重要基础课和必修课。该课程旨在培养学生具备统计思维,正确选择、应用统计方法解决生物医学研究中遇到的问题。通过该课程的学习,能为学生后续课程学习、毕业设计及科研论文撰写打好基础,也有利于培养学生的科学素养以及运用数学工具分析和解决问题的能力,从而大大提高学生的综合素质[2]。但生物统计学有很强的理论性和实践性,教学内容包含大量复杂的数学公式和抽象概念,需要学生具备一定的数学基础和逻辑推理能力。与其他专业课相比,普遍反映授课难度大、学生积极性不高、遗忘快。因此,必须针对该课程特点,改革教学体系、教学方法和考核方式,达到激发学生学习兴趣,培养学生熟练掌握并灵活运用常用试验设计和统计分析方法的目的。作者结合自己近年来的教学实践,分析教学过程中存在的问题,就如何提高生物统计学的教学效果浅谈自己的体会,为提升生物统计学的教学质量提供一定的参考。
一、生物统计学的教学体系建立
课程体系和教学内容直接反应课程的教学目的和培养目标,是培养学生学习能力、提高教学质量的核心环节。在生物统计学教学体系建立过程中,我们综合考虑课程特色和教学要求,从理论教学和实践应用环节入手,组织整合教材内容,精心提炼生物医学研究中的实际问题,以期给予学生在生物统计学的学习和应用中以科学、合理的引导。首先,理论教学是整个教学体系构建的基础,而教材则是教学体系是否完整而有效的基础与核心。作为教学内容的载体,教材是学生获取知识的来源,也是教师教学的依据,它是贯穿教学活动的重要因素,因此,教材的选择将直接影响教学质量和效率。在教材选择方面我们主要考虑了教学内容覆盖的全面性,在教学中指定李春喜主编的《生物统计学》(第五版)作为教材,根据本科教学的实际需求选择部分内容进行详细讲解。同时,授课教师归纳和融合其他参考书的优秀教学内容,透彻理解教学内容的内在逻辑联系,打造适合本专业的理论教学体系。
其次,生物统计学课程具有很强的实践性。因此,实践教学体系是生物统计学教学的另一关键,也是检验课程实际效果的最终标准。在教学过程中,我们将计算机技术和统计软件引入生物统计学的实践教学,向学生介绍Excel、SAS、SPSS等经典统计软件的特点,在不同章节教学中穿插具体统计方法的统计软件实现,讲解利用统计软件进行统计分析的步骤,达到将抽象统计理论与直观形象操作相结合的目的。统计软件引入生物统计学教学既体现信息技术时代的特点,又适应了高素质应用型人才培养的要求[3]。另一方面,我们以具体的科研案例为基础,指导学生运用生物统计学知识自主进行实验设计和数据分析,并将实验方案和统计方法运用到学科竞赛等课外科技活动中,不仅巩固了学生对知识的理解,也提升科技作品的档次。在毕业论文环节,加强对学生论文中统计学方法运用的培训和规范化要求,提高毕业论文的质量。这些实践教学活动使学生把所学的知识真正运用于解决实际问题。
二、多元化教学,提高生物统计学教学效果
传统的生物统计教学以教师课堂理论讲授为主,教学活动以教师为中心,有利于教师掌控课程内容和进度,但教学效果主要取决于教师个人的课堂组织和语言表达能力。由于生物统计学教学内容枯燥,抽象概念多、关联度高,公式多且难记忆,学生在被动听课的过程中易产生厌学情绪,学习积极性不高,对知识的掌握效果欠佳。同时,单一的讲授教学使学生在课后除完成习题外,无任何其他检测手段,难以达到学以致用的效果,学生也难于感受该课程的现实意义。从教学实践中也发现,依靠传统教学模式,尽管教师和学生都投入了大量时间和精力,学生不会灵活应用相关知识来解决实际问题。在课程结束一到两年后,学生会遗忘学过的大部分知识,面对毕业设计和生产实践中遇到的问题一筹莫展。因此,必须采用多元化的教学形式,利用丰富的教学内容和富于变化的教学手段来吸引学生注意力,提高教学效率的目的。
(一)板书教学
板书教学作为传统教学手段,在讲授大数定理、中心极限定理、方差分析的分解等重要的统计学原理和相关公式的证明和推导时,可以留给学生足够的时间理解和消化讲授的知识,学生可在在老师的引导下积极思考,因而在理论教学时具有其他教学手段难以比拟的优势。
(二)多媒体教学
随着计算机技术的普及,多媒体教学手段在高校教学中已被广泛使用。多媒体教学能给予学生直观的图形、图像,能使得一些抽象的问题形象化,这对于生物统计学这样抽象概念众多的课程来说显得非常重要,通过我们精心制作的生物统计学课程教学课件,学生能多角度地直接观察对象,更好的理解抽象的生物统计学概念;而通过搭配课件中不同的背景、文字、图片、视频等内容,使得课件图文声像并茂,能多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣,提高学生的学习兴趣,能有效地突破教学难点。我们还利用多媒体教学交互性好的特点,基于本校课堂互动系统,要求学生接入该系统在线实时答题,师生共同批改检查并进行当堂评价,使大部分学生能在课内理解掌握重要知识点,有效解决了知识缺陷累加的问题。此外,在目前还没开设课内上机实验的情况下,我们还利用多媒体课件进行演示实验,如:随机抽样分布中的随机数生成,介绍Excel、SAS、SPSS等统计软件在统计推断、方差分析、一元回归等方面的应用,讲解利用上述统计软件进行统计图表绘制的要求和流程等,让学生清晰、直观的掌握抽象的概念及过程,提高学生分析和解决问题以及呈现研究数据的综合能力。
(三)案例式教学
案例教学法起源于19世纪20年代,由美国哈佛商学院所倡导。该方法将工作中的真实情景加以典型化处理,形成供学生思考分析的教学案例,学生通过课前/后独立学习和课堂讨论的方式主动参与教学过程。在生物统计学课程中我们遵照“提出问题—学生思考—寻求解决—理论讲授—实践运用”的思路实施案例教学法。在讲授前将要分析讲解的案例分发给学生,让学生在课后预先寻求解决方案,课堂上先由学生讲述自己的解决方案,然后再由教师分析讲授相关原理和正确方法。案例式教学可引导学生通过独立思考、分析案例,获取解决方案的学习过程,真正认识到生物统计学课程的重要性,形成正确的统计思维。此外,基于案例的教学模式重视教师与学生的双向交流。学生要对材料进行消化并查阅各种资料提出解决问题的方案;而教师要对学生的解决方案给以引导,并不断整合新的教学内容,对教师也提出更高的要求。在生物统计学中引入案例教学是提高教学效果的一种有效手段[4]。
三、改革考核方式,培养学生综合能力
作为评定学生对所学知识掌握程度的依据,考试是教学中的一个重要环节,它可以促进学生系统总结已学知识,也是教师了解教学效果最有效的方法。目前,生物统计学的考核方式多以期末闭卷考核为主,考察内容侧重于基本概念、理论和计算。这种考核方式下学生平时听课作业不认真,考前突击也能通过考试;即使是掌握了知识点的学生也可能不会灵活解决科研中的实际问题。因此,我们改革考核方式,结合平时含书面作业、案例分析口头讲述和期末考试综合评定学生成绩。期末考试形式为“一纸开卷”,学生可以将自己认为重要的知识点梳理后归纳至“一纸”上供考试时参考。考试内容加入大量案例分析内容,更为灵活。实践证明,上述考核方式促使学生把主要精力放在用统计分析方法解决实际问题的方向上,提高解决实际问题的能力,同时也大大减轻了学生的学习负担。
四、总结
关键词:生物统计学;课堂教学;教学方法
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)22-0181-02
生物统计学是一门探讨如何从事生物学实验研究的设计、分析、资料整理与推论的科学[1-2],应用于生命科学的各个领域,是一门在实践中应用十分广泛的工具学科,也是生命科学各专业的专业基础课,对后续生命科学课程学习和生物学科研有重要的作用。生物统计学理论性和实践性均较强,公式和抽象概念多,需要一定的数学基础和较强的逻辑推理能力,存在难教、难学、难记的现象,学生甚至产生了畏惧心理,如何使学生在课堂教学过程中掌握基本的统计分析方法应用于今后的学习和研究中是每一位生物统计学授课教师面临的一个难题。
一、提高教学质量,关键是教师
良好的教风是提高教育质量的关键[3]。教师应该不断强化自身教育学意向,避免教师对学生的消极影响[4]。作为教师我热爱教育,热爱学生。在教学工作中,严谨治学,不断学习新知识,探索教育教学规律,改进教学方法,提高教学能力。《生物统计学》是一门不太容易上好的课程,也是很多学生最头疼的课程。需要教师付出更多的心血上好课,通过跟着经验丰富的主讲老师听课,查阅了大量参考书,积极参加各类教学竞赛,听教学名师的课等等提高教师课堂教学水平。通过这些方式,逐步熟悉了教育规律和教学艺术,不断进行教学理论的研究和教学方法的改进,提高了自身教学能力和教学水平,但是“学无止境”,教学水平仍然需要进一步提高。
二、情感激励促进师生互动,营造和谐提高,课堂教学质量
促进学生自由而全面的发展和教师专业发展是现代课堂教学的目标,建立平等的师生关系和课堂氛围,突出学生和教师的能动作用,设计并实施以学生为中心的体验型、对话型的启发式课堂,这样就可以把学生和教师真正作为知识的主人和推动课堂运作的动力[5]。在这样的理念下,能否在课堂教学过程中积极有效地调动学生的学习兴趣,直接关系到教学的成功与否。情感激励正是培养、激发学生学习热情、调动学生学习兴趣,营造和谐课堂,实施启发式课堂教学的重要手段。生物统计课程本身比较枯燥难懂,如果再用这种死气沉沉的教学方法,教学效果会极差。情感激励能促进课堂教学中的师生互动。在课堂教学过程中,教师的情感只有与学生的情感产生共鸣,达到交融时,才能变成激发学生的动力。运用情感激励来提高课堂教学质量,就要求教师要经常深入到学生中去交朋友、谈心、参与学生组织的活动,与学生达到心理相融,增进交融度。情感激励能够营造和谐的课堂气氛,使学生产生强烈的求知欲。课后主动与学生交流,不仅有学习上的,也与他们交流思想和生活上的,拉近和学生的距离,让学生认可和接受老师,这种积极向上的氛围影响着班里的每一位同学们。尤其关注学习不努力的学生,课前经常与他们谈心,关注他们的听课效果。下课后积极与老师探讨问题的学生越来越多了,老师也发现渐渐地学生们都争先恐后往前排坐,那些后进生更是如此,更加激发了老师的教学热情,这种和谐的师生关系极大地促进了课堂教学效果。
三、培养学生具有正确的统计思维激发学生的学习兴趣
生物统计学教学比较注重基本理论学习,很大篇幅都在讲授基本概念和基本理论,对统计方法的应用和统计思维能力的培养有些弱化,这样学生虽然都学习了生物统计学,但是在学生做的调查分析和研究工作中统计被滥用和误用的现象比比皆是,甚至研究生阶段也是如此,在学术文章中也不稀有,出现这些问题的关键仍然是同学们对生物统计学的基本概念和基本理论死记硬背,没有注意整个理论体系的内在逻辑联系,虽然能够应付期末考试,但是在日后的应用又会错误连篇。针对这一现象,从课程一开始就注重培养正确的统计思维,培养和发展学生的思维能力,尤其是分析问题、解决问题的应用能力。如:抽样分布这一章在整个生物统计学教学体系中起到了承上启下的作用,它是统计推断的基础,如果这一章理解得透彻,统计推断就比较容易学了,很多同学由于这一章没有理解透彻,导致统计推断只能囫囵吞枣,应付考试没有问题,但真正正确应用统计方法解决自己遇到的问题时通常会犯错误。加强教学实践环节,可以就学生关心或与本专业相关的课题做调查,布置了期末学期小论文,让学生自己就感兴趣的问题设计课题,搜集资料,然后运用学过的统计分析方法进行数据整理和分析,通过这一过程,不仅使学生知道了怎样进行资料搜集、整理和分析等统计分析过程,而且培养了学生应用统计知识开展统计调查和分析的能力。同时注重各个知识点之间联系的讲授,注重讲授这些知识点之间内在的逻辑联系,并将这一原则贯穿授课过程的始终,引导学生把统计学的理论和方法应用到自己所学的专业当中,使学生在学习这门课后具备了一定的统计素质要求。
生物统计学是应用概率论和数理统计的原理和方法研究生物界数量变化规律的学科,属于数学在生命科学领域中的应用学科。其基本任务是研究生物学领域数据资料的收集、整理和分析方法,并对数据分析结果做出合理的解释。[1]生物统计学是生物类、植物生产类、动物生产类、食品科学类、水产类、环境科学类等相关专业的专业基础课,是一门应用性很强的方法论学科。尽管在基本概念和基本原理的讲述上,各专业相差不多,但在有限学时内具体授课内容的选择上,在例题、习题的选择与编写上,在试验设计方法等问题上,不同专业差别还是很大的。21世纪以来,随着社会的发展和科学的进步,高等教育的培养目标从以知识传授为重点转向以能力培养为重点;从培养能够继承和使用知识的人才转向培养能够发现和创新知识的人才。[2]这种人才培养目标的转变给高校课程教学提出了更新、更高的要求,同时随着水产学院申博增硕的成功获批,针对水产类专业的生物统计学课程特色建设与教学改革也势在必行。
一、问题分析
(一)课程设置
广东海洋大学水产学院现有三个专业,即水产养殖学专业、海洋渔业科学与技术专业和海洋科学专业。作为一门重要的应用数学,多年来生物统计学一直是各专业的专业基础课,普遍应用于各专业的毕业试验设计和毕业论文撰写中,其在水产科学研究中具有十分重要的作用。然而各专业在本门课程的设置上并不一致,如教学大纲不一致、授课学时不一致、授课方式不一致、考试方法不一致、授课学期不一致等。不同专业的授课教师各自为政,缺乏沟通与交流,这不利于整个水产学科的发展,也不利于课程的后续发展与建设,更不利于硕、博课程的衔接与深化。
(二)教学内容与方式
首先,生物统计学应用数理统计对随机现象的统计规律进行演绎和归纳,涉及概率论、统计学、生物学及它们的综合应用等多方面,概念多、公式多、数据多,一些内容较为抽象,很多学生对该门课程有畏惧心理。学生普遍认为该课程较难,表现在概念难以理解、思维难以展开、问题难以入手、方法难以掌握、习题难做,因此对本门课程缺乏兴趣,课堂学习积极性不高。此外,由于课堂互动少,与水产科学实践联系不紧密,教师过分重视教的过程,学生不能亲自体验收集、处理数据的过程,因此学生难以深刻理解统计学的本质原貌。
其次,在教材的选用上,以《概率论和数理统计》为名的教材很多,但大多仍是基本沿用数学专业的教材体系,数学学科性太强[3],重数学理论,轻水产应用,数学与水产不能相互融合。以《生物统计学》为名的教材也较多,如杜荣骞的《生物统计学》(高等教育出版社)[4]、明道绪的《生物统计附试验设计》(中国农业出版社)[5]等,其编写主线都是先概率、后统计、再试验设计。这些教材较传统的概率论与数理统计更加合理,充分考虑了授课学时的安排,少概率、多统计;理论部分恰到好处地压缩,应用部分适当加强,在实践中更易于被学生所接受。我们曾采用杜荣骞主编的《生物统计学》,虽然其强调了在生物科学上的应用,但其例题和习题多为以动植物的遗传、变异为主,需要有较好的生物知识,对水产学科来说有些脱节,学生在学习了较难的理论后难以具体化、形象化,容易丧失学习的兴趣。
最后,为了应付传统的单一笔试的考核方式,学生需要进行大量的习题练习。学生把精力都放在了记背公式、过程的推导和演算当中,忽略了对知识背景的理解,如果题型一变,马上不知如何解答。一道简单的方差分析就要花费学生大量的时间,考试信息量受到限制,这些考试内容在学生以后的计算机应用中又基本用不上,这无疑加重了学生的学习负担。
二、课程改革对策
(一)课程设置改革
为充分利用教学与教师资源,我们将课程更名为水产生物统计学,并作为院级限选课提出,强调了本课程在整个水产学院各专业课程设置中的重要性。课程采用统一的课程名称、课程号,课程教学大纲及课程考核,课程学时设置为48学时,其中理论授课学时为36学时,实验上机学时为12学时,理论与实验学时比为3∶1,基本保证了该门课程理论教学和实践教学的要求(对多数高校而言,一般设置为40学时或更少)。为了保证本课程先修课程的顺利完成,让学生掌握必要的专业知识,且与学生毕业论文设计相衔接,授课学期设置在第六学期较为合理。
(二)注重学生思维方式的培养
在学生思维方式的培养上,应注重启发式的教学原则。广东海洋大学是一所以教学型为主的大学,而水产学院在学校的发展中扮演着教学、科研并重的角色。水产生物统计学是一门理论基础强、实践强的学科,在学时较少、学科研究日益深入发展的要求下,如何充分发挥学生的主动性和积极性,从“接受知识”转向“主动应用”,是生物统计学教学与实践的主要内容。启发式的教学原则,就是以激发学生的主动性思维、唤起学生的求知欲和兴趣为出发点,科学地引导学生主动思考,让学生将知识融会贯通形成技能,发展学生智力、挖掘学生潜力。首先,在知识的传授上,要“两少两多”,即“少概率、多统计;少理论,多应用”。学习什么情况下用什么方法进行统计分析,要比学习这个方法本身如何统计更重要。现在的统计方法,都可以由很多专业的统计软件来完成,甚至你只要知道用什么方法,怎么输入数据,一个菜单就搞定了,也就是说,不管你方法对不对,总会有结果出来的。因此,培养学生主动分析的能力更为重要。
(三)教学内容与方式改革
1.强化海洋、水产特色
根据水产学院各专业的人才培养特色与课程体系特征,我们以海洋水产类试验方案设计、数据分析与处理等为课程应用导向,突显海洋、水产特色。我们以蔡一林、岳永生主编的《水产生物统计》[6]为教材,以各专业教师科研实践的实际案例为补充例题及习题,深入浅出地介绍试验设计的基本原理,并引导学生学习和掌握如何合理有效地获得数据并对数据进行分析推断的原理和方法。由于与专业紧密相连,举例对象学生熟悉,这自然减少了学生学习的畏难情绪。
2.优化教学内容
在教学内容的设计上,除基本统计原理外,我们根据各专业实践在有限的课时内优化教学内容。概率论是整个统计的理论基础,在教学上要注意讲清概念、减少理论,加强引导。在概念的讲解上,要注意深入浅出,简明易懂。对于一些证明推导,则可以适当略去,只要说明问题的背景、来源、结果及应用的方面即可。在统计上,要加强对基本统计理论的讲解。基本的分布、方差分析、简单的相关和回归基本就解决了水产学科本科教学、科研的大多数问题。我们没有必要为了解决10%的问题而去花90%的时间。此外,一些简化公式都是为了手工计算而设计的,由于可以使用电脑完成计算,这部分内容完全可以略去。
3.改革教学方法
水产生物学科是门实验性的学科,很多生物学现象及其原理都是在试验中发现,并通过实验加以验证得出结论的,因此,试验设计的好坏直接影响到结果的分析及其结论的正确、可靠与否。本课程把理论与实践相结合的教学作为重要的教学手段。
(1)在理论教学中做到以下几点。①从各专业的背景出发,建立抽象理论与学生熟悉的具体问题之间的联系,通过比较研究,使学生掌握各种试验模型的假定及其应用。②采用探索探究式、互动式教学方法,启发学生思维,拓宽学生思路,引导学生用科学研究的思维方式思考问题;由以教师“讲”为主,转变为以学生“学”为主,使得教师讲授与学生自学、讨论和研究有机地结合起来,提高学生分析问题和解决问题的能力。③采用课外阅读文献、课堂评述等方法,重视培养学生独立获取知识的能力,为学生终身学习和创新奠定基础。④精心设计多媒体课件。多媒体课件除具有一般多媒体课件形象、生动的特点外,还要根据本课程特点展示数据的动态分析过程,尽可能使课件融教学性、科学性、艺术性和技术性为一体,激发学生的学习兴趣,提高教师的教学效率。
(2)在实践教学中,分三个层次进行实践性教学。①通过试验设计的方法练习,加深学生对基本原理理解的基础实践。②结合专业提出课题,由学生组织设计及分析,并进行课堂讨论的综合性、设计性实践。③根据专业,由学生自行选题、设计并分析推断的研究性实践。
4.切实用好“多媒体教学”
随着计算机技术的发展,多媒体日益成为重要的教学手段。[7]它以计算机为主要媒介,把文字、图形、图像、音频和视频等信息媒体结合起来表达教学内容。多媒体教学能使课堂变得生动活泼,从而实现传统的教学方式无法达到的效果,是高校教学改革的一项重要内容。然而在实践中,“多媒体”的“多”往往被单一计算机取代,多媒体课件也往往成了简单的PPT演示。笔者曾在《浅谈高等教育多媒体教学中存在的问题》[8]一文中,阐述了现代多媒体教学在带来利的同时其弊同样不可忽视。就生物统计学的多媒体教学而言,其概念多、公示多、统计计算过程烦琐乏味,计算机的应用无疑能起到事半功倍的效果。然而传统黑板的作用也不能忽视。在教学中笔者就曾发现,学生对统计量不知道怎么书写;重要的推导过程在多媒体课件中一闪而过,跟学生的认知思维衔接不上,这反而增加了学生的厌恶感,使学生不能跟着教师的节奏学习。由此可见,多媒体教学也存在一定的弊端。
此外,要注意生物统计学多媒体课件的制作不同于物理、化学等学科(它们强调计算机的模拟功能),生物统计学多媒体课件必须同统计分析软件“链接”。在实践中笔者发现,普通计算器、Excel软件和SPSS统计软件是较为适合的本科教学统计软件。也许大家都忽略了普通计算器的应用,实际上,在任何一台Windows机器上,程序的附件中都有一个计算器,这个计算器虽然不能进行复杂的统计功能,但对于统计中经常用到的统计量基本都能够计算。此外,在电脑上机课上,可以重点介绍Excel的统计功能。严格说来Excel并不算是统计软件,而只是数据处理工具。但它几乎是每台电脑上装机必备的软件,对于大多数的学生来说,Excel统计功能的学习能为他们以后从事非专业统计工作起到很好的帮助作用。专业统计软件采用SPSS软件,由于该软件不需要编程,因此学生较易接受。除了课堂涉及的统计方法外,这些大型软件包的一个主要好处就是菜单丰富,功能齐备,只要有一本参考书,学生就可以方便地掌握各种统计方法。
最后,要充分运用计算机网络。网络教学将为学生提供广阔的学习空间、充足的学习资料和多样的学习方式。比如西安科技大学的生物统计学网站,除了具有精品课程的内容外,还在“参考资料”栏目内设有“教学篇”、“人物篇”、“历史篇”、“故事篇”、“软件篇”、“应用篇”等内容,这不仅能为学生提供丰富的学习资源,还增加了学生的学习兴趣,并可以通过学生反馈来丰富学习资料。
三、考核方式的改革
成绩考核是督促学生复习、巩固所学知识并对教学效果进行检查的重要手段。在传统的笔试考核方式中,学生要把大量的时间花在计算公式的背诵和数学计算上,这种考核方式不能全面、准确地考查学生对各种统计分析方法的掌握和应用情况。要改革考核方式,除笔试外,还应增加电脑上机考试。笔试部分应加强概念的理解和实际应用,不要求背条文、记大量的公式,也不要求繁杂的计算。电脑上机考试部分,应让学生用所学的统计知识和原理,选取合适的统计命令进行统计运算,并能对统计结果进行分析和解释。这样就能将学习、考核和应用真正结合起来,既解决了学生死记硬背的问题,又加强了学生灵活应用所学知识的学习兴趣,真正达到了本门课程的培养目标。
四、课程建设
在课程的建设上,应注重两点。一是加强师资建设,以讲授本门课程的教授、博士作为课程负责人,建设教学梯队,以研带教,以较辅研;教师定期学习讨论,编制更符合水产学院研究特色的教学例题、习题。二是将这门课程作为学生一生的课程,即在本科、硕士、博士三个学习阶段都要开设本门课程的后续,形成一个完整的统计学学习链条,使本门课程能真正服务于水产学院的教学、科研。
1计算机技术在生物统计教学中的应用
1.1利用软件完成生物统计教学工作生物统计学传统教学中,每一种统计分析方法的计算过程介绍要占相当大的比重,在多元统计部分这一点尤为突出。在计算机统计分析软件非常普及的今天,我们把教学的重点放在分析方法基本原理以及结果的解释上,将繁杂的计算任务交由到处都能得到的软件Excel来完成。这样做既缓解了由于学时减少给教学带来的压力,又提高了学生使用统计软件解决实际问题的能力。
1.2建成生物统计学教学网络支撑平台。通过网络平台增加生物统计学应用背景知识和范例的介绍,有助于学生进一步了解课程广泛应用背景及重要性,增强学生自主学习生物统计学的积极性,培养他们的探究精神与学习动力,提高正确运用统计工具解决实际问题的能力等。“在线自测”可以帮助学生诊断学习中还存在那些不足;“参考资料”栏目内设有“教学篇”、“人物篇”、“历史篇”、“故事篇”、“软件篇”、“应用篇”等内容,为学生提供了丰富的学习资源;“教学互动”则成为了师生们教与学之间交流互动的空间。通过网络平台的自测系统,学生可以诊断出学习中存在的薄弱环节,进而加强独立学习的能力。多年的教学实践表明:这些措施的实施,对于吸引学生学习课程、深入理解课程基本理论和基本概念,正确使用统计工具解决生物学中的实际问题等方面起到了很好作用[3]。
1.3利用计算机多媒体技术进行教学生物统计知识,有的抽象性强,有的综合复杂,有的时空跨度大,难就难在这些知识信息不能直接被学生感知。而利用多媒体计算机,可以把这些信息通过转换变成一种直观的形式,使事物真实地再现于课堂,让学生耳闻目睹、身临其境。建议生物统计学课程全部在多媒体教室授课,教师可利用多媒体课件结合板书方式灵活授课。课件在教学内容、方法、手段的改革上有很大突破,可将抽象的、难以理解的内容化成直观的、易于理解的内容。在制作课件时,采用启发式教学方式,精炼教学内容,模仿传统教学书写板书的过程,根据教学内容的难易程度,采用逐字、逐句、逐段显示教学内容的动画方式[4]。
1.4利用计算机技术完善实践性教学环境学生人手一册《生物统计学题解及练习》教材,我校图书馆有足够的生物统计学实践课教材;学校建有专门的计算机房,可供本课程实践教学的计算机100多台,均安装了SAS、SPSS、EditPlus、Excel等多种统计软件。同时,提供给学生上述软件的试用版本,让学生在课外自主学习和练习。通过实践课练习,绝大多数同学可以熟练应用SAS统计软件处理和分析试验数据,得出可置信度较高的科学结论,提高本课程的实用效果。此外,还使学生加深了对本课程讲授的统计学原理与方法的理解,使每届学生毕业论文应用统计学的水平逐年提高,在学生参与教师课题研究中,能较熟练地应用统计方法分析试验所获得的数据,得出置信度高的科学结论[5]。
1.5改革现行考核方式在生物统计学的考核方式上,我们可以利用计算机技术,将学生真正从应试教育中摆脱出来。我们可以对生物统计课程实行计算机上考试,例如通过计算机绘制试验设计图;进行试验设计;通过统计假设测验,分析给定试验数据的结果,作出统计推断等。
关键词:数理统计学;发展
1 前言
数理统计学是数学非常重要的分支,探讨如何合理的采集、整理以及分析具有一定随机性的数据,对于所需考察的问题实施推演又或是预估,直到为确定相应的决定与行动提供参考。部分专业人士将其概括成:探讨应用于科学与现实推演的,统计数据的全面性整理、加工与运用的数学方式。确定了数理统计学的分析主体与分析目标。
2 数理统计学的概念
数理统计学是探索合理使用数据采集和处理、多个模型和技术研究以及社会调研等等,对于科学技术的发展以及国民经济的关键问题与繁琐问题,以及政府与社会层面非常多的问题,怎样对数据实施推断,便于对问题实施推演与预估,进而对决定和行动奠定较好的基础。
3 数理统计学的发展
3.1 萌芽期
现代化的统计大致源自于分析总体、变差以及简化数据等。英国政治算术学派的典型人物约翰・格朗特在其编写的书里面经过大量观察的方式,分析同时挖据出了大量人口统计的基本规律。例如:在非瘟疫阶段,某个大规模城市的每个年份的死亡人员均具有一定的统计规律,普通疾病与事故的死亡率相对平稳,但是因传染病而死亡人数数量改变较大。新生婴儿的性别比为1.08,也就是出生13个女孩便会有14个男孩出生。由此可知,格朗特已经可以由大量繁琐的数据里面获得满足现实的相应结论。
3.2 发展期
截至1830年,大部分的经验分布均是与一个非数值又或是一维误差相关的变量。在此以后,凯特勒采取了正态分布与理论二项分布。高尔顿是生物统计学派的创始人,首次把概率统计理论等方式运用到生物科学之中,同时创新出了“生物统计学”。当前,被人们所熟知的“回归”与“相关”,同样也是高尔顿所首次运用的。在1886年的时候,在针对两代豌豆重量间联系进行分析的时候,其挖掘出了y与一正态随机变量X相关的线性回归以及与椭圆相似的等概率线。在此之后,多元正态分布便获得了人们大量的运用。其实首次由数学层面对生物统计进行分析的人便是皮尔森,其先后提出与拓展了标准差、正态概率曲线以及平均变差等大量相关的概念。
3.3 壮大期
在皮尔森的方式无法形成数量更加多的联合分布以后,伯恩斯坦指出一种更加具备生产意义的方式或许形成于随机过程之中。在1930年的时候,费舍曾经对于独立同分布概率变量的最大值的渐近分布实施理论层面的研究,挖据出了在极值分布里面存在着逆威布尔分布,康拜尔分布,遵循相同分布的n个单独持续的概率变量里面最大值x的极限分布;以及发现了属于正态分布的极值统计量向极值分布的收敛速度非常之慢。接着由米思所给出了分布函数归属极值分布吸引范畴的充分条件。
3.4 多元化
在1940年之后,数理统计逐渐向着多元化的方向发展。70年代能够说得上是规范化模型的阶段。其重点便是去除正态性的假设,达到涵盖由二项分布至咖码分布的线性化。该理论和概率随机相互融合,推动了对医学相关数据能够实施深层次考察的生存解析法的出现。80年代的初期高度关注对于渐进理论的探讨,渐进性理论采取高等数学公式推演出了较为繁琐的展开式,计算机的出现对统计学的发展造成了巨大的影响。对数据进行模拟,回归变量的推断等非参数估计的方式随之产生。在90年代之后,非常多的应用问题均有着研究对象相对繁琐和难以准确识别模型架构等,经过运用专业型的软件实施模拟,能够处理非常多非常繁琐的问题。
4 数理统计学的应用
4.1 在数据分析中的应用
对于不一样的科学分析与社会活动层面,人们均会采取不一样的分析数据的方式来达到人们对此领域的研究与掌握。伴随数理统计可以处理现实问题的思想有着更加强的发展态势,数理统计在数据分析所占据的位置日益提升,数理统计在数据分析里面的统计方式相应的被确定。其间,大数定律就是数理统计和数据分析间创建关联的最为主要的纽带,在大数定律里面,大量观察的方式是数据分析最主要的方法,大量观察法是大数定律的重要基石。在对数据进行分析的环节里面,如果不进行大量观察,则数据分析所获得的整体的相对数与平均数等其它基本性的指标便没有了相应的重要意义与价值。由此可知,数理统计对于数据分析而言有着非常重要的意义。
4.2 在社会经济中的应用
数理统计的分析方式是对具有一定随机性的主体实施分析,进而挖据出其基础性的规律,其对于目前迅猛进步的社会经济具有相应的参考作用,尤其是我们国家,在经济全球化的背景之下,更加多的厂家和人民群众对于日常生活里面部分现象的规律性更为关注。伴随数理统计的大量运用,人们逐渐意识到了数理统计所具备的重要性和科学性,调查问卷等方式的统计行为逐渐被接受。然而在商品的出售环节之中,商品在某一城市里面销售状况的数理统计所获得的结果,可以在一定范畴内对将来此商品在此城市的销售数据实施相应的预估,其是数理统计在社会经济中运用的本质所在。数理统计在社会里面应用形式丰富多彩,主要有抽样调研、随机统计以及人口发展动态模拟等,在社会的各个层面均有着或多或少的运用。
4.3 在中药质量鉴定中的应用
中是我们国家的瑰宝,然而它的成分较为繁琐、品质无法调控等其它问题对于中药的发展造成非常大的负面影响。之前所具备的性状鉴定以及显微鉴定已无法达到市场对中药品质的需求,较为单一的指标无法展示出中药繁琐系统的作用特征,所以,数理统计大量的运用在中药的质量鉴定环节中。
5 结语
数理统计学相关理论知识的运用,有了非常大的进展,然而概率论显得更为重要,其不仅是数理统计的重要基石,同时还是统计推理和归纳的重要参考。上述研究成果,使得当前更加完善、更加繁琐的数理统计学的出现,同时快速的运用于各个行业。但是,科学的发展是没有尽头的,现代化的数理统计学,依然有着非常多的问题,需要后期更加好的处理,需要人们更加深入的研究。
参考文献:
[1]徐传胜.数理统计学的发展历程[J].高等数学研究,2007,(10).
[2]孙波.在工程项目管理中应用统计学的初探[J].经济管理,2011,(03).
[3]柏佳丹.21世纪统计学在经济发展中的作用[J].佳木斯大学社会科学学报,2004,(08).
1用启发式教学法培养学生的学习兴趣
《生物统计附试验设计》教材的前4章内容包括绪论、资料的整理、平均数与标准差和变异系数及常用概率分布,这4章内容看似简单,但却是后面各种假设检验方法的铺垫、基础,统计推断的基本思想都来源于概率分布,所以需要在该课程开始的前4章下足功夫,打牢基础。采用启发式教学将统计思想融入学生喜闻乐见的生活实践和专业知识中,引导学生产生学好统计解决实际问题的迫切需求,培养学习生物统计的强烈兴趣,使各种统计方法、大量的公式不再是枯燥的数学计算,而是推断规律、揭示本质的必要手段。例如,资料的整理章节中要将100只种蛋出雏天数资料整理成频数分布表,整理的目的是表达数据,将数据特征用图表的形式简单、清晰地表达出来以代替繁琐的文字描述。首先,要引导学生从种蛋出雏天数、频数分布表中发现种蛋出雏天数的平均值及出雏天数的分散程度(不同天数出雏种蛋的百分比),理解指标的稳定性和变异性。其次,要启发学生思考该指标特征的生产实践价值,即生产中需要集中人力在哪几天,使学生认识到理论知识与生产实际的紧密关系,学习专业知识的价值所在,进而启发学生懂得数据整理不仅在于简化表达,也是挖掘检测数据特征的一种方法,使学生对专业知识的获取方式有所了解,即知其然,更知其所以为然。教育家叶圣陶说过:“教师之为教,不在全盘授予,而在相机诱导”。19世纪德国教育家第斯多惠有句名言:“一个坏的教师奉送真理,一个好的教师则教人发现真理”。两位教育家的教学理念实质就是启发式教学,教师要注意发挥学生的主体作用,启发学生思考,充分调动学生的积极性,使学生积极主动地学习,以提高课堂教学的实效性,培养创造型人才。
2采用探究式教学法培养学生逻辑思维能力
所谓探究式教学就是以探索、研究为主的教学活动,是一种符合教学规律的在教师精心策划指导下学生自主探究知识、提高能力的教学方法,它是一种新颖的教学形式,有别于传统教学方法。探究式教学不是单纯的对学生进行知识传授,而是对学生创造性思维能力的培养,学生由被动学习变为主动学习,激发学生持久的学习兴趣,使教师的主导作用和学生的主体作用贯穿于教学的全过程,符合课程“一切为了学生”的价值取向。苏霍姆林斯基曾说过:“在人的心灵深处,都有一种根深蒂固的需要,这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者”。在教学过程中,应用“探究式”教学,通过创造和谐的教学氛围,可以充分调动学生的积极性,激发学生的求知欲,引导学生主动学习,满足学生成为“发现者、研究者、探索者”的愿望。各种统计分析方法(假设检验)的基本原理是生物统计的难点所在,对假设检验原理的讲解要在已掌握的描述统计,尤其是概率分布的基础上,采用探究式教学,可以收到良好的效果。以课本“判断某品种猪的怀孕期是否有114d”为例,引导学生从逻辑推理上进行思考。首先,分析的实质是判断该样本是否来自μ=114的正态总体;其次,分析采取什么方法判断该样本是否来自这一总体,如果样本和总体完全相同,就没有分析的必要,也就没有统计推断的必要,因为有差别存在,才有统计推断;最后,分析造成差别的原因,即来自同一总体的差别是样本间的,也就是样本标准误(抽样误差),来自不同总体的样本也是有差别的,该差别即μ1-μ2(总体间的差别)及抽样误差。所以分析差别是由抽样误差造成,还是由总体差别造成,即可得出样本是否来自同一个总体,继而考虑从数学上解决该问题,即构造适宜的统计量,并计算得出样本统计量,依据小概率原理推断得出结论。这一原理涉及的知识点较多,包括试验误差、概率分布、小概率原理等,必须是在学生对这些知识点都已理解吃透的基础上,才能把原理搞清楚;所以,采取探究的方式来学习统计原理是必要的,也是可行的。
3采用比较式教学法培养学生分析问题的能力
比较思维是创造性思维活动中常见且行之有效的一种思维方式。比较思维是通过联想分析比较,综合归纳,把已经熟知的知识、思维经验与所研究的分析方法、过程联系起来,找出它们的相似性和不同点,并用类似方法分析、处理问题或是根据2个或2个以上具有相同或相似特征的事物间的对比,从某个事物的某些已知特征去推测另一事物的相应特征的存在,异中求同,同中求异,从而产生新知,得出有创造性的结论,通过比较更好地掌握其特征。统计分析方法是统计推断的核心内容,是学习生物统计的重点所在,数据资料不同,统计分析方法也就不同。在阐述不同统计分析方法时,首先明确资料的类型,由于不同教材资料分类标准不同,类别及其名称也存在差异,将不同分类标准对照比较,引导学生掌握资料的类型。在此基础上,引导学生分析教材中t检验、方差分析、χ2检验各种统计推断方法的分析对象(数据资料的类型),使学生对资料类型这一概念不仅有理论上的认识,更要掌握数据资料在统计推断中的地位,以及各种统计分析方法差异的数据基础。通过课堂讲授和课后作业的“找不同”活动,即将课堂教师讲授的概念或术语与教材名称的差别或教材中在课上没有讲解的内容(如统计量与统计数、双侧检验与两尾检验等)进行比较,分析原因,不仅能督促学生课上积极参与教学,课下认真总结,对一些基本概念、基本术语产生深刻的印象,同时可以激发学生学习的主动性。
、
4采用案例式教学法培养学生解决问题的能力
案例教学是连接统计理论与统计实践的桥梁,是学生在教师指导下运用所学统计理论知识和方法对案例进行思考、研究并对计算结果分析和评价的过程。只有将统计学的原理和方法应用于实践,找到理论与实践的结合点,才能体现出其价值所在,才能使生物统计获得最大的生命力;也只有构建以课堂、实验室和社会实践多元化的立体教育教学体系,才能有效提高学生的动手能力和创新能力。结合不同专业方向精选案例。例如,针对兽药营销专业的学生,举例讲解营销培训的效果验证,通过营销培训与不培训2组销售量的比较判断培训的价值。如果没有统计学知识而去分析这一问题,会因为销售量平均值的大小直接得出培训效果的优劣,但这一结论是没有经过统计分析、没有科学依据、经不起实践检验的。如果有统计学知识作基础,分析销售量的差别是由本质差异引起的、还是随机误差引起的,从而得出概率基础上的统计学结论和专业结论。通过这一案例,不仅使学生了解学习生物统计的目的所在,而且还激发了学生学习生物统计的兴趣,更激发起学生学习的积极性和主动性。
5通过统计分析培养严谨务实的科学研究精神
applied Statistics, and pointed out that Applied Statistics textbook has pay more and more emphasis on training to students statistical applica-
tions ability. Owing to shortcomings of Applied Statistics textbook in composition, the arrangement mode of Applied Statistics textbook in materials, which includes seven elements of unity and follows the law of human cognition - Inductive deductive method, is put forward from the cited cases, problem-solving thinking, problem-solving model, con-
cept, exercise, case studies, statistical software.
【Key words】 applied statistics, materials arrangements, cognitive law
统计学在自然科学与社会科学的研究中,作为通用的数据分析方法,日益受到社会各界的重视。教育部将统计学科上升为与经济学、数学等学科并列的一级学科,成为非统计专业的专业基础课程。作为一门应用性极其广泛的学科,统计学教材是教学过程的载体,是统计思想和方法的集合。只有统计学教材上档次了,统计学教学才能上层次,才能培养出具有统计思维与统计分析能力的高素质应用型人才。
1、应用统计学教材建设情况评述
张晓庆(2009)指出:非统计专业核心课程的《统计学》教材,其建设目标定位应是以统计学学科知识为基础内容,以综合素质培养和实际能力训练为基本目标,努力贯彻先进教育理念,遵循学习认知规律,合理规划教材结构,争取形成内容丰富、功能齐全、形式多样、系统完整、使用方便的综合性《统计学》教材内容体系。《应用统计学》教材作为《统计学》教材的一个分支,更加注重统计学的基本原理在实践中的应用,该种类的教材重点培养学生应用统计分析方法的实践能力,其教材的建设主要体现在以下几个方面。
(1)教材适用的范围、适用层次不断深化、细化
统计学应用于社会经济生活的各个方面,相应的统计学教学不断涌现。如:张爱华的《通信管理中的应用统计学》、谢彦君的《旅游管理应用统计学简明教程》、李林杰的《经济应用统计学》、向蓉美的《网络经济条件下统计学的应用与发展》、刘金兰的《管理统计学》、陈国英的《心理与教育统计学》、谢邦昌的《生物统计学》、杨永年《畜牧统计学》、黄振平的《水文统计学》等,其中经济与管理类应用统计学教学出版的最多。应用统计学适用的层次涵盖了各类职业学校、专科、本科、研究生,如:粟方忠的《统计学原理》、立信会计出版社出版的《统计基础》、于声涛的《统计学原理》等适用于高职高专的教材;张开玉、张耀有、陈星的《现代应用统计学》、吴伯林、曹立人的《现代统计学极其应用》、张梅林的《应用统计学》、龚曙明的《应用统计学》、谢忠秋的《应用统计学》、王淑芬的《应用统计学》等适用于本科的教材,适用于本科教材的最多;吴喜之的《统计学?D?D从数据到结论》、马庆国的《应用统计学》、卫海英的《应用统计学》、赵玮、温小霓的《应用统计教程》、葛新权、王斌的《应用统计学》等适用于研究生的教材。
(2)案例教学成为发展趋势
案例教学在应用统计学教材中越来越受到重视,它把学生引导到实际事件中,通过个人分析和与他人讨论或辩论,针对事件中的问题进行认真、冷静的思考,找出解决问题的基本途径和方法,追求的是一种“生存教育”,而不是传统的“书本教育”。如:张晓庆的《统计学》、赵振伦的《统计学?D?D理论、实务、案例》、谢忠秋的《应用统计学》、向书坚的《统计学》、袁卫的《统计学》、陈菊春的《应用统计学》等以引例的方式提出本章将要研究的内容或以案例分析的方式对本章的内容进行综合的运用,注重学生综合能力的培养,增强分析问题和解决问题的综合能力。、崔文田、徐青川的《应用统计学教学实践案例集》、中国统计出版社出版的《统计学教学案例》、董逢谷、朱荣明的《统计学案例集》等以案例集的形式,培养学生的统计应用能力。
(3)统计软件成为必备工具
应用统计学教材越来越重视统计方法和计算机软件的紧密结合,培养具有统计方法和统计信息现代化处理技术的实用型人才,EXCEL、SPSS等适用于统计教学的统计软件在统计教材内体现出来。EXCEL提供了一个功能强大的数据分析工具,它比专业统计软件易学、易用,大多数计算机里都装有该软件,学习起来非常方便。多数经管类非统计专业的统计学教材将EXCEL在统计中的应用重点编入其中,作为辅助教学工具。
近年来,国内的统计学教材,尤其是应用统计学的教材出现了上述三点变化,同时,教材形式逐渐向美式教材倾向,侧重教材的易学性与应用性。重视学生的统计思维与统计实践能力。
2、统计学教材编写的认知规律
应用统计学教材的侧重点应当是统计理论的实践能力。这需要把握两个方面,一个是统计理论的掌握能力,一个是统计理论的应用能力,这两点都需要在教材的编写中充分的体现出来。笔者认为,能够依据认知规律安排应用统计学各章节内容,有助于培养学生的统计素质与统计能力。
人的认知通常采用两种逻辑思维方法:归纳与演绎。归纳是由个别或特殊的具体知识出发推出一般结论,得到普遍原理的思维方法,是由个别或特殊上升到一般,由感性经验上升到理性思维的重要思维方法。归纳法主要表现为两个方面:一方面,运用这种方法整理科学事实从经验事实中找出普遍特征,总结出定律和公式。另一方面,运用归纳法可以启发思路,提出假说或猜想,促进科学研究的深入发展。
因此,统计教学的编写也应当按照归纳、演绎的认知顺序进行安排。现有的教材,并没有重视人的认知规律来编写教材。主要体现在:每章的第一节就是关于这一章概念的定义、分类、作用等的介绍。案例应当是掌握统计知识的基础上,培养学生的统计应用能力,内容安排顺序应是采用演绎法的认知规律,案例应是先有案例目的后有分析解决,以此加深学生的统计思维能力。
3、应用统计学教材编写的七要素分析
现以统计学中统计指数这一章的内容编写为例,说明统计教材在编写过程中的内容顺序的安排要与人的认知规律相符合。主要体现在以下几方面:
(1)引例。各小节应以引例开始,引例中提出需要解决的现实问题。例如:综合指数这一节,以某商店在报告期与基期销售三种商品价格与销售量:
提出:1)各种商品的销售量变动方向?
2)三种商品的销售量总体变动方向?
这四个问题的解决是为了引出什么是个体指数,什么是综合指数,什么是同度量因素,使同学在对现实问题的解决过程中归纳出相应的概念。
(2)解决思路、解题模型。根据引例中的问题,寻找解题路径:问题1可通过以学过的综合指标中的总量指标和相对指标解决。问题2的解决思路是:由于这三种商品的使用价值不同,计量单位也不同,因此不能直接把销售量简单相加。但我们知道:销售量×销售价格=销售额。如果我们将各种商品的销售量分别乘上它们的销售价格,把各种商品的销售额可以直接相加,得到销售总额。这样就使不能直接相加的销售量变成可以直接相加的销售额,为说明销售量总变动,用销售额进行对比,就必须把价格固定下来,这样得到的报告期销售总额与基期的销售总额的不同就是由于销售量变化引起的。由此得到综合的销售量指数。由此得出销售量变动方向或,在此过程中,锻炼学生的解决问题的能力。
(3)概念。对现实中解决的问题进行归纳总结,由此引出相应的概念。通过上例可归纳出:同度量因素的概念,它是在编制指数时,为解决现象不能直接相加时引入的一个媒介因素,它具有同度量的作用和权数的作用。同理可以归纳出个体指数、总指数、综合指数、质量指标指数、数量指标指数的概念,并进一步推导出指数的作用。通过实例教学,采用归纳认知方法,自然得出相应的概念与作用。
(4)习题。课后习题应采用先计算题后概念理解题的安排顺序。通过前面章节的学习,采用归纳的认知方法,对统计指数的相关概念、解题方法有了一定的理解,课后题应是对这些内容的加深理解。
(5)案例。案例分析题的安排应采用演绎式的安排。统计学的案例是检验学生通过本章知识的学习,解决实际问题的能力,这是由理论到实践的认知规律,即由演绎到归纳的认知规律。因此,统计案例的设计应遵循演绎的方式,首先是本案例的教学目的,然后是教学要求、案例背景资料、提出问题、解题过程、现实含义。
(6)统计软件。统计软件应当在习题的运算与案例分析中应用,不应以单独的形式介绍软件的应用,使同学在解决问题中提高自身的统计工具应用素质。这是直接在实践中增强学生的统计理论认知能力。
通过以上论述,可以得到统计学教材内容的安排与归纳演绎法的认知规律相结合的模型(如:图1)。在这一过程中,遵循了人们的认知规律,使学生通过解决引例中的问题,理解统计理论、统计模型、统计概念的实际含义,通过习题解决强化所学的统计知识,通过案例分析达到统计理论的应用,提高自身的应用统计能力。
4、结语
自从Paelinck提出“空间经济计量学”这个术语,Cliff和Ord(1973,1981)对空间自回回模型的开拓性工作,发展出广泛的模型、参数估计和检验技术,使得经济计量学建模中综合空间因素变得更加有效。
Anselin(1988)对空间经济计量学进行了系统的探究,它以及Cliff和Ord(1973,1981)这三本着作至今仍被广泛引用。Anselin对空间经济计量学的定义是:“在区域科学模型的统计分析中,探究由空间引起的各种特性的一系列方法。”Anselin所提到的区域科学模型,指明确将区域、位置及空间交互影响综合在模型中,并且它们的估计及确定也是基于参照地理的(即:截面的或时-空的)数据,数据可能来自于空间上的点,也可能是来自于某个区域,前者对应于经纬坐标,后者对应于区域之间的相对位置。
国外近几年空间经济计量学得以迅速发展,如Anselin和Florax(1995)指出的,主要得益于以下几点:
(1)人们对于空间及空间交互影响的功能的重新熟悉。对空间的重新关注并不局限于经济学,在其它社会科学中也得以反映。
(2)和地理对应的社会经济大型数据库的逐步实用性。在美国以及欧洲,官方统计部分提供的以区域和地区为统计单元的大型数据库很轻易得到,并且价格低廉。这些数据可以进行空前数目的截面或时空观测分析,这时,空间(或时空)自相关可能成为标准而非一种非凡情况。
(3)地理信息系统(GIS)和空间数据分析软件,以高效和低本钱的计算技术处理空间观测的发展。GIS的使用,答应地理数据的有效存储、快速恢复及交互可视化,为空间分析技术的艺术化提供了巨大的机会。至少目前线性模型中,缺少针对空间数据和空间经济计量学的软件的情况已经大为改观。目前已有一些专门的空间统计分析软件,并且SAS、S-PLUS等着名统计软件中,都已经包括用于空间统计分析的模块。
(二)空间经济计量学和相关学科的关系
空间统计学是探究空间新题目的另一门学科,它是应用数学的一个快速发展的分支。它起源于20世纪50年代早期,用以帮助采矿业进行矿躲量的计算。最早的工作是采矿工程师D.G.Krige和统计学家H.S.Sichel在南非进行的。70年代随着计算机的普及以及运算速度的大幅进步,空间统计分析技术逐渐扩展到地球科学的其它领域。目前已经普遍存在于需要处理时间上或空间上相关的数据的科技领域中。
空间经济计量学和空间统计学的区分不太轻易。Haining和Anselin的观点以为空间统计学的探究大多由数据驱动,而空间经济计量学由模型驱动,即从特定的理论或模型出发,重点放在新题目的估计、解释和检验上。空间统计学的主流是探究生态学和地质学中的物质现象,空间经济计量学主要探究和区域及城市经济有关的模型。有一种观点以为二者的区分应基于作者将其工作对应于空间经济计量学还是空间统计学,这种区分办法可能较为简单。
地质统计学(Geostatistics)发展于20世纪60年代,主要用于探究地质学现象的空间结构和进行空间估值。例如,在探矿过程中,通常是在空间上布点进行钻探,然后对采样得到的样品进行分析,估计矿躲的分布和储量。由于矿躲不开采的话,在时间上结构几乎是不变的,因此地质统计学探究的新题目主要是空间相关。空间经济计量学所探究的新题目不仅存在空间相关,往往所探究的新题目在时间上也存在相关。
在区域经济学的理论中,人们建立了各种理论以及关系式来描述人类在空间上的行为,如探究城镇新题目的“引力模型”等。但在利用模型进行定量探究新题目的时候,需要将理论或关系式用数学模型来进行刻划,利用统计方法对模型进行估计、检验,并进行评价,这些正好是属于经济计量学探究的范畴。应该说,空间经济计量学主要探究区域经济新题目,依据的是区域经济学理论,但它还需要综合数学,以及空间统计学等学科,因此它不等同于区域经济学,而是一门交叉学科。
二、探究的新题目
空间经济计量学主要探究存在空间效应的新题目。空间效应主要包括空间相关和空间差异性。在探究中涉及空间相邻、空间相邻矩阵等概念。
(一)空间相关
空间相关指在样本观测中,位于位置i的观测和其它j≠i的观测有关,即
附图
存在空间相关的原因有两方面:相邻空间单元存在丈量误差,空间交互影响的存在。丈量误差是由于调查过程中,数据的采集和空间中的单位有关,如数据是按省、市、县等统计的,但设定的空间单位和探究新题目不一致,存在丈量误差。
空间相关不仅意味着空间上的观测缺乏独立性,并且意味着潜伏于这种空间相关中的空间结构,也就是说空间相关的强度及模式由尽对位置和相对位置(布局,间隔)决定。
对于空间相关,空间自回回通常是其核心内容,空间自回回模型的一般形式为:
附图
在这个模型中,β解释变量X(n×k矩阵)的参数向量(k×1),ρ是空间滞后相关变量的参数,λ是残差空间自回回(空间AR)结构中的参数。
W[,1]和W[,2]为n×n矩阵,是标准化或未标准化的空间加权矩阵,分别对应于因变量以及扰动项中的空间自回回过程,这两个矩阵可以不同,这意味着两个过程由不同的空间结构天生。
这个模型可以退化成为普通的线性回回模型、(纯)空间自回回模型、混合回回和空间自回回模型、残差空间自回回模型等形式。
对这个模型,普通最小二乘估计不仅是有偏的,而且是不一致的,参数的估计通常采用极大似然估计,近几年,有学者尝试采用贝叶斯估计对参数进行估计。
(,转自[星]二)空间差异性
空间差异性指空间上的区域缺乏均一性,如存在中心区和郊区、先进和后进地区等。例如,我国沿海地区和中西部地区经济存在较大差别。
对于空间差异性,只要将空间单元的特性考虑进往,大多可以用经典经济计量学方法解决。但当空间差异性和空间相关共同存在时,经典经济计量学方法不再适用,而且这时新题目可能变得非常复杂,由于这时要区分空间差异性和空间相关可能非常困难。
探究空间差异性的模型主要有:
E.Casetti提出的空间扩展模型(1972)和回回参数漂移分析方法(简称DARP)模型(1982)。这时,空间差异性表现为模型参数随空间位置变化,并以空间单元的位置信息作为辅助变量(称为扩展参数)。
y=Xβ ε
附图
模型(3)为以经纬坐标(Z[,x],Z[,y])作为扩展参数的空间扩展模型。同样可以以到中心区域的间隔作为扩展参数设计模型。
将模型(3)的第二个式子右边加进随机扰动项,则为DARP模型。E.Casetti(1992)进一步提出了贝叶斯空间扩展模型。
D.P.McMillen和J.F.McDonald(1997),C.Brunsdon
,A.S.Fotheringham;MartinCharlton(1996),提出地理加权回回模型(简称GWR模型)。
附图
(三)时空数据空间模型
在模型中考虑时间维增加了描述的复杂性,但综合时间空间的模型在实际工作中非常有用。在经典的经济计量学模型中,这是综合截面和时间序列数据的情形。假如数据不存在空间相关,则可以采用PanelData模型。Anselin(1988)将似不相关(SUR)模型扩展到空间的情形,提出空间SUR模型。
三、应用远景及需要进一步探究的新题目
(一)在中国的应用远景
在我国,地质统计学是较早应用空间统计学的领域,在20世纪80年代中国科学院就有人探究并应用Krige模型。空间统计学除了在地质学的探究中发挥功能,近十年来,周国法、徐汝梅等学者探究生态学中的空间相互功能,并于1998年出版了《生物地理统计学》。20世纪80年代以来,我国利用卫星远感技术,对土地、森林、农业、矿产、能源、作物估产、灾患检测等进行应用,开始了我国空间统计学在经济领域应用中统计调查的工作,为了将空间远感调查技术逐步纳进到我国统计的常规性工作中,1998年10月,国家统计局成立了空间统计探究室,并和中国科学院地理所合作,组成了“空间信息多重采样设计的空间统计学应用探究”课题组,运用远感技术和空间分析对我国农业耕地、森林、草地等资源以及城镇动态变化进行调查,该项目获得国家统计局2000年课题探究一等奖。
在我国地质统计学、生物地理统计学及利用远感技术进行的各种调查,都属于空间统计学的范畴。地质统计学、生物地理统计学主要探究空间相关及空间估值,在生物地理统计学的探究中还包括物种的空间扩散过程。所用的方法主要是各种Krige模型、方差图模型,以及空间自回回模型。空间动态采样的探究,和地质矿产调查类似,主要涉及样本在空间上的布局、有效样本量的确定、采样误差的计算等新题目的探究,根据其探究的新题目和方法,也可以将其回进统计学的抽样调查分支之中。
随着我国按地区进行统计的统计基础资料不断积累,尤其是远感技术应用到统计调查中来,都将使得按时间和空间排列的数据资料极为丰富,对数据进行空间甚至时空分析成为可能,人们将逐渐从时间的角度转向普遍从时空的角度来考虑新题目。
从经济分析的角度看,空间经济计量学在我国以下几个方面将有很大的应用远景。
由于区域之间存在相关性,或者存在差异性,因此一项政策对每个区域的影响是不同的,通过运用空间经济计量学方法对各区域进行探究之后,找到政策在各区域上功能的关系,对于政府决策、正确制订政策具有很大的参考价值。
由于区域之间存在先进地区和后进地区,通过空间经济计量学方法可以对先进地区和后进地区之间的相互关系进行探究。
按区域编制投进产出表时,空间的概念将发挥功能。
对房地产的价值进行评估时,在考虑外界影响因素的基础上,充分考虑地区,转自[星]之间的相互关系,将对正确评估房地产的价值有很大帮助。
对环境污染进行探究时,运用空间经济计量学方法对污染的传播方式进行探究,有助于人们对环境污染进行控制。
在交通领域的探究,可以利用空间经济计量学方法对职员、货物在空间上的活动方式进行探究,同时对通道上的不同区段进行探究。
在对某种疾病(如流感)在空间上的传播过程进行探究之后,对于疾病的预防控制将有很大的帮助。
建立了空间的概念之后,人们对于在空间上的抽样将综合考虑空间单元之间的相关性。而空间抽样在空间上的布点方式也可以用作贸易网点的布局探究。
总之,只要新题目涉及到空间的概念,空间经济计量学就将发挥其功能。对空间经济计量学的深进探究及应用,将促使人们面对新题目的时候,从空间或时空的角度思考新题目。
(二)需要进一步探究的新题目
目前的探究中,系统内的空间单元受到系统内其它位置单元的影响,但边界处的单元还受到系统外和之相邻的单元的影响,如何将这个影响考虑在模型中值得探究。
在具体新题目中,间隔的概念需要加以认真对待,单用地理上的间隔有时并分歧适,例如国和国之间的经济联系在今天并不是间隔远近决定的,电子化交易使得资金的活动非常迅速方便,因此,在探究这类新题目时,如何将贸易、职员、资金的活动充分考虑到空间加权矩阵中往,尚值得探究。
贝叶斯方法在统计学各个分支的应用越来越广,空间贝叶斯模型也是目前空间经济计量学探究的热门之一。
可变单元的新题目。当数据汇总的级别变化,可能整个模型的描述都发生变化,对于不同的新题目,可能影响模型变化的汇总的级别也不同,能否有一个同一的模式对系统进行描述尚待进一步探究。
时空数据的综合分析,参数估计的渐近性质,模型的各种检验方法等,还有待进一步的探究。
经济新题目中,很多需要探究的对象是***的,即探究对象是一个向量,如何在空间新题目中建立一系列空间VAR模型,尚需探究。
【关键词】统计学;统计思想;认识
统计学是一门实质性的社会科学,既研究社会生活的客观规律,也研究统计方法。统计学继承和发展基础统计的理论成果,坚持统计学的社会科学性质,使统计理论研究更接近统计工作实际。随着社会的不断发展,统计学的应用越来越广泛,并不断发展。
一、 统计学中的几种统计思想
(一)统计思想的形成
统计思想不是天然形成的,需要经历统计观念、统计意识、统计理念等阶段。统计思想是根据人类社会需求的变化而开展各种统计实践、统计理论研究与概括,才能逐步形成系统的统计思想。
(二)比较常用的几种统计思想
所谓统计思想,就是统计实际工作、统计学理论及应用研究中必须遵循的基本理念和指导思想。统计思想主要包括:均值思想、变异思想、估计思想、相关思想、拟合思想、检验思想。现分述如下:
1.均值思想
均值是对所要研究对象的简明而重要的代表。均值概念几乎涉及所有统计学理论,是统计学的基本思想。均值思想也要求从总体上看问题,但要求观察其一般发展趋势,避免个别偶然现象的干扰,故也体现了总体观。
2.变异思想
统计研究同类现象的总体特征,它的前提则是总体各单位的特征存在着差异。统计方法就是要认识事物数量方面的差异。统计学反映变异情况较基本的概念是方差,是表示“变异”的“一般水平”的概念。平均与变异都是对同类事物特征的抽象和宏观度量。
3.估计思想
估计以样本推测总体,是对同类事物的由此及彼式的认识方法。使用估计方法有一个预设:样本与总体具有相同的性质。样本才能代表总体。但样本的代表性受偶然因素影响,在估计理论对置信程度的测量就是保持逻辑严谨的必要步骤。
4.相关思想
事物是普遍联系的,在变化中,经常出现一些事物相随共变或相随共现的情况,总体又是由许多个别事务所组成,这些个别事物是相互关联的,而我们所研究的事物总体又是在同质性的基础上形成。因而,总体中的个体之间、这一总体与另一总体之间总是相互关联的。
5.拟合思想
拟合是对不同类型事物之间关系之表象的抽象。任何一个单一的关系必须依赖其他关系而存在,所有实际事物的关系都表现得非常复杂,这种方法就是对规律或趋势的拟合。拟合的成果是模型,反映一般趋势。趋势表达的是“事物和关系的变化过程在数量上所体现的模式和基于此而预示的可能性”。
6.检验思想
统计方法总是归纳性的,其结论永远带有一定的或然性,基于局部特征和规律所推广出来的判断不可能完全可信,检验过程就是利用样本的实际资料来检验事先对总体某些数量特征的假设是否可信。
(三)统计思想的特点
作为一门应用统计学,它从数理统计学派汲取新的营养,并且越来越广泛的应用数学方法,联系也越来越密切,但在统计思想的体现上与通用学派相比,还有着自己的特别之处。其基本特点能从以下四个方面体现出:(1)统计思想强调方法性与应用性的统一;(2)统计思想强调科学性与艺术性的统一;(3)统计思想强调客观性与主观性的统一;(4)统计思想强调定性分析与定量分析的统一。
二、对统计思想的一些思考
(一)要更正当前存在的一些不正确的思想认识
英国著名生物学家、统计学家高尔顿曾经说过:“统计学具有处理复杂问题的非凡能力,当科学的探索者在前进的过程中荆棘载途时,唯有统计学可以帮助他们打开一条通道”。但事实并非这么简单,因为我们所面临的现实问题可能要比想象的复杂得多。此外,有些人认为方法越复杂越科学,在实际的分析研究中,喜欢简单问题复杂化,似乎这样才能显示其科学含量。其实,真正的科学是使复杂的问题简单化而不是追求复杂化。与此相关联的是,有些人认为只有推断统计才是科学,描述统计不是科学,并延伸扩大到只有数理统计是科学、社会经济统计不是科学这样的认识。这种认识是极其错误的,至少是对社会经济统计的无知。比利时数学家凯特勒不仅研究概率论,并且注重于把统计学应用于人类事物,试图把统计学创建成改良社会的一种工具。经济学和人口统计学中的某些近代概念,如GNP、人口增长率等等,均是凯特勒及其弟子们的遗产。
(二)要不断拓展统计思维方式
统计学是以归纳推理或归纳思维为主要的逻辑方式的。众所周知,逻辑推理方式主要有两种:归纳推理和演绎推理。归纳推理是基于观测到的数据信息(尤其是不完全甚至劣质的信息)去产生新的知识或去验证一个假设,即以所掌握的数据信息为依据,归纳得出具有一般特征的结论。归纳推理是要在数据信息的基础上透过偶然性去发现必然性。演绎推理是对统计认识能力的深化,尤其是在根据必然性去研究和认识偶然性方面,具有很大的作用。
(三)深化对数据分析的认识
任何统计研究都离不开数据分析。因为这是得到统计研究结论的必要环节。虽然统计分析的形式随时代的推移而变化着,但是“从数据中提取一切信息”或者“归纳和揭示”作为统计分析的目的却一直没有改变。对统计数据分析的原因有以下三个方面:一是基于同样的数据会得出不同、甚至相反的分析结论;二是我们所面对的分析数据有时是缺损的或存在不真实性;三是我们所面对的分析数据有时则又是海量的,让人无从下手。虽然统计数据分析已经经历了描述性数据分析(DDA)、推断性数据分析(IDA)和探索性数据分析(EDA)等阶段,分析的方法技术已经有了质的飞跃,但与人类不断提高的要求相比,存在的问题似乎也越来越多。所以,我们必须深化对数据分析的认识,围绕“准确解答特定问题并且从数据中获取一切有效信息”这一目的,不断拓展研究思路,继续开展数据分析方法技术的研究。
参考文献:
[1] 陈福贵.统计思想雏议[J].北京统计,2004.(05) .
[2] 庞有贵.统计工作及统计思想[J].科技情报开发与经济,2004.(03) .
[3] 范文正.几种基本统计思想的现实意义[J].统计与决策,2007.(08) .
[4] 邢莉.《九章算术》中的统计学思想探究[J].统计研究,2008.(03).
[2] 王大治.统计工作的科学性[J].科技情报开发与经济,2008.(04) .