生物统计学入门介绍

《生物统计学》入门介绍

邱念伟1 周峰1,2

（1曲阜师范大学生命科学学院，山东曲阜，273165; 2南京晓庄学院生物化工与环境工程学院，江苏南京，211171）

摘 要 本文以通俗、简单、易懂的实例，从心中有数、实事求是、运筹帷幄、科学素养四个角度介绍《生物统计学》的重要性，加深学生对本门课程的了解，激发学生学习兴趣。

关键词 生物统计学 重要性 介绍

《生物统计学》对于高数知识基础较弱地生物学专业学生来说，是比较抽象难懂的。让学生深刻认识到《生物统计学》的重要性，提高学生学习兴趣是讲授该门课程的首要任务，否则大部分学生对这门难度相对较大的课程将彻底失去兴趣。笔者在讲授统计学绪论时，往往先从以下几个角度介绍《生物统计学》，收到了良好的效果。藉此，希望通过本文加深读者对生物统计学的了解和认识。

一、什么是《生物统计学》

要了解什么是“生物统计学”，必须了解什么是“统计学”。统计学的含义要从其英文“Statistics”说起。Statistics最早源自古拉丁语中“status”，意思：[国家或者政府形式]。意大利人把“status”演变成古意大利文“stato”，意思：[国家概念、国家机构和国力的总称]。17世纪，德国人又把“stato”发展成为德文的“Statistika”意思：[政治科学，指国家应该重视的学问]；18世纪又把它发展成为一门独立的学问——“国势学”，指国家重要事项统计方法的科学。17世界末，英国数学家威廉·配第把德文的“Statistika”演变成为英语的“Statistics”，意思：[政治算术，指专门研究各种数量的学问]。从“Statistics”一词的历史演变可以看出，统计学是与国家管理密切相关的学问。国家管理是人类社会的头等大事，说明这门学问非常重要。

为什么生物学专业的学生也要学习它？古希腊数学家毕达哥拉斯早就提出“数是万物之源”，一切社会现象和自然现象都符合一定的数学规律，都属于统计学的研究范畴，生物学也不例外。所以，不止生物学专业要学习它，各行各业都要学习它，比如教育学中有教育统计学，历史学中有历史统计学，银行有银行统计学，管理学中的《社会物理学》其实也是统计学。此外还有经济统计、人口统计、工业统计、体育统计等等。生物学中也有生物统计学、生态统计学、医学统计学等多种课程。并且不管自然科学领域还是社会科学领域，很多专业都把统计学作为必修课。

统计学还是一门“放之四海而皆准”的学问，也就是说，统计学原理在各行各业均适用，所有的统计学课程基本原理和方法都是相同的，《生物统计学》只不过是用统计学原理在生物学方面的应用。学好了《生物统计学》，再学习其他统计学课程就非常容易了。“统计学到底有什么用？”是学生最关心的问题，笔者从以下4个角度进行介绍。

二、《生物统计学》重要性举例

1、统计学是一门让人“心中有数”的学问

“心中有数”指对情况和问题有基本的了解，处理事情有一定把握。各行各业的人如果心中没数，都不会做好本职工作。那么“心中有数”中的“数”到底是什么含义呢？笔者认为此处“数”的确切含义应该是“统计学”，而不仅是指“数据”。先用一个简单的生物学例子检验一下读者是否能够做到“心中有数”，然后再介绍统计学的含义。

表1中有两种水果A和水果B，含水量分别为99%和98%，问：“这两种水果的含水量是否有差异？”大部分学生很确定地认为有差异，因为99%和98%不一样。但是如果再问：“二者差异是否显著，或者说是否有显著的生物学意义？”部分学生就不知道如何回答了，大部分学生则认为差异不显著，因为只相差1%。让学生继续思考，如果两种水果营养成分相似，价格相同，选择吃哪种水果？学生都会毫不犹豫地回答选水果B，因为100g水果中，水果B的营养成分是2g，而水果A是1g，二者相差一倍（表1）。为什么很多学生会认为99%和98%差异不显著，而1和2差异显著呢？这说明学生心中还没“数”，我们不能因为数据差异小就认为没有意义，差异大就有意义，数据差异是否显著要利用统计学知识结合专业知识来确定。从统计学角度分析，表1中99和98的差异与1和2的差异相同，都是差异显著。网络上还有这样一道题：一种含水量99%的食物100g，放入烘箱烘焙一定时间后，含水量下降到了98%，问这时食物的重量是多少？答案是50g，含水量虽然仅降了1%，但重量却下降了一半。上述两个例子的道理都告诉我们，不学习统计学，就只能看到数字的表面，而不了解数据背后隐含的规律性。统计学就是一门研究收集、整理和分析统计数据方法的科学，其目的是探索数据的内在规律性，以达到对客观事物和规律的科学认识。

表1：两种水果含水量数据分析

2、统计学是一门使人“实事求是”的学问

“实事求是”是人尽皆知的道理，但是如果没有统计思想，能够做到实事求是的人并不多。先举一个生物学例子测验学生是否能够做到实事求是：“在没有人为因素干预的情况下自然生育，新生婴儿中的男女性别比例应该是多少？”大部分学生会毫不犹豫的回答是100:100。为什么是100:100？学生大都回答说‘是生物学课本上讲的’。如果再问学生调查过没有？答案都是否定的。这是典型的 “不实事求是”的表现。

在上世纪40年代的延安整风运动中，毛泽东主席就指出；“‘实事’就是客观存在的一切事物，‘是’就是客观事物的内部联系，既规律性，‘求’就是我们去研究”，简言之“没有调查就没有发言权”。如果进行严格的统计学调查会发现，自然生育的男女性别比例是106~107:100，并非书上所讲的100:100。遗传理论和实际是有差异的，如果去实际调查的话也一定要严格遵守统计学原理和方法，才能得到可靠数据。男女自然性别比例为什么是106~107:100？这其中也有一定的科学道理，因为男性的死亡率高于女性，尤其是在古代，战争战死的、淹死的、打架酗酒致死的、危险职业致死的等等绝大多数是男性。人到中年，男女比例就大致恢复到100:100。此外，男性适当多一点，可以引起男性竞争，提高人口素质。

3、统计学是一门教人“运筹帷幄”的学问

要做到“运筹帷幄”，必须了解事物的发展规律。前面提到‘一切社会现象和自然现象都符合一定的数学规律’，都可以用统计学方法去研究它。笔者近年来每年都指导全国大学生数学建模比赛，从中深有体会。如历年来的竞赛题目有：08年奥运会奥运村公交线路数学模型、中国人口增长预测数学模型、手机“套餐”数学模型、体能测试数学模型、高等教育收费标准数学模型、数码相机定位数学模型、汶川地震地面收救数学模型、医院病床的合理安排数学模型、油罐储油量数学模型、上海世博会文化影响力数学模型等等。从中可以看出社会生活的方方面面均涉及到统计学知识。生物学中也涉及到很多数学模型，如动物种群数量模型、药物服用剂量模型、传染病潜伏期及传染控制模型等等。以我国人口增长预测数学模型为例，人口是社会生产的第一要素，尤其是我国是世界人口第一大国，科学预测我国人口的发展趋势非常重要。根据历年抽样调查数据，建立人口增长预测模型，可以预测出2033年前后我国人口会达到零增长，总人口达到15亿峰值，这为我国制定人口政策和规划提供了重要参考。

4、统计学是一门培养“科学素养”的学问

2010年第八次中国公民科学素养调查结果显示，我国具备基本科学素养的公民比例仅为3.27%，相当于日本、加拿大和欧盟等主要发达国家在20世纪80年代末的水平。科学素养主要包括三个方面：了解科学知识、掌握科学方法和崇尚科学精神。其中掌握科学方法是科学素养的核心要素，而统计学正是一门教给学生研究科学问题方法的学问，包括如何设计研究方案，如何收集、整理和分析数据，如何给出科学结论等。比如：新药上市前需提供临床实验数据，上报经药监局批准，有一种新研发的感冒药，服用一个疗程后，临床试验结果见表2。

表2结果显示，新感冒药的治愈率为80%，对照药物治愈率为50%，不吃药的自愈率为30%。这一实验结果能说明新药物好于对照药物吗？统计学结论是：新感冒药与对照药物的治愈率差异不显著，并没有显著提高疗效。同时，这一实验选取的病人数也未达到统计学要求，结果是不可靠的。我国有很多不合格的药物上市，研究部门、药监局和群众的科学素养不够是重要原因之一。在美国新药从研制到批准生产需要8至10年，耗资6500－8000万美元，审批一个新药一般为2年，平均每年审2000个新药，只有不到10％能够批准生产。而我国仅2004年就批准了10009种新药。

表2：新感冒药临床试验数据

再举一个遗传学例子：豌豆高茎基因(D)是显性基因，矮茎基因(d)是隐性基因，豌豆杂合体后代(Dd)与隐性纯合体(dd)进行回交，获得了20个后代，形状分离比见表3。根据孟德尔基因分离定律，回交后代的高茎(Dd): 矮茎(dd)=1:1，但实际实验结果是14: 6≈2.33: 1，问后代性状分离比是否符合孟德尔基因分离律？或者D基因是否是完全显性?没有统计学知识，是很难给出答案的。统计结论告诉我们，后代性状分离比符合孟德尔基因分离律。以上例子仅是统计学中几个最简单的问题，但我们已经看出，统计学是科学研究的比不可少的重要工具。

表3：豌豆回交实验

通过上述介绍，学生就可以大致了解学习《生物统计学》的意义。当然，统计学是一门有一定难度的课程，其中涉及到很多高数知识，并不期待每一个学生都能很好掌握。开设这门课最大的意义在于它能够培养学生的统计观念和科学精神，并能体验科学研究的过程。有了统计观念，就知道任何问题都要用事实说话；有了科学精神，分析问题就会客观和理性；体验了科学过程，才能深刻体会到科学的价值，使学生真正做到学科学、懂科学、爱科学。因此，要培养生物学专业学生的科学素养，必须开设《生物统计学》。

Introduction of Biostatistics

Qiu Nianwei1 Zhou Feng1,2

1College of Life Science, Qufu Normal University, Qufu Shandong 273165; 2School of Biochemical and Environmental Engineering, Nanjing Xiaozhuang University, Nanjing Jiangsu 211171

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/dbf336837c1cfad6195fa794.html