教学大纲-生物统计学-王振龙.docx

生物统计学课程教学大纲英文名称：Biostatistics课程编码：总学时：48 实验学时16 学分：3 适用对象：生物技术、生物工程和生物信息专业本科生先修课程：高等数学、线性代数、概率论与数理统计、普通生物学、遗传学等课程大纲主撰人：王振龙 大纲审核人：赵慧智一、课程性质、目的和任务课程性质：生物统计学是运用数理统计的原理和方法，来分析和解释生物科学试验中各种现象和试验调查资料的一门科学，它涉及生物科学试验的设计、试验方案的实施、数据的收集、整理和统计分析等；是生物科学专业必修的一门专业基础课。生物统计学以数学的概率论和数理统计为基础，涉及到数列、排列、组合、矩阵、微积分等知识，但本课程并不将这些知识作为重点进行过多的讨论，而主要偏重于统计原理的介绍和具体分析方法的应用，培养学生运用统计学原理分析和解决试验资料所提供信息的能力。课程目的：通过本课程的学习，使学生了解生物科学试验的任务、要求，掌握生物科学试验设计的原则和技术，能熟练制定试验方案，进行生物科学试验的设计，并能根据生物统计学原理正确选用统计分析模型，进行数据的处理与分析，做出科学的结论。课程任务：学完本课程后在教学内容上达到“基本概念清晰，基本方法熟练，基本原理了解，基本运算正确”，熟练掌握所介绍的几种基本的试验设计方法，能独立、正确进行试验设计；熟练掌握所介绍的几种基本的生物统计方法；熟练掌握函数型电子计算器的使用方法，能独立进行畜牧试验结果的统计分析；在学生能力的培养上达到：1）培养学生科学的统计思维方法“有很大的可靠性但有一定的错误率”这是统计分析的基本特点，因此在生物统计课程的学习中要培养一种新的思考方法从不肯定性或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果；2）培养学生科学的计算能力和表达能力，本门课程的概念多、公式多、表格多，许多判断和推理过程都是在经过仔细的计算、分析后得出的，结果的表达也是非常简洁和严密的。因此学习过程中要注意培养学生正确的计算能力和表达能力；3）培养学生实事求是的工作作风和严谨的科学态度，该课程的学习中，接触到的数据、表格很多，在资料的分析整理过程中要实事求是、严谨精细，才能得出正确的结论。二、教学内容及要求本课程教学的全过程可以看成是一个生物信息搜集、处理、分析，从而提炼新的生物信息的过程。教学重点是通过生物现象的数量观察、对比、归纳和分析，揭示那些困惑费解的生物学问题，从偶然性的剖析中，发现事物的必然性，指导生物科学的理论和实践。本课程的难点是概念较多、理论抽象、系统严密、实践性强、公式复杂、符号繁多、计算量大，因此，教学安排上除精讲32学时外，有针对性的安排上机操作10学时，统计学实践论文2次6学时。一）理论课教学内容（32学时）绪论授课学时：2学时 基本要求：了解本学科研究对象、内容以及与其他学科的关系，明确本课程学习的重要性及学习的特点与要求。 重点：统计、统计学含义 难点：统计数据的规律，统计方法的分类第一节 统计与统计学1.统计与统计学的含义；2.统计数据的规律与统计方法第二节 统计学的分科1.描述统计学和推断统计学；2.理论统计学和应用统计学第三节 统计学与其他学科的关系1.统计学与数学的关系；2.统计学与其他学科的关系第四节 统计学的产生与发展1.政治算术社会经济统计；2.概率论数理统计第一章 统计数据的收集与整理授课学时：2学时 基本要求：了解数据收集及预处理的内容和方法，掌握不同类型分布图的制作及应用；掌握描述集中趋势、离散趋势及分布形状的统计数计算及应用。 重点：集中趋势、离散趋势及分布形状的统计数计算 难点：数据的计量、集中趋势、离散趋势及分布形状的统计数应用 第一节 总体与样本1.统计数据的不齐性；2.总体与样本；3.抽样第二节 数据类型及频数（率）1.连续型数据和离散型数据；2.频数（率）表和频数（率）图的编绘；3.研究频数（率）分布的意义；4.研究频数（率）分布的不恒定性第三节 样本的几个特征数1.平均数；2.平均数的计算方法；3.标准差；4.标准差的计算方法；5.偏斜度和峭度；6.变异系数第二章 概率与概率分布授课学时：2学时 基本要求：了解随机事件、统计概率及其运算，领会小概率事件实际不可能性原理；了解正态分布、二项分布和波松分布的概念、基本性质和概率计算；掌握抽样分布的概念以及样本平均数的抽样分布。重点：概率的统计定义 难点：离散型概率分布和连续型概率分布的区别与联系；第一节 概率的基本概念1.问题的提出；2.事件及事件间的关系；3.概率的统计定义；4.概率的古典定义；5.概率的一般运算第二节 概率分布1.随机变量；2.离散型概率分布；3.连续型概率分布；4.概率分布与频率分布的关系第三节 总体特征数第三章 几种常见的概率分布授课学时：4学时 基本要求：了解几种常见的概率分布，其中重点是正态分布、二项分布、泊松分布；掌握抽样分布的概念、基本性质，掌握这些理论分布的概率计算；掌握中心极限定理的基本内容，小概率事件实际不可能性原理。 重点：中心极限定理和小概率原理；正态分布、二项分布概率计算。难点：正态分布、二项分布概率计算，统计数的抽样分布规律。第一节 二项分布1.二项分布的概率函数；2.服从二项分布的随机变量的特征数；3.二项分布应用实例第二节 泊松分布1.泊松分布的概率函数；2.服从泊松分布的随机变量的特征数；3.泊松分布应用实例第三节 另外几种离散型概率分布1.超几何分布；2.负二项分布第四节 正态分布1.正态分布的密度函数和分布函数；2.标准正态分布；3.正态分布表的查法；4.正态分布表的单侧临界值第五节 另外几种连续型概率分布1.指数分布；2.分布第六节 中心极限定理1.中心极限定理的基本内容；2.中心极限定理推理的两个例子；3中心极限定理的抽样实验第四章 抽样分布授课学时：2学时 基本要求：了解抽样分布的基本概念，掌握从一个正态总体中抽取的样本时平均数、方差和标准差的分布；理解两正态总体中抽取的样本时样本统计量和与差的分布；了解标准差已知和未知的分布差异；了解卡方和F分布。重点：从一个正态总体中抽取的样本统计量的分布。难点：从两个正态总体中抽取的样本统计量的分布。第一节 从一个正态总体中抽取的样本统计量的分布1.样本平均数的分布；2.样本方差的分布；3.样本标准差的分布第二节 从两个正态总体中抽取的样本统计量的分布1.标准差i已知时，两个平均数的和与差的分布；2.标准差i未知但相等时两个平均数的和与差的分布；3.两个样本方差比的分布F分布第五章 统计推断授课学时：4学时 基本要求：理解统计假设测验的基本原理和步骤，单测验与双尾测验的区别以及统计假设测验两类错误的概念；掌握两类错误降低概率的措施；掌握平均数、百分数假设测验的方法。 重点：假设检验的一般方法，平均数、百分数假设测验方法，降低两类错误概率的措施。难点：两类错误的含义及错误发生的概率计算第一节 单个样本的统计假设检验1.一般原理及两种类型的错误；2.单个样本显著性检验的程序；3.在已知的情况下单个平均数的显著性检验-u检验（u-test）；4.未知时平均数的显著性检验-t检验（t-test）；5.变异性的显著性检验检验（test）；6.正态性的判断第二节 两个样本的统计假设检验1.两个方差的检验F检验；2.标准差（i）已知时两个平均数间差异显著性的检验；3.标准差（i）未知但相等时，两平均数之间差异显著性的检验成组数据t检验；4.标准差（i）未知且可能不等时，两平均数间差异显著性检验；5.配对数据的显著性检验配对数据的t检验；6.二项分布数据的显著性检验；7.关于连续性矫正第六章 参数估计授课学时：2学时 基本要求：了解点估计的基本概念与优良性准则；掌握区间估计的概念、置信水平的含义、以及影响区间宽度的因素；学会使用区间估计的统计学方法；掌握样本量的确定方法。重点：特定置信水平下的区间估计、样本量的确定方法。难点：深入理解点估计的优良性准则提高样本正确性的方法；总体均值和比例的区间估计。第一节 点估计1.点估计的概念；2.点估计的优良性准则第二节 区间估计1.区间估计的概念；2.区间与置信水平；3.影响区间宽度的因素第三节 总体均值和总体比例的区间估计1.总体均值的区间估计；2.总体比例的区间估计；3.样本容量的确定第七章 拟合优度检验授课学时：2学时 基本要求：掌握拟优合度检验的基本原理和步骤；掌握对二项分布和正态分布的检验；掌握独立性测验方法；了解齐性检验方法。 重点：拟优合度检验的基本原理、步骤。难点：各种类型次数资料的理论期望值的计算、联合性检验方法。第一节 拟合优度检验的一般原理1.拟合优度检验的概念和类型；2.拟合优度检验的统计量第二节 拟合优度检验1.拟合优度检验的一般程序；2.对二项分布的检验；3.对正态性的检验第三节 独立性检验1.列联表的卡方检验；2. 22列联表的精确检验法第四节 卡方的可加和性1.卡方的齐性检验；2.概率的混合第八章 方差分析授课学时：4学时 基本要求：理解方差分析的基本原理；掌握单因素试验和双因素实验的方差分析方法；理解方差分析的数学模型、基本假定和数据转换方法。 重点：方差分析的基本原理、线性模型和期望均方，平均数间的多重比较及字母法表示 难点：线性模型、期望均方。第一节 方差分析的基本原理与步骤1.线性模型与基本假定；2.平方和与自由度的剖分；3.期望均方；4.F分布与F检验；5.多重比较；6.方差分析的基本步骤第二节 单因素试验资料的方差分析1.各处理重复数相等的方差分析；2.各处理重复数不等的方差分析第三节 两因素试验资料的方差分析1.交叉分组资料的方差分析；2.系统分组资料的方差分析第四节 方差分析的数学模型与期望均方1.数学模型；2.期望均方；3.方差组分的估计第九章 相关与回归分析授课学时：4学时 基本要求：理解回归与相关的概念，以及回归和相关分析的种类；掌握一元线性和多元线性回归分析方法；了解可化为线性回归的曲线回归的基本概念与方法。 重点：回归系数、相关系数、决定系数的含义、计算方法、显著检验以及应用，线性化的方法 难点：最小二乘法、利用回归方程进行预测。第一节 变量间的相关关系1.相关的概念；2.相关系数及其计算第二节 一元线性回归1.线性回归模型；2.参数的最小二乘估计；3.回归方程的显著性检验；4.预测及应用第三节 多元线性回归1.多元线性回归模型；2.回归参数的估计；3.回归方程的显著性检验；4.回归系数的显著性检验；5.多元线性回归的预测第四节 可化为线性回归的曲线回归1.基本概念；2.非线性模型及其线性化方法第十章 非参数统计授课学时：2学时 基本要求：掌握符号检验与秩和检验的基本方法；掌握等级相关分析中的相关系数计算、显著性检验。 重点：符号检验与秩和检验的基本思想和一般方法。难点：等级相关系数计算与显著性检验。第一节 符号检验1.配对资料的符号检验；2.样本中位数与总体中位数比较的符号检验第二节 秩和检验1.配对试验资料的符号秩和检验；2.非配对试验资料的秩和检验；3.多个样本比较的秩和检验；4.多个样本两两比较的秩和检验第三节 等级相关分析1.计算等级相关系数rs；2.rs的显著性检验第十一章 实验设计授课学时：4学时 基本要求：理解实验设计的基本原则，了解实验方案的制定方法，了解单因素和两因素实验设计方法 重点：实验设计原则、完全随机设计、随机区组设计、拉丁方设计、套设计和裂区设计 难点：各种实验设计应用。第一节 试验设计概述1.试验设计的基本概念；2.动物试验的特点与要求第二节 动物试验计划1.试验计划的内容及要求；2.试验方案的拟定第三节 试验设计的基本原则1.试验误差的来源；2.试验设计的基本原则第四节 完全随机设计1.完全随机的分组方法；2.试验结果的统计分析；3.完全随机设计的优缺点第五节 随机单位组设计1.随机单位组设计方法；2.试验结果的统计分析；3.随机单位组设计的优缺点第六节 拉丁方设计1.拉丁方简介；2.拉丁方设计方法；3.试验结果的统计分析；4.拉丁方设计的优缺点第七节 正交设计1.正交设计的概念及原理；2.正交表及其特性；3.正交设计方法；4.正交试验结果的统计分析第八节 调查设计1.调查研究的目的；2.调查的对象与范围；3.调查的项目；4.样本含量；5.调查方法；6.调查的组织工作第九节 样本含量的确定1.调查研究中样本含量的估计；2.试验研究中重复数的估计二）实验课教学内容（16学时）（一）本实验课程教学目的与教学基本要求课程目的：通过本实验课程的学习，使学生了解生物科学试验的任务、要求，掌握1-2种统计学软件；掌握生物科学试验设计的原则和技术，能熟练制定试验方案，进行生物科学试验的设计，并能根据生物统计学原理正确选用统计分析模型，进行数据的处理与分析，做出科学的结论。教学基本要求：本课程的难点是概念较多、理论抽象、系统严密、实践性强、公式复杂、符号繁多、计算量大，因此，实验教学上，安排2次验证实验，对基本的实验技巧和原理进行验证；3次创新型实验，利用所学知识，采用多种统计学创新方法解决相关生物学问题；2次综合型实验，综合利用多种基本理论知识和分析方法，解决1-2个基本的科学问题，最后以学术论文的形式给出。（二）实验项目一览表序号实验项目名称学时实验类型每组人数主要设备名称1统计软件基本使用与试验数据整理分析初步2验证型1计算机系统及相关分析软件2概率和概率分布2验证型1计算机系统及相关分析软件3统计推断2创新型1-3计算机系统及相关分析软件4单因素实验方差分析2创新型1-3计算机系统及相关分析软件5线性回归与相关分析2创新型1-3计算机系统及相关分析软件6t-检验和方差分析实验3综合型2-4计算机系统及相关分析软件7实验设计3综合型2-4计算机系统及相关分析软件实验项目目的和要求：序号实验名称目的和要求1统计软件基本使用与试验数据整理分析初步实验目的：统计软件的安装调试、数据资料的初步整理。基本要求：掌握次数分布表、图的制作方法、各种特征数的计算方法。熟练掌握利用Excel进行数据整理、图表制作及特征数的计算。重点：频数分布表、图的制作、各种特征数计算 难点：frequency 等函数的使用：1.Excel 中的数据整理工具；2.利用 Excel 进行数据描述2概率和概率分布实验目的：掌握概率和概率计算、学习Excel中的基本函数。基本要求：了解二项分布、正态分布和抽样分布原理，掌握理论分布的概率计算。 重点：利用函数进行各种理论分布的概率计算 难点：Excel中所提供的各种理论分布函数的使用：1.利用函数进行概率和概率计算；2.正态分布的概率密度函数和概率密度图；3.随机抽样、抽样分布与总体分布的关系；4.二项分布、t分布、F分布的概率计算3统计推断实验目的：了解显著性测验的意义和基本原理，掌握Excel中的函数使用方法。基本要求：掌握利用Excel进行统计假设测验和区间估计的方法。 重点：Excel中与假设测验有关的粘贴函数使用、数据分析工具进行假设测验操作方法难点：TINV、TDIST义和使用：1.利用函数进行样本平均数、平均数差数、方差、方差比的假设测验；2.利用数据分析工具进行假设测验4单因素实验方差分析实验目的：了解方差分析的意义和基本原理，熟悉方差分析的步骤。基本要求：可独立利用Excel中的函数对交叉分组资料进行方差分析。 重点：SUMSQ、DEVSQ、FINV等常用于方差分析的函数使用，数据分析工具进行方差分析 难点：SUMSQ进行平方和的计算技巧：1.利用Excel中的函数进行完全随机和随机区组试验的方差分析；2.利用数据分析工具进行完全随机和随机区组试验的方差分析5线性回归与相关分析实验目的：了解回归与相关分析的意义。基本要求：掌握回归和相关分析的一般方法，利用Excel计算一元回归方程与相关系数的方法和显著性检验方法。 重点：回归系数、回归截距和相关系数计算。 难点：利用Excel粘贴函数计算回归和相关统计数：1.利用图表向导进行直线回归与相关分析；2.利用Excel粘贴函数进行直线回归与相关分析；3.利用数据分析工具进行直线回归与相关分析。6t-检验和方差分析实验实验目的：设计完整的统计学实验，并独立采集相关数据。基本要求：利用Excel软件对所采集到的数据进行整理、分析，利用Excel或GraphPrism软件图标绘制等。重点：独立设计统计学实验，并收集数据。难点：设计t-检验或方差分析实验7实验设计实验目的：掌握实验设计的基本方法，完成初步实验设计。基本要求：完成生物学或生态学的基本实验设计，即满足基金申请书基本要求。具体包括：一、试验计划的内容及要求：1.课题选择与试验目的；2.研究依据、内容及预期达到的经济技术指标；3.试验方案和试验设计方法；4.供试动物的数量及要求；5.试验记录的项目与要求；6.试验结果分析与效益估算；7.已具备的条件和研究进度安排；8.试验所需的条件；9.研究人