显著性检验在《分析化学》实验课中的应用

赵明蕊

河南医学高等专科学校药学系，河南新郑 451191

在科学研究领域中，分析化学是一种非常重要的分析检测手段，其主要任务是定量分析，目的是用来准确测定试样中待测组分的含量，但在实际工作中，进行定量分析时，常会遇到这样的情况，不同的分析人员对同一个试样进行分析，获得的两组数据的平均值也可能不一致。这种不一致是由定量分析中的系统误差和偶然误差引起的[1-5]。那么两组数据之间的系统误差或偶然误差是否存在显著性差异呢?可以用统计学方法进行检验，以推断两组数据之间是否存在系统误差，从而判断测定结果或分析方法的可靠性[1，6-8]。

在分析化学的理论讲解过程中，显著性检验的理论内容较抽象，学生不容易理解，为促进《分析化学》教学质量的全面提高，调动学生学习的积极性[9-12]，本研究尝试将显著性检验知识结合在学生的实验中，要求学生实验结束后对实验数据的误差进行显著性分析，并对显著性检验知识内容进行考核，考查学生的掌握情况，以期为《分析化学》显著性检验知识内容的教学及在相关课程中的应用提供参考。

1.1 一般资料

《分析化学》醋酸含量测定实验课中4个学生一组，每组学生平行测定3～5次，相对误差小于0.2%情况下，对数据求算术平均值即为实验结果。同一实验室所分析的醋酸含量理论值是一定的，但由于在测定过程中存在有偶然误差和系统误差，每组学生的实验数据并不完全相同。为考查学生在实验过程中测定数据的偶然误差和系统误差是否存在显著性差异，对2021级中药学专业2班学生实验结果随机抽取两组进行F检验和t检验并进行判断。例如，以2021级中药学专业2班学生实验结果任意抽取两组（A组和B组）的实验数据为例，见表1～2。

表1 2021级中药学专业2班A组学生的实验数据

表2 2021级中药学专业2班B组学生的实验数据

2021级中药学专业1班学生在实验过程中，实验平行测定3～5次，相对误差小于0.2%情况下，对数据求算术平均值即为实验结果。学生在实验过程中测定数据的偶然误差和系统误差是否存在显著性差异，不做特别要求。

1.2 观察指标和评价标准

《分析化学》理论内容中显著性检验的理解，以与显著性检验相关的内容编制试卷，对2021级中药学专业1班和2班随机抽取32名学生进行测试，测试评价指标以填空题、单项选择题、多项选择题、计算题等几个指标为评价标准，各考核指标的具体占比为填空题20%、单项选择题30%、多项选择题30%、计算题20%，按照以上比例汇总学生总成绩，考核学生对显著性检验这部分知识的掌握情况。填空题10道题每题2分共20分；
单项选择题每30道题每题1分共30分；
多项选择题10道题每题3分共30分；
计算题4道题每题5分共20分。

2.1 F检验

F检验的目的是比较两组数据的方差即标准偏差的平方，以检验两组实验结果的偶然误差是否有显著性差异，即它们的精密度是否存在显著性差异[1]。t检验是检验两组实验数据的平均值之间是否存在显著性差异，来判断同学们操作过程是否有系统误差[1]。从而对产生误差的原因进行分析，以便采取适当的措施，减小误差，从而提高分析结果的准确性。如根据上述A组和B组两组同学的实验数据，在置信度95%情况下，F检验计算值为1.50，小于F值检验表[1-3]中的数值9.55，说明两组数据的偶然误差无显著性差异。

2.2 t检验

t检验的目的是比较学生实验测定数据的系统误差是否存在显著性差异。通过上述F检验可知A组和B组两组同学的实验数据之间偶然误差无显著性差异，可用下式计算两组数据的合并标准偏差SR。

在置信度95%情况下，t检验计算值为7.58，大于t检验表[1-3]中的数值2.57，说明两组数据有显著性差异，即两组数据存在系统误差。

系统误差是在测量过程中由某些确定的因素引起的。根据产生的具体原因不同，系统误差可分为方法误差、仪器误差、试剂误差及操作误差[1]。系统误差具有确定性、重复性等特点，对分析结果的影响比较固定，因此可以加以校正或设法减小。本次实验虽然选用的实验方法相同，仪器和试剂也相同，但实验数据仍然不同，因此，可推断误差主要由操作误差引起。由于同学们对实验操作不够熟悉和熟练，因而需多做练习，重复实验，尽量消除系统误差，获得较为准确的分析测定结果。

2.3 考核情况

对2021级中药学专业1班和2班学生进行测试考核，答题情况进行统计，结果见表3。

表3 2021级中药学专业1班和2班考核结果统计

填空题主要考查学生的记忆理解能力，2021级中药学专业1班和2班考核结果中填空题正确率分别为64.00%和92.00%，单项选择题的评分方式比需要书写、填空或问答及计算的反馈更节省时间，进一步了提高效率。另外单项选择题的形式可以避免老师对学生的偏见或由于偏爱给分出现的可能性。通过单项选择题的考核发现，1班和2班的同学掌握得都很好，得分差别不大，分别为91.00%和98.00%。

多项选择题主要考查学生对知识的理解是否透彻，易混淆知识点是否辨析明白，知识点掌握是否牢固，是否足够自信，1班和2班多项选择题正确率分别为75.00%和90.00%。计算题考查学生对知识掌握的熟练程度及细心程度，1班和2班计算题平均得分正确率都有很大差异，分别为36.00%和88.00%。

两个班的总平均分进行对比，由图1可以看出，《分析化学》理论内容中显著性检验的理解2021级2班情况优于1班学生。说明学生对显著性检验内容掌握更好。

图1 总平均分对比图

2.4 考核结果的统计学分析

为考核2021级中药学专业1班和2班平均成绩评定中是否存在偶然误差和系统误差，从两班各抽取32人，平均8组，对8组学生的平均成绩进行F检验和t检验，1班8组学生平均分方差S1=0.042，2班8组学生平均分方差S2=0.038。

在置信度95%情况下，F检验计算值为1.22，小于F检验表[1-3]中的数值3.79，说明两个班的平均分的偶然误差没有显著性差异。

在置信度95%情况下，t检验计算值为0.395，小于t检验表[1-3]中的数值1.00，说明两个班平均分没有显著性差异。

因此，两个班的平均分的偶然误差和系统误差都没有显著性差异。

以填空题、单项选择题、多项选择题、计算题等的得分情况作为评价指标，对学生的显著性检验方面知识的掌握情况进行统计，结果可以看出，在实验过程中应用显著性检验的知识对实验结果进行检验，即将显著性检验应用于实际工作中，强化了学生对显著性检验知识的理解，提高了学生学习兴趣，启发学生思维，有助于学生对《分析化学》理论内容中显著性检验知识的理解，为实验教学提供了新途径[13-17]。同时，激发了学生的学习热情，调动了学生的学习积极性，提高了实验教学效果，也有利于教师改进教学方法，进而提高教学质量[18]。学生《分析化学》实验过程中加入显著性检验的应用为学生创新思维的培养提供了新途径，是分析化学实验教学的必要的有益补充。