應用數理統計教材改革

時間:2022-08-15 05:41:17

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應用數理統計教材改革

前教育部長陳至立指出:“研究生教育的改革與發展,直接關系到21世紀我國第三步戰略目標的實現.”隨著研究生教育改革的推進,對培養高質量工科研究生起了重要作用的數學基礎類課程的改革,尚有許多問題需要研究和解決,比如應用數理統計教材改革和建設問題.應用數理統計作為在應用型研究生培養中起到重要作用的應用型數學課程,目前迫切需要構建便于教師教學、學生自學并注重工科應用的教材.

1研究生培養模式改革

1.1培養模式改革的回顧回顧研究生培養改革歷程,不難發現,在《中華人民共和國學位條例》中,就明確提出了研究生要獲得碩士學位必須具備從事科學研究工作的初步能力或擔負專門技術工作的初步能力.而實際上,在20世紀90年代以前,中國一直實行單一的學術型人才培養模式,也就是說在研究生培養中對碩士學位獲得者只要求具備了學位條例中的從事科學研究工作的初步能力,而并不培養具有擔負專門技術工作初步能力的碩士研究生[1].隨著經濟發展,各行業對應用型高層次專門人才的需求卻變得愈來愈緊迫.因此,研究生教育改革的重要任務就是要改變人才培養類型單一這一現狀.1986年,國家教委了《關于改進和加強研究生工作的通知》,改變了研究生培養中培養模式單一化這一現狀,變為培養學術型人才與培養應用型人才并重.從1991年起,國務院學位委員會針對經濟建設和社會發展對人才的需要,先后批準設置了工商管理碩士(MBA)、法律碩士(J.M)等12個專業學位.但是,這一時期全日制專業學位研究生的培養工作還沒有大范圍的展開[1].2009年,教育部了《關于做好全日制碩士專業學位研究生培養工作的若干意見》(以下簡稱《意見》).在《意見》中,教育部提出將碩士研究生教育從以培養學術型人才為主,逐漸轉變為以培養應用型人才為主,也即是在研究生培養中以培養全日制專業學位人才為主.教育部在《意見》中明確規定,自2009年起,擴大招收以應屆本科畢業生為主的全日制碩士專業學位范圍,從此全面開展全日制碩士專業學位研究生教育[2].

1.2新模式下的培養目標和要求全日制碩士專業學位研究生培養的主要目標是培養適應社會特定職業或崗位實際工作需要的應用型高層次專門人才.在當前教育改革和社會發展情況下,全日制專業學位的設立有著以下兩個作用:(1)很好滿足了愿意從事實踐性職業,而不愿從事研究和教學的那部分研究生需要;(2)適度的解決了在高等教育走向大眾化過程中不可避免的大學畢業生就業難問題.對于全日制碩士專業學位教育的目標和要求,教育部在《意見》中明確給出了其培養目標主要是培養掌握某一專業(或職業)領域堅實的基礎理論和寬廣的專業知識、具有較強解決實際問題的能力,并能夠承擔專業技術或管理工作、具有良好職業素養的高層次應用型專門人才.在培養過程中,對研究生培養提出了以下4個要求:(1)對課程設置要求以應用為導向,以職業需求為目標,以綜合素養和應用知識與能力的提高為核心;(2)對教學內容要求強調理論性與應用性課程的有機結合,突出案例分析和實踐研究;(3)在教學過程中要求重視運用團隊學習、案例分析、現場研究、模擬訓練等方法;(4)對學生的能力培養要求注重培養學生研究實踐問題的意識和能力.

2應用數理統計教材改革的必要性及其理論基礎

2.1大工程觀下的應用型碩士研究生培養需要對原有的應用數理統計教材進行改革對研究生培養教育的改革,中外各國都在不停的進行探索,其中最著名的是對中國有著重要影響的“大工程觀”.“大工程觀”是美國在20世紀90年代以后由前MIT院長提出的.通過對“大工程觀”和中國現在提出的研究生培養模式改革進行對比分析,不難發現,中國的研究生培養模式改革有著“大工程觀”中“回歸工程運動”的烙印.“大工程觀”中的“回歸工程運動”是一個從過分注重“工程科學”到注重“工程實踐”的轉變[3].從培養模式上來看,就是從學術型培養模式向應用型模式轉變.但是這一“回歸”,它是在肯定工程科學的基礎上重新重視增強工程實踐的內容[3].“大工程觀”的本質上就是將科學、技術、非技術、工程實踐融為一體的具有實踐性、整合性和創新性的“工程模式”教育理念體系[3].縱觀中國的研究生培養模式改革中對全日制碩士研究生專業學位教育的目的和要求,不難發現,這與“大工程觀”中的教育理念有著非常多的重合.因此可以認為,在新的研究生教育改革中,作為科學基礎的數學課程要有所改革,尤其是在工程中有著重要應用的應用數理統計課程更有著改革的需要.這里有必要在深入理解“大工程觀”的理論上對應用數理統計課程進行改革以使得更加適應新模式下研究生培養的需要.另一方面,在研究生培養模式改革下,應用數理統計課程在專業學位研究生培養過程中是必不可少的應用類數學課程.應用數理統計對應用技術發展有著重要作用.在新技應用和發展過程中,嘗試性的科學試驗成為一個重要手段,在一切嘗試科學試驗的領域都需要描述統計學和推斷統計學.同時,應用數理統計學習有助于提高應用型研究生的綜合素養和創新能力.研究生的數學水平是其基礎理論水平的重要組成部分,是研究生綜合素養和創新能力的根基,同樣,也是應用型研究生能否真正成為一個高層次應用人才所應具有的理論準備[4].綜上所述,可以看出,在研究生培養模式改革的背景下,應用數理統計課程在工科研究生培養中有著不可替代的作用.因此有必要在新培養模式下,對應用數理統計教材和教學模式加以改革,以滿足新的需要.

2.2以建構主義理論指導教材改革在教育學理論中,通常認為教師、學生和教材是教學結構的3個基本要素.而教學模式與教學結構有著密切關系[5].建構主義認為,知識是學習者在一定的情境下,借助他人(教師、學習同伴等)的幫助,利用必要的學習材料,通過意義建構的方式而獲得[6].因此,學習資料的好壞將很大程度上決定了學習者對知識的掌握.盡管應用數理統計有著很強的應用背景,但是其中主要的思想主要還是數學思想.鑒于數學的對象主要是抽象的形式化的思想材料,數學的活動也主要是思辨的活動,因此數學新知識的學習就是典型的建構主義活動[7].由此可見,應用數理統計的教材改革,可依據教育心理學理論——建構主義理論來進行.數學建構主義學習的實質是主體通過對客體的思維構造,在心理上建構客體的意義.所謂“思維構造”,即是指主體在多方位地把新知識與多方面的各種因素建立聯系的過程中,獲得新知識意義[7].數學建構主義學習的實質,是主體在以客體作為對象的自主活動中,由于自身的智力參與而產生出個人體驗的過程.客體的意義正是在這樣的過程中建立起來的,離開了“自主活動”、“智力參與”和“個人體驗”就很難真正在心理上獲得客體的意義.因此,“自主活動”、“智力參與”、“個人體驗”,就是數學建構主義學習的主要特征[7].根據數學建構主義學習的實質和3個學習特征,可以對應用數理統計教材進行改革,以適應在新教學理論和教學模式中應用,并實現應用型研究生培養中“回歸工程運動”的目標.

3新模式下教材改革的一些思考和教材的體系構想課程的設置和教材內容對教學質量有著重要的影響[5],教學的好壞,與教材有著重要關系,好教材應該可以使得新教學模式可以很好實現.中國研究生教育中,雖然培養模式已經由學術型為主轉化到應用型為主,但是教材卻很少因此而改變,因此有必要對教材加以改革,研究者在教學過程中,根據應用型研究生的培養要求,對教材改革進行了思考并提出一些建議.

3.1已有教材的一些問題現有研究生用數理統計教材主要針對學術型研究生培養,因此在新培養模式下教材存在如下問題:(1)注重統計思想的講解和推導而應用內容偏少,將數理統計歸為數學學科下的一個分支,內容是估計和假設檢驗為主的統計推斷理論;(2)側重點在公式的理解、定理的推導和證明上;(3)大多沒有對工科研究生非常有用的統計軟件應用和統計實踐的教學要求[8].

3.2教材改革的一些思考通過對新的研究生培養模式探討以及對現有教材存在問題的研究,研究者對新研究生培養模式下教材改革進行了思考并對教材建設有了一些構思.

3.2.1教材應由以理論為主轉為以應用為主從課程理念上看應用數理統計應該是一門側重于應用的學科.統計從某種意義上說是與數據打交道的實用科學.但現有教材過于重視統計思想,往往將加強統計思維方式培養作為教材的重要內容和主要任務.新培養模式下的教材,應該適當保留這些內容,但不應將其作為教材主要部分,應以統計應用訓練和統計技能培養作為教材主要內容和重要任務.同時要注意使得教材能在使用中充分調動和發揮學生的學習主動性.無論是從“大工程觀”的教育理念、數學建構主義學習觀、還是從數理統計教學效果實現來看,教材應該加大統計應用內容.在應用型研究生培養中,如果教材中主要是對統計思想的理論敘述,而沒有實際數據分析訓練,學生們也就無法對統計的廣泛應用性及重要性有深刻體會,同時也不利于對統計思維理解和應用.以應用為主,但不能偏廢理論.隨著時展,科技應用中數據越來越多也越來越復雜,很多經典統計方法在新型數據面前有時會變得無能為力,就要求具體工作者在實際問題中提出新的統計思想和方法,而這需要工作者對已有統計思想有著深刻理解.

3.2.2知識編排模塊化根據理論發展和應用需要,將知識分層次,再根據層次進行模塊化,使學生和教師根據需要自主選擇.在模塊化過程中,一定要將整個數理統計的理論知識和應用型知識理清楚,根據理論發展和應用需要,將知識分層次,然后根據相應層次對知識進行模塊化.內容編排上應注意科學易懂,使學生可以根據需要進行自學,同時也使教師授課時可根據需要進行選擇性的調整教學,也就使得教材能夠很好發揮建構主義學習理論中的學習資源作用,并能很好發揮教師的引導作用和學生的主動性作用.教材知識安排上,應打破已有為學術型研究生培養為主的知識模塊,增加為應用服務的內容.在教材編排上,對數理統計知識進行模塊化編排:以經典數理統計如估計理論、假設檢驗、方差分析和線性回歸等為基礎模塊,這一模塊中教材應編的通俗易懂,便于學生自學,同時給出應用中的主要結論,便于學生在統計分析時候可以直接查用;以多因素方差分析、多元線性回歸分析、聚類分析、因子分析、相關分析為重點應用模塊,這一模塊中主要側重理論的應用,尤其是數據分析實例和結果分析,同時應有相應統計軟件應用和實踐;以非線性回歸分析、時間序列分析、數據挖掘和統計決策為發展模塊,發展模塊主要是給有這方面需求的學生自學用,這一部分應以統計軟件應用和統計實踐為主,而相關理論只做簡單介紹,使得學生能夠了解統計實踐中的結果就行[9~15].

3.2.3增加統計思想歷史介紹對數理統計理論發展歷史的了解,有助于學生對統計分析應用的理解,同時也能培養學生的創新意識.對經典的數理統計理論發展的了解,不僅為學生對后續多元分析等應用統計分析的理論和應用有著更深入的了解,同時也會對應用統計分析得到結果有著更深刻理解.對于應用型研究生,仍需要有很強創造性,而數學思維的學習能很好的鍛煉人的創造能力.數理統計理論發展歷史的了解,可以使學生了解統計由問題到數學理論的過程,鍛煉了學生的數學思維能力,尤其是隨機性數學思維能力,從而培養學生的創新思維能力和意識.

3.2.4加大統計軟件的學習和應用統計軟件的學習和應用可以使學生熟練處理數據.加大統計軟件應用的相關內容,使得學生能針對所學內容很好利用統計軟件對專業中所得的數據進行處理,并能對所得結果進行分析,得到相應的結論.統計軟件的應用學習,可以使學生充分了解統計方法對解決實際問題的需要,感受學習和運用知識的重要性,同時也是數學建構學習中的自主活動和個人體驗.

3.3新模式下應用數理統計教材的體系構想基于以上討論和分析,研究者認為作為新培養模式下的應用數理統計課程教材可按照以下幾個板塊展開.

3.3.1統計理論與統計思想的介紹此板塊主要介紹統計學中的基本思想和基本理論,使學生通過學習能夠較好的掌握隨機性思維方法,同時也能理解統計作為一種數據分析工具,有著其內在的理論含義.在這個板塊中應做到:理論闡述通俗易懂,公式推導和理論分析盡可能不用太過抽象的數學理論,同時又要使得學生認識到數學知識和數學素養在統計分析中的重要性.此板塊中的主要內容在教材中的體現,主要為基礎模塊的絕大部分,重點應用部分模塊中的理論介紹部分和發展模塊中的少部分(相關理論的簡單介紹).

3.3.2統計理論的應用以及統計軟件應用此板塊主要包括兩個部分.第一部分為教材中的統計模型相應例題,為了更好的理解統計思想和理論,同時也是為了更好的掌握數理統計中的統計技術,適量的統計例題是非常重要的.統計例題應該數量適當,同時要能和工科的實際有著緊密的聯系.而且復雜的例題應有著應用統計軟件分析得到的結果.這一部分的內容在教材中,主要為基礎模塊中統計思想和統計理論介紹中部分例題,以及重點應用模塊中絕大部分例題.同時此部分應注意統計建模過程訓練.第二部分為統計軟件學習和應用統計軟件解決較簡單的實際問題,此部分主要為統計軟件學習和應用,由于現有統計軟件有多種,這里研究者將以一種統計軟件為主.此部分主要目的是使學生能夠熟練一種統計軟件,并能應用這一軟件進行實踐.這一部分內容主要在重點應用模塊和發展模塊中.內容安排上,應在重點應用模塊中適當位置先插入一章介紹統計軟件簡單操作,其他軟件應用將與相應統計知識和統計例題結合在一起.

3.3.3統計實踐此板塊主要包括利用已學習的統計知識和統計軟件根據自己專業要求,在專業范圍內針對所得數據進行統計建模并能對所計算結果進行分析得到相應結論.這一板塊中主要內容為重點應用部分模塊的一部分和發展模塊的大部分.同時這一板塊的編排也是我們教材編排的難點部分,需要對數理統計知識在工科中應用有著非常充分的理解.正因為如此,將在教材中只提出指導性意見,而具體的統計實踐將由學生自己去努力完成,并對學生統計實踐完成的內容逐年添加到教材中,完善教材.

4結束語

當然,要真正提高應用數理統計的教學效果,使得數理統計這門課程在應用型研究生培養中發揮更重要作用,從而使高校能提供更多滿足社會需要的高層次應用人才,只進行教材改革是肯定不夠的,還應該從教學模式等方面進行改革,使得學生能夠更好的從教師教學與自身的主動學習中獲得更多的知識并提升自身能力.