運(yùn)用教學(xué)動畫優(yōu)化醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)教學(xué)*

吳 騁 羅 虹 馬修強(qiáng) 陸 健 賀 佳△

醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)是醫(yī)科院校的公共必修課程，其教學(xué)效果的好壞直接影響到醫(yī)學(xué)生統(tǒng)計思維的養(yǎng)成和今后從事醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的能力〔1〕。目前，很多教師都積極地嘗試醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)的教學(xué)改革，將多媒體技術(shù)、統(tǒng)計軟件等引入課程教學(xué)，取得了一定的效果。多媒體技術(shù)在高校的醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)教學(xué)中效果明顯，特別是對學(xué)生分析問題、解決問題的思維拓展及綜合能力的培養(yǎng)有很好的促進(jìn)作用〔2〕。但國內(nèi)的大部分教學(xué)改革研究仍然局限于多媒體幻燈，對于醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)教學(xué)動畫的研究與應(yīng)用較少〔3－7〕。國外已經(jīng)開發(fā)了一些醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)教學(xué)動畫，但是存在著語言差異、知識點涵蓋不全、內(nèi)容分散等問題，難以滿足國內(nèi)教學(xué)的需要。針對上述問題，筆者運(yùn)用Flash Action Script 3.0設(shè)計和開發(fā)了醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)主要知識點的教學(xué)動畫并將其用于醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)授課。本文結(jié)合授課中的難點與重點，對教學(xué)動畫的設(shè)計理念與優(yōu)化教學(xué)中所起的作用進(jìn)行介紹。

運(yùn)用教學(xué)動畫直觀呈現(xiàn)抽象的理論，增強(qiáng)學(xué)生對難點知識的理解

醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)以概率論為理論基礎(chǔ)，一些知識點需結(jié)合概率分布的理論進(jìn)行講解，特別是從基本的統(tǒng)計描述到參數(shù)估計，第一次引入概率分布的概念，學(xué)生常常覺得理解起來很困難。而概率分布又是統(tǒng)計推斷的理論基礎(chǔ)，其掌握的好壞直接關(guān)系到后續(xù)知識的理解。針對這一難點，筆者將原始資料的收集、頻率分布、概率分布、概率分布的特征、界值等知識點制作于一個教學(xué)動畫中，幫助學(xué)生直觀地將知識相結(jié)合，實現(xiàn)從樣本層面上的頻率分布到總體層面上的概率分布之間的轉(zhuǎn)變。筆者目前已設(shè)計開發(fā)的能貫穿多個知識點的教學(xué)動畫包括:主要的分布類型(如正態(tài)分布、t分布)、均數(shù)的抽樣實驗等。

以正態(tài)分布為例，共設(shè)計了4個頁面的動畫。其中，第一頁首先以例子引入，顯示一組大樣本計量資料(該資料服從正態(tài)分布)。第二頁顯示該資料對應(yīng)的頻率密度直方圖，并在該頁中設(shè)置了按鈕“增加樣本量，并減小組距”，使用者連續(xù)點擊該按鈕后，頻率密度直方圖中的直方會不斷變細(xì)，最終細(xì)到一條直線，而其頂端則連接成了一條光滑的曲線。通過點擊畫面下方的三個按鈕，可以分別顯示出概率密度曲線、均數(shù)，給出“正態(tài)分布(normal distribution)”的名稱，如圖1(a)所示。由此，將頻率分布直觀地過渡到了概率分布。在反應(yīng)正態(tài)分布的曲線變動與參數(shù)之間的關(guān)系時，在引入正態(tài)分布后，該動畫中的第三頁筆者就設(shè)計了正態(tài)分布的兩個參數(shù)與曲線形狀的關(guān)系動畫。設(shè)置了參數(shù)μ、σ的某個變動范圍，以滑竿表示，使用者可以拖動游標(biāo)，使均數(shù)μ在(－∞，+∞)范圍內(nèi)取值，而曲線的位置也隨之在0的左右變動;同樣，對于標(biāo)準(zhǔn)差σ，可以在［0，+∞)范圍內(nèi)取值，其值改變時，畫面中的曲線形狀會隨之變化。如圖1(b)所示。借助該頁動畫，生動、直觀地展現(xiàn)了位置參數(shù)μ、形狀參數(shù)σ與正態(tài)曲線之間的關(guān)系。第四頁則結(jié)合授課內(nèi)容，通過按鈕點擊的方式分別顯示了標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布中的兩個重要界值及曲線下的面積。如圖1(c)所示。借助4頁動畫的展現(xiàn)將原始資料與正態(tài)分布，正態(tài)分布的特點與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的主要界值等知識點緊密聯(lián)系在一起，既可以幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的過渡與聯(lián)系，又可以增強(qiáng)其對難點知識的理解。

利用教學(xué)動畫啟發(fā)思考，加強(qiáng)學(xué)生對知識點的識記

統(tǒng)計學(xué)是處理數(shù)據(jù)的科學(xué)與藝術(shù)，其知識的良好掌握離不開運(yùn)算和對基本原理的理解，而通過動畫可以將枯燥的數(shù)字直觀化，將抽象的原理形象化，增強(qiáng)學(xué)生對統(tǒng)計知識的理解。例如，在講解均數(shù)與中位數(shù)時，雖然可以通過給出一組偏態(tài)分布的資料，分別計算兩者的值，反映均數(shù)與中位數(shù)受每個觀測值取值大小的影響程度，以此對比兩者的特點，但總是不夠形象。針對該知識點，筆者設(shè)計了這樣的教學(xué)動畫:以數(shù)軸上的散點表示原始觀測值，并且設(shè)置一個可變動的最大值，允許用鼠標(biāo)拖動改變。當(dāng)使用者向右側(cè)拖動鼠標(biāo)，即改變了原始觀測值的最大值，均數(shù)會隨之越變越大，而中位數(shù)的位置則保持不變。通過這一動畫，直觀地反映了均數(shù)受原始觀測值影響大，而中位數(shù)反映的是觀測值的中間位置，當(dāng)數(shù)據(jù)呈偏態(tài)分布或有極端值時，中位數(shù)能較好地代表數(shù)據(jù)的集中趨勢。該動畫使學(xué)生對這兩個平均數(shù)指標(biāo)的特點與適用范圍一目了然。

圖1 正態(tài)分布的動畫

另外，在相關(guān)系數(shù)的介紹中，筆者借鑒了一些優(yōu)秀的國外教學(xué)動畫〔8〕，制作了相關(guān)系數(shù)的動畫，動畫中的樣本例數(shù)可以在〔0，500〕范圍內(nèi)調(diào)整，相關(guān)系數(shù)r可在〔－1，1〕之間調(diào)整。隨著相關(guān)系數(shù)r取值的改變，動畫左側(cè)的散點分布會隨之變動，見圖2。教學(xué)過程中，該動畫的演示將相關(guān)系數(shù)r的大小、符號與兩變量之間相關(guān)性強(qiáng)弱、方向之間的關(guān)系直觀、形象地展現(xiàn)給學(xué)生，增強(qiáng)了學(xué)生對相關(guān)系數(shù)的理解與記憶。

圖2 相關(guān)系數(shù)的動畫

對于統(tǒng)計學(xué)方法與基本原理的介紹，筆者多采用單一知識點的動畫形式進(jìn)行展現(xiàn)，幫助學(xué)生加深對方法的理解與記憶，目前已開發(fā)的該類教學(xué)動畫包括:均數(shù)與中位數(shù)、常用變異指標(biāo)、方差分析、相關(guān)分析、決定系數(shù)、真假相關(guān)等。

借助教學(xué)動畫完成練習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

知識的掌握與技能的形成，必須通過一定的練習(xí)來實現(xiàn)。特別是對于醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)這樣一門方法繁多的課程，課后練習(xí)與作業(yè)往往是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的必要環(huán)節(jié)。在教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于統(tǒng)計知識的動畫演示具有極強(qiáng)的興趣，非常希望能將教學(xué)動畫拷貝回去自己進(jìn)行學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。如果在統(tǒng)計方法介紹的動畫中靈活設(shè)置，能讓學(xué)生利用動畫完成課后的練習(xí)與作業(yè)將進(jìn)一步提高其學(xué)習(xí)興趣，加深對知識的理解。因此，在一些教學(xué)動畫中，筆者特別設(shè)置了開放的數(shù)據(jù)錄入窗口，可以讓學(xué)生借助動畫完成作業(yè)。例如，回歸分析的教學(xué)動畫中，學(xué)生點擊“清除數(shù)據(jù)”按鈕，可使動畫變成空白狀態(tài)，再點擊“輸入數(shù)據(jù)”按鈕，即可彈出數(shù)據(jù)錄入框，如圖3(a)所示;在錄入框中輸入欲進(jìn)行回歸分析的每一組觀測值，其中自變量X在前，因變量Y在后，兩者以“，”分割。錄入數(shù)據(jù)后，“輸入數(shù)據(jù)”按鈕會變成“確認(rèn)輸入”按鈕，點擊后數(shù)據(jù)即被存儲，如圖3(b)所示;進(jìn)行后臺運(yùn)算，動畫中將同時輸出所擬合的回歸直線與回歸方程，如圖3(c)所示。借助這樣的教學(xué)動畫，減少了數(shù)學(xué)運(yùn)算與繪圖，使學(xué)生能更多地進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計方法的練習(xí)，有效地提高其學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率。目前已開發(fā)應(yīng)用的具有數(shù)據(jù)錄入功能的教學(xué)動畫包括:方差分析、回歸分析、真假相關(guān)等。

信息技術(shù)為教育研究帶來了新的契機(jī)，如何借助現(xiàn)代化的手段深化醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)教學(xué)改革，設(shè)計、開發(fā)與管理更有效的數(shù)字化教學(xué)資源已成為研究熱點〔9〕。通過在護(hù)理、臨床、公共事業(yè)管理等專業(yè)本科教學(xué)班次中的應(yīng)用動畫教學(xué)發(fā)現(xiàn):在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)課堂教學(xué)中合理地運(yùn)用教學(xué)動畫，不但能充分啟發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動其積極性，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)其運(yùn)用統(tǒng)計知識的綜合能力，獲得了學(xué)生的普遍好評。

圖3 回歸分析的動畫

另外，筆者還構(gòu)建了醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)多媒體教學(xué)素材管理信息系統(tǒng)〔10〕，實現(xiàn)了對教學(xué)動畫等多媒體素材的系統(tǒng)管理，便于教師對教學(xué)動畫的使用與交流。對于醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)課程而言，以動畫的方式展現(xiàn)知識點、闡述難點，使抽象的知識形象化、生動化，幫助學(xué)生完成練習(xí)與作業(yè)，對于提高課程的教學(xué)質(zhì)量與效率，培養(yǎng)學(xué)生的統(tǒng)計思維都具有積極地促進(jìn)作用。

1．馬修強(qiáng)，孟虹，陸健，等．某高校博士研究生對《醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)》的認(rèn)知及需求現(xiàn)狀分析．中國衛(wèi)生統(tǒng)計，2009，26(5):531-532．

2．王俊明，史寶林，徐崢嶸，等．醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)多媒體課件的教學(xué)效果．醫(yī)學(xué)研究與教育，2011，28(1):96-98．

3．史寶林，王俊明，楊輝，等．醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)多媒體教學(xué)課件的制作．河北北方學(xué)院學(xué)報(醫(yī)學(xué)版)，2010(6)．

4．彭欣，白淑敏．醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)多媒體教學(xué)的實踐與思考．醫(yī)學(xué)理論與實踐，2006，19(1):116-117．

5．馬修強(qiáng)，陸健，吳騁，等．醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)教學(xué)改革探索．西北醫(yī)學(xué)教育，2008，16(2):292-294．

6．烏建平，姚艷，陳福英．醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)雙語多媒體教學(xué)的探討．衛(wèi)生職業(yè)教育，2007，25(24):87-88．

7．管紅云，劉治民，陳青山．多媒體與SPSS在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用．山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版)，2005，7(2):143-145．

8．Hoffmann T，Russell M．Flash of Correlation Coefficient．Technology and Assessment Study Collaborative，Boston College，2003．

9．吳騁，王志勇，金志超，等．《〈醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)〉多媒體教學(xué)資源管理信息系統(tǒng)》的開發(fā)與應(yīng)用．中國衛(wèi)生統(tǒng)計，2011，28(2):215-216．

10．王勁松．醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)多媒體教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)．?dāng)?shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志，2000，13(3):283-284．