張汝陽+魏永越+趙楊+于浩+陳峰

摘要：生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)旨在培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型統(tǒng)計應(yīng)用人才。SAS軟件高級編程是優(yōu)秀生物統(tǒng)計學(xué)人才的必備技能。因此，SAS軟件高級編程教學(xué)對專業(yè)人才培養(yǎng)至關(guān)重要。目前，國內(nèi)開設(shè)生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)的醫(yī)學(xué)院校屈指可數(shù)，且SAS軟件高級編程教學(xué)經(jīng)驗相對缺乏。本文以我校生物統(tǒng)計學(xué)本科生的課程教學(xué)實踐為例，對課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、授課方式、考核形式、參考教材、軟硬件設(shè)施和教學(xué)效果進(jìn)行了總結(jié)和思考，以期進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量、保障生物統(tǒng)計學(xué)本科生的職業(yè)競爭力。

關(guān)鍵詞：生物統(tǒng)計學(xué)；本科生；SAS軟件高級編程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）52-0114-03

2011年，經(jīng)國務(wù)院學(xué)位委員會批準(zhǔn)，統(tǒng)計學(xué)獨立成為理學(xué)一級學(xué)科，下設(shè)兩個二級學(xué)科：統(tǒng)計學(xué)、應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)。生物統(tǒng)計學(xué)是隸屬于應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)之下的三級學(xué)科[1]。為適應(yīng)我國生物醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)ι锝y(tǒng)計人才的需求，加快培養(yǎng)專業(yè)人才，南京醫(yī)科大學(xué)在2012年正式開設(shè)全日制應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)專業(yè)（生物統(tǒng)計學(xué)方向），每年面向全國招收約30名本科生，四年制，授予理學(xué)學(xué)士學(xué)位[2]。該專業(yè)的總體目標(biāo)是培養(yǎng)“具備系統(tǒng)的統(tǒng)計學(xué)知識、了解統(tǒng)計學(xué)理論、掌握統(tǒng)計學(xué)的基本思想和方法，具有利用計算機軟件分析數(shù)據(jù)的能力，能在生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域工作的高素質(zhì)、復(fù)合型的統(tǒng)計應(yīng)用人才”[3]。

SAS軟件是全球商業(yè)智能和分析軟件與服務(wù)領(lǐng)袖。全世界超過6萬家企業(yè)利用SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，以便準(zhǔn)確地進(jìn)行業(yè)務(wù)決策。在新藥臨床試驗領(lǐng)域，SAS軟件更是使用最廣泛的分析平臺。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，我們在第3學(xué)年的第1學(xué)期開設(shè)了《SAS軟件高級編程》課程。該課程是《SAS應(yīng)用基礎(chǔ)》的進(jìn)階課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生編程思維，傳授編程技巧，提高數(shù)據(jù)管理和分析的技能，達(dá)到“技術(shù)高、速度快、失誤少”的業(yè)務(wù)水平，滿足相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的需求。

由于我國開設(shè)生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)的醫(yī)學(xué)院校屈指可數(shù)，缺乏健全的課程方案參考[4]。在兄弟院校、制藥企業(yè)、我校公共衛(wèi)生學(xué)院、教務(wù)處、研究生院等多方專家指導(dǎo)之下，我們結(jié)合用人單位實際工作需要制定了課程方案。結(jié)合之前2003級五年制預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)（生物統(tǒng)計學(xué)方向）的辦學(xué)經(jīng)歷、近5年四年制理學(xué)生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)辦學(xué)經(jīng)驗，我們已經(jīng)持續(xù)10年對生物統(tǒng)計學(xué)本科生培養(yǎng)進(jìn)行了一系列探索和改革。針對《SAS軟件高級編程》課程，我們也不斷根據(jù)學(xué)生的教學(xué)意見反饋、雇主用工反饋等，將課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、授課方式等逐年完善。我們在此對該課程進(jìn)行總結(jié)與思考。

一、課程設(shè)置

《SAS軟件高級編程》是生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)的必修課程，學(xué)時設(shè)置為72。其中，理論學(xué)時24，實驗學(xué)時48。學(xué)生通過考核，可獲得4個學(xué)分。

二、教學(xué)內(nèi)容

我們一共安排了18次課程。理論教學(xué)及實踐操作內(nèi)容包括：

1.基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí)。復(fù)習(xí)先修課程《SAS應(yīng)用基礎(chǔ)》，承前啟后。從教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生心理上，做好由“簡”入“難”的銜接。另外，展示基于SAS軟件完成的項目，突出高級編程技能的作用和優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

2.宏變量及宏程序。介紹宏程序的基本結(jié)構(gòu)、基本概念和語法、宏變量類型、宏變量的賦值與解析，讓學(xué)生認(rèn)識宏程序；介紹宏的創(chuàng)建、編譯、保存、調(diào)用與更新，以及日志的解讀和宏調(diào)試，讓學(xué)生能夠管理宏程序。

3.宏的循環(huán)體介紹。介紹循環(huán)方式、條件判斷、中止、跳轉(zhuǎn)語句，讓學(xué)生理解程序“批量處理”、“容錯”、“自動化”等概念；介紹SQL過程與DATA步與宏變量的交互方式、動態(tài)構(gòu)造SAS宏語句，讓學(xué)生掌握“用程序?qū)懗绦颉钡年P(guān)鍵技能；介紹宏的嵌套、包裝，讓學(xué)生理解“分而治之、逐個擊破”的概念，掌握撰寫復(fù)雜程序的技能。

4.系統(tǒng)宏函數(shù)介紹。介紹字符函數(shù)、運算函數(shù)、引用函數(shù)、屬性函數(shù)等用法，以及如何使用逃逸符賦值、解析特殊字符等，讓學(xué)生全面掌握系統(tǒng)函數(shù)，撰寫高效、簡潔的宏程序。

5.數(shù)據(jù)集函數(shù)介紹。介紹ATTRN、VarNum、FetchOBS、GetVarN、Open、Close等數(shù)據(jù)集函數(shù)，使得學(xué)生能夠快速獲取數(shù)據(jù)集本身及變量的基本信息，以便高效地進(jìn)行宏變量與數(shù)據(jù)集間的信息交互。

6.DATA步使用技巧。介紹不同讀取數(shù)據(jù)方式的效率、創(chuàng)建數(shù)據(jù)集的技巧、數(shù)據(jù)集橫向與縱向拼接、記錄的修改、循環(huán)語句、條件語句、RETAIN語句、外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入、記錄導(dǎo)出、記錄的擴展、變量排序技巧、數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)置，數(shù)組類型、變量格式化、自定義變量格式、格式互轉(zhuǎn)等常見技巧，以期提高學(xué)生數(shù)據(jù)管理的軟件技能。

7.SQL過程數(shù)據(jù)管理。介紹SQL過程中表格與視圖的差別、表格的創(chuàng)建、更新、拼接、刪除、記錄的查詢、多重查詢等。同時，比較DATA步與SQL過程中相同功能的運算速度，給出實際應(yīng)用的參考建議。

8.IML矩陣運算I。介紹矩陣性質(zhì)、矩陣元素、創(chuàng)建矩陣、運算符號、矩陣運算、下標(biāo)運算、矩陣更新、缺失處理、矩陣函數(shù)等。

9.IML矩陣運算II。介紹IML程序設(shè)計語言（循環(huán)、條件判斷、跳轉(zhuǎn)、定義模塊、調(diào)用模塊）、矩陣與SAS數(shù)據(jù)集相互轉(zhuǎn)換（打開、顯示數(shù)據(jù)集、轉(zhuǎn)換為矩陣、讀取記錄、讀取變量等）、IML環(huán)境下對SAS數(shù)據(jù)集的操作等。通過兩次IML矩陣運算課程，使得學(xué)生可以利用SAS軟件實現(xiàn)指定的復(fù)雜統(tǒng)計算法。

10.模擬試驗I。介紹蒙特卡洛的典故、思想、步驟；介紹各種統(tǒng)計分布的隨機函數(shù)；介紹產(chǎn)生縱向和橫向模擬數(shù)據(jù)的方式、優(yōu)缺點。以“分別從不同分布的總體中抽樣，探討不同樣本含量、抽樣次數(shù)對樣本均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤的分布的影響”為案例，介紹模擬試驗的基本步驟：理解模擬試驗?zāi)康摹⒛M試驗流程→預(yù)估模擬試驗結(jié)果→調(diào)試各步SAS的程序→統(tǒng)籌撰寫SAS宏程序→運行程序等待結(jié)果→整理結(jié)果繪制報告。

11.模擬試驗II。設(shè)計多種案例，供學(xué)生上機操作，鞏固模擬試驗技能。例如：從正態(tài)分布中隨機抽取樣本，根據(jù)樣本估計總體均數(shù)的95%可信區(qū)間。重復(fù)1000次，有多少次能估計到總體均數(shù)？不同的樣本含量、不同的可信度對結(jié)果有什么影響？

12.ODS輸出傳送系統(tǒng)。介紹ODS的功能；介紹ODS常用語句，包括：管理輸出對象，打開、關(guān)閉、管理ODS目標(biāo)（輸出為rtf文件、自定義文件的格式等）。

13.DDE文件交互技術(shù)。介紹Excel文件數(shù)據(jù)導(dǎo)入為SAS數(shù)據(jù)集、SAS數(shù)據(jù)集輸出到Excel、整理或修改Excel文件格式、SAS數(shù)據(jù)集輸出到Word等。

14.常見報表過程。著重介紹TABULATE過程的選項、含義，以及自定義表格樣式。

15.綜合案例I：撰寫宏用于：（1）批量進(jìn)行單因素或多因素的線性回歸分析；（2）批量進(jìn)行組間均數(shù)、率或中位數(shù)的描述和比較；（3）評價Fisher確切概率法和卡方檢驗的統(tǒng)計學(xué)性質(zhì)。

16.綜合案例II：撰寫宏用于：（1）批量安裝多個SAS宏程序；（2）實現(xiàn)二分法搜索目標(biāo)值；（3）自動生成MIXED過程中CONTRAST語句兩兩比較的代碼。

17.綜合案例III：（1）從同一個正態(tài)分布總體中隨機抽取2個樣本，設(shè)定檢驗水準(zhǔn)0.05，對均數(shù)進(jìn)行檢驗。重復(fù)1000次，拒絕H0的比例多大？改變檢驗水準(zhǔn)、樣本含量，比例有何變化？從均數(shù)不同、方差相同的兩個正態(tài)分布總體中隨機抽樣。重復(fù)上述步驟，結(jié)果如何？（2）配對設(shè)計的兩均數(shù)比較，如果不用配對t檢驗而采用成組t檢驗，對一類錯誤和檢驗效能有何影響？改變樣本含量有何影響？（3）多組均數(shù)比較，如果不考慮ANOVA的結(jié)果，而直接用兩兩比較，對一類錯誤和檢驗效能有何影響？

18.綜合案例IV：（1）從二元正態(tài)分布中隨機抽樣，并對樣本進(jìn)行回歸分析，畫出回歸曲線。重復(fù)上述過程100次，看到什么圖形？（2）同時對兩個假設(shè)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)檢驗，若要控制總一類錯誤0.05，一般每個檢驗水準(zhǔn)設(shè)為0.025。可否一個0.04，另一個0.01？（3）Permutation檢驗可以利用手頭樣本來進(jìn)行假設(shè)檢驗，對總體分布沒有要求。請利用已有方法進(jìn)行驗證，并編寫程序，對變異系數(shù)進(jìn)行檢驗。

三、授課方式

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用“量體裁衣”的策略進(jìn)行授課。課程初期，采用“教師講解示范、學(xué)生上機操作、現(xiàn)場互動答疑”的形式，確保學(xué)生“聽懂了、學(xué)會了”。課程后期，學(xué)生已經(jīng)掌握大部分編程技能。授課方式改為“以學(xué)生為主體”，采用“教師—學(xué)生互動交流”的形式，即：學(xué)生代表給出編程思路，其他學(xué)生給出補充意見，教師再次點評并完善編程思路。學(xué)生在課堂當(dāng)場完成實踐內(nèi)容，并進(jìn)行現(xiàn)場程序與結(jié)果的展示。我們期望發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高教學(xué)效果。

四、考核形式

課程成績由平時成績（30%）和卷面成績（70%）組成。課程結(jié)束后，教師通過南京醫(yī)科大學(xué)ELearning課程中心平臺發(fā)放練習(xí)。學(xué)生通過平臺接收題目、提交程序代碼和圖表結(jié)果。教師評閱打分后，折算平時成績。期末考試為上機考試。以實際項目為考題，要求學(xué)生在指定時間內(nèi)完成編程，并提交代碼和結(jié)果。教師評閱打分后，折算成卷面成績。

五、參考教材及軟硬件設(shè)施

由于缺乏合適的教材，我們目前采用內(nèi)部自編講義授課。內(nèi)容主要參考以下白皮書《SAS Macro Programming Made Easy》、《SAS Macro Language Reference》和《SAS SQL Procedures Users Guide》。

軟件設(shè)施：我院生物統(tǒng)計學(xué)系擁有正版SAS軟件的授權(quán)許可。

硬件設(shè)施：本課程涉及統(tǒng)計模擬試驗、大型數(shù)據(jù)管理與分析等計算密集型工作。為提高學(xué)生上機體驗，保證教學(xué)質(zhì)量，我院搭建了高性能計算集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括1個胖節(jié)點（1TB內(nèi)存，8顆8核處理器）、18個刀片計算節(jié)點（每個節(jié)點64GB內(nèi)存，含2顆16核CPU）、2個管理節(jié)點和一個儲存系統(tǒng)。該集群21個節(jié)點的總內(nèi)存為2280 GB，CPU共704核，浮點運算能力理論峰值達(dá)到5.38千萬億次級。在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上，我們專門為生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)本科生部署了云端機房，可同時容納約60名學(xué)生進(jìn)行上機操作與考試。

師資隊伍：生物統(tǒng)計學(xué)系現(xiàn)有專任教師14人。具有博士學(xué)位的12人，高級職稱的5人。8人具有海外留學(xué)經(jīng)歷。10人具有長期SAS教學(xué)經(jīng)驗、SAS技能競賽導(dǎo)師經(jīng)歷。

六、教學(xué)效果

“匯豐杯”中國高校SAS數(shù)據(jù)分析大賽是目前全國規(guī)模最大、認(rèn)可度最高的SAS軟件技能大賽。我院生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)本科生積極組隊參加大賽。2015年，我院2支隊伍分別獲得全國第20名、29名的成績。2016年，我院3支隊伍從658支隊伍中脫穎而出，分別獲全國第6名、22名、46名的好成績。

全國大學(xué)生統(tǒng)計建模大賽由中國統(tǒng)計教育學(xué)會、中國現(xiàn)場統(tǒng)計研究會、中國數(shù)學(xué)與概率統(tǒng)計學(xué)會、中國衛(wèi)生信息學(xué)會、中國市場信息調(diào)查業(yè)協(xié)會聯(lián)合舉辦。我院首屆生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)本科生組成的3支參賽隊伍在2015年第四屆大賽中，分別獲得大數(shù)據(jù)統(tǒng)計建模類（本科生組）二等獎、三等獎、優(yōu)秀獎的成績。本課程研究生助教組成的隊伍則獲得大數(shù)據(jù)統(tǒng)計建模類（研究生組）一等獎第一名的優(yōu)異成績。

此外，自2013年起，生物統(tǒng)計學(xué)專業(yè)的本科生連續(xù)獲得勃林格殷格翰（Boehringer-Ingelheim）獎學(xué)金課題資助，運用編程技能，就臨床試驗熱點問題開展理論與實踐研究。

七、體會與思考

從課程設(shè)置上看，我們通過1∶2的理論與實踐比例，強化學(xué)生的動手意識，著重培訓(xùn)學(xué)生的操作能力。這也符合近年來國家一直倡導(dǎo)的“知行合一”的教學(xué)理念。從教學(xué)內(nèi)容上看，我們從實際需求出發(fā)，傳授編程技巧，培養(yǎng)優(yōu)秀程序員的思維。模擬試驗I的案例對應(yīng)的是中心極限定理。模擬試驗II的案例對應(yīng)的是可信區(qū)間。綜合案例則涉及一類錯誤、檢驗效能、兩兩比較等統(tǒng)計學(xué)概念。學(xué)生既能綜合運用編程技術(shù)解決實際問題，又能深刻理解理論知識，達(dá)到“實踐出真知”。此外，從授課方式看，我們以具體案例為切入點，運用以學(xué)生為主體的教學(xué)方法，其本質(zhì)也是“以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)（problem-based learning，PBL）”方式，有利于保證教學(xué)質(zhì)量[5]。

盡管目前教學(xué)效果尚可，但仍有值得改進(jìn)之處。就教學(xué)內(nèi)容而言，部分現(xiàn)有案例的主題不夠新穎，案例內(nèi)容需要與時俱進(jìn)[6]。例如，當(dāng)下疾病研究熱點是：從組學(xué)的角度探索影響其發(fā)生、發(fā)展的遺傳因素。能否運用SAS有效地進(jìn)行高維數(shù)據(jù)挖掘值得思考。就授課方式而言，我們可以在課堂上開展小組競賽，設(shè)置獎品，增加課程的趣味性，激發(fā)學(xué)生的積極性。

《SAS軟件高級編程》是一門真正的“理論與實踐相結(jié)合”的專業(yè)技能課程。經(jīng)過本課程培訓(xùn)，學(xué)生能夠達(dá)到統(tǒng)計知識與技能“綜合運用、融會貫通”的水平，保障學(xué)生從事生物統(tǒng)計學(xué)相關(guān)工作的職業(yè)競爭力。

參考文獻(xiàn)：

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[6]魏永越，趙麗萍，趙楊，柏建嶺，易洪剛，于浩，陳峰.生物統(tǒng)計專業(yè)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式初探[J].中國衛(wèi)生統(tǒng)計，2016，（6）：1079-1081.