生物統(tǒng)計教學中R語言的運用范文

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鑒于現(xiàn)在大學生計算機操作能力普遍較好且有興趣的特點，在生物統(tǒng)計學課程教學中引入計算機教學為該課程改革提供了契機。運用計算機教學需要選擇一個合適的統(tǒng)計分析軟件，與常用的Excel和SAS軟件相比，R語言既是一款更適合在生命科學相關(guān)專業(yè)本科生教學中進行使用的統(tǒng)計分析軟件。

一、R語言的特點及應用現(xiàn)狀

R語言早期由新西蘭奧克蘭大學的RossIhaka和RobertGentleman開發(fā)，現(xiàn)在則由“R開發(fā)核心團隊”負責開發(fā)。R語言免費的軟件，可從R網(wǎng)站（http：//www.r-pro-）及其分布于世界各地的鏡像網(wǎng)站上自由下載，具有豐富的統(tǒng)計函數(shù)及強大的畫圖功能，而且用戶還可以通過安裝新的套件(Packages)進一步增強其功能。R語言的代碼是公開的，用戶既可以查看函數(shù)的源代碼學習統(tǒng)計編程，也可以通過修改源代碼實現(xiàn)新的功能。鑒于其強大的統(tǒng)計計算與圖形展示功能，且完全免費和源代碼開放的特點，其近年來發(fā)展迅速。目前，國外眾多大學統(tǒng)計相關(guān)課程及筆者較為了解的動物科學專業(yè)相關(guān)課程都將R作為教學工具軟件。然而，目前國內(nèi)高校統(tǒng)計相關(guān)課程教學中統(tǒng)計軟件的使用雖種類繁多，有SPSS，SAS，Matlab，Minitab，Stata，Origin，MSxcel等，據(jù)筆者了解將R軟件運用于大學統(tǒng)計教學的案例還非常少。因此，如何將R軟件應用于大學生物統(tǒng)計學教學還需更多的研究和探討。

二、R語言的基本功能

R語言在統(tǒng)計描述、統(tǒng)計作圖、統(tǒng)計分布及統(tǒng)計檢驗等方面豐富的函數(shù)為生物統(tǒng)計教學提供了便利的資源。這些函數(shù)可分類總結(jié)如下：統(tǒng)計描述：常用的統(tǒng)計描述函數(shù)有算術(shù)平均數(shù)mean，標準差sd，方差var，極差range，中位數(shù)median，和sum，最大值max，最小值min。同時，還可以用summary對不同類型數(shù)據(jù)進行簡單統(tǒng)計描述，用table對多變量分類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，用frequency對頻數(shù)資料進行整理。統(tǒng)計作圖：簡單統(tǒng)計作圖函數(shù)包括柱狀圖barplot、餅圖pie、直方圖hist、莖葉圖stem、箱線圖boxplot、散點圖plot等圖示方法；除此之外，還可以使用lattice程序包制作更為復雜的多變量、多數(shù)據(jù)集的組合圖形，及3D圖形。統(tǒng)計分布：在統(tǒng)計教學中統(tǒng)計分布是重要的一部分函數(shù)，R中常用的統(tǒng)計分布有正態(tài)分布normal，二項式分布binom，卡方分布chisq，指數(shù)分布exp，F(xiàn)分布f，泊松分布pois，t分布t，及均勻分布u-nif。將這些統(tǒng)計分布名稱前面分別加上字母d、q和p即可獲得這些統(tǒng)計分布的分布密度density，分位數(shù)quantile，概率函數(shù)probability。如dnorm（），即為正態(tài)分布密度函數(shù)。統(tǒng)計檢驗：R中常見的統(tǒng)計檢驗函數(shù)有t檢驗t.test，方差分析aov，卡方檢驗chisq.test，及相關(guān)檢驗cor.test。需要注意的是，在調(diào)用相關(guān)函數(shù)時，需提供正確的數(shù)據(jù)變量及參數(shù)選項。

三、生物統(tǒng)計教學實例分析

生物統(tǒng)計學的教學內(nèi)容包括很多理論內(nèi)容，例如各種統(tǒng)計分布、種統(tǒng)計檢驗的原理等。這些內(nèi)容往往比較抽象，以口頭講解的方式通常難以在有限的時間內(nèi)高效地傳遞這些信息，學生接受程度較低，教學效果不理想。生物統(tǒng)計學課程中講解標準誤時涉及到的“樣本平均數(shù)的抽樣分布”即是一個較為抽象的概念。此時可以使用R語言的數(shù)據(jù)模擬及圖形演示功能演示樣本平均數(shù)的生成過程及其分布。具體實現(xiàn)過程如下：（1）設定包括群體大小、樣本大小、抽樣次數(shù)、總體均數(shù)、總體方差等群體參數(shù)，使用rnorm（）函數(shù)模擬生成服從正態(tài)分布的群體數(shù)據(jù)。（2）使用hist（）函數(shù)作總體頻數(shù)分布圖。（3）用sample（）函數(shù)對總體進行抽樣，計算并記錄樣本均數(shù)，使用plo（t）函數(shù)和poin（t）函數(shù)演示抽樣過程及樣本平均數(shù)。（4）使用his（t）函數(shù)制作樣本平均數(shù)的抽樣分布頻數(shù)圖，使用sd（），mean（）等函數(shù)統(tǒng)計輸出樣本平均數(shù)的抽樣分布。通過此演示，可讓學生自行調(diào)節(jié)總體參數(shù)，樣本大小等參數(shù)，從而讓學生更加直接地理解參數(shù)之間的關(guān)系，進而快速掌握樣本平均數(shù)抽樣分布的概念。在此過程中，學生學習積極性得到了充分調(diào)動，課堂實際練習過程受到學生的好評，教學效果得到充分提升。

將R語言應用到生物統(tǒng)計學教學過程中，可以把抽象的統(tǒng)計學理論和統(tǒng)計學實踐聯(lián)系在一起，增加學生生物統(tǒng)計學學習的趣味性。在教學中也應注意引導學生認識到R語言是工具，生物統(tǒng)計學理論是應用的基礎，只有培養(yǎng)學生具備良好的統(tǒng)計基礎才能用好此工具。針對具體的教學對象，需根據(jù)需求調(diào)整具體的教學實施過程，完善利用R軟件的教學方式，把學生培養(yǎng)成為統(tǒng)計理論與實踐能力兼?zhèn)涞膹秃闲腿瞬?。（本文作者：張哲、張豪單位：華南農(nóng)業(yè)大學動物科學學院）