概率論與數理統計教學研究
時間:2022-11-07 04:14:39
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1引言
概率論與數理統計作為一門實用性很強的課程,被國內高等院校的數學、統計、經濟與管理等院系設置為基礎課,并且隨著時代的發展越來越受到重視.概率統計涉及的我們生活的許多方面,早在十七世紀概率統計就已經在金融保險業等方面有所應用.隨著社會的發展,又在醫學、交通、人口統計、金融、微商等方面被頻繁應用,并且這些方面有些急需解決的問題也進一步促進了概率統計的發展,使得更多的學者投入到新工具新理論的研究中,讓統計學體系更加完善.這門課程雖然比較抽象,但作為老師要做到讓這門課具體化、生活化并且與實際相結合.目前,大多院校都比較重視理論的講授而輕視實際的應用,老師應當做到在讓學生對學習概率統計產生濃厚興趣,掌握其基本概念、理論和方法的同時,又能從實際問題出發借助概率統計方法進行分析和解決.隨著科學技術的進步和大數據的出現,數據的結構越來越復雜,數據量越來越龐大,大數據所涉及的各行各業時刻影響著我們的生活、工作與學習.在大數據時代,數據就是價值,因此大數據的研究受到了政府、各大高??蒲袡C構以及企業的高度重視.當前,大數據所涉及的內容和方面過于廣泛,具有規模性、多類型性、處理快速性、預測性和潛在性等幾個特征,所以必然要求學生需要掌握一定的數據處理能力,其中統計軟件的操作是必備的處理數據的技能.因此種種這些現實必將促使概率統計課程需要在教學方式上做一些改變.在大數據時代,靈活學會概率統計課程可以讓我們迅速地發現數據內部的規律,可以在大而雜的數據中尋找到需要研究的方向,從而加快對數據的分析處理,進而更快地進入主題[1].在分析大數據時我們總想著找到數據之間的聯系,那么如果我們用概率統計中對隨機現象統計規律的演繹和歸納思想來處理數據,推演數據的演變趨勢會帶來很多的好處.在大數據中運用概率統計模型會讓理論更結合實際,便于學生更加容易掌握這門課程.在本文中作者根據自己多年的教學經驗和對大數據的認識,基于時展和學生自身發展的需要,也促使這門課需要提出一些新的教學方法,提出新的建議.
2對傳統的教學模式和考核機制進行調整
2.1把趣味和生活引進課堂教學.概率統計是對隨機現象中隱藏的客觀規律進行分析研究的學科,相比較其他的數學學科,會更加抽象、更加難以理解.久而久之學生對其學習會失去興趣,這將不利于后面專業課的學習,因此需要通過有趣的教學方法激發學生的學習動力和興趣.每一個新知識點講解的第一節課往往都是學生印象最深的,會對學生以后的學習以及是否能熟練掌握產生極大的影響.教師可以在課程開始前將本節內容的發展史引進課堂,使課堂教學歷史化.所謂“磨刀不誤砍柴工”,在講授新內容之前讓學生全面了解概率統計的發展史,簡要介紹概率統計大家的生平,通過一些趣味故事介紹他們對本節內容的研究過程,讓學生在短時間里通曉古今,對概率統計發展史有一定了解,激發學生對知識的探索的認識,開闊學生眼界,對以后的學習有著引導意義[2].比如在講解概率的定義時,可以告訴學生在概率論的發展歷史上,曾有過概率的古典定義、幾何定義、頻率定義以及主觀定義等.借助具體實例展示這些定義各適用于對應的隨機現象中的概率,進而引出如何給出適用于一切隨機現象的概率的一般性定義的探索性問題.1900年數學家希爾伯特提出要建立概率的公理化定義解決這個問題,1933年蘇聯科學家柯爾莫哥洛夫首次提出了概率的公理化定義,這個定義概括了上述幾種具體概率定義的共同特性,提煉出概率的基本性質,是概率論發展史上的里程碑[3].學生了解這個發展歷史就會對概率的公理化定義容易理解,不會覺得怪異抽象.在大數據時代下學習概率統計應該讓課堂更接近實際生活,選取生活中的真實案例和實際生活情景,讓學生真實感受到概率統計與我們的生活形影不離,無處不在.解決這些實際問題,可以培養他們的理論應用意識,增強分析處理問題的能力,同時也加強了他們的主動性和自覺性.酒吧街頭打賭,運動員射擊比賽,彩票銷售中心等都可以拿來作為課堂案例.比如隨機相遇的兩個人的生日在同一天的可能性有多大?我們知道兩個人生日的所有的可能性搭配有365×365種,其中生日相同有365種可能性,那么這兩個人的生日相同的可能性約為0.0027,這幾乎是不可能發生的.但是假如在人數超過50的一次聚會或者一個班級里,存在兩個人生日相同的概率又是多少呢?這里可以跟學生講一個美國數學家伯格米尼在觀看世界杯足球賽時在臺上隨意挑選了22位觀眾,結果有兩位觀眾的生日相同,通過計算當人數達到64人時,至少有兩人生日相同的概率已經達到99.7%,這幾乎已經是必然事件了,教師可以在班里現場做一個驗證,進一步向學生解釋小概率累積效應,帶動課堂氣氛.2.2改變教學方法和內容.2.2.1教學手段和學習方式比較單一.傳統的教學方式比較單一固化,學生的學習處于被動的地位,一支粉筆一塊黑板的教學模式已經不能完全滿足這門課的需要和社會的發展,課堂需要生動活潑的教學情形.教學過程的枯燥乏味很容易使學生失去學習熱情,所以教學方式的改變已迫在眉睫.首先不再讓多媒體和計算機只是用來播放視頻和課件,要真正的發揮其作用.大數據時代下講授概率統計內容更多的是理論在實際中如何運用,所以當講授完理論的證明后要跳脫出來,向學生解釋定理揭示了哪些問題,定理在實際中有什么用.數理統計那一部分因為涉及大量數據的計算問題,計算量過于龐大所以無法進行具體計算,所以這一部分的難度在于學生如何通過統計軟件得到結果,因此老師應該更多一些的投入時間向學生介紹統計軟件的使用.在概率論部分要求學生可以通過統計軟件進行一些概率實驗,例如用計算機重復實驗蒲豐投針問題,去驗證π的值,這是個很有趣的實驗,相信學生都會在自己動手實驗后對事件的概率這一知識點的理解會更加深刻.所以計算機,多媒體帶來的圖像、模型展示,對實際問題處理的過程會更加易于學生理解、掌握基本知識,同時也提高了學生處理實際問題的能力.2.2.2教學內容過于注重理論.教學內容比較單一,高校里概率論與數理統計這門課主要由概率論基礎知識和統計知識兩部分組成.在實際教學中,教師往往是只對理論及其證明進行介紹,并未更多的解釋理論的實用性,其間雖有部分習題,但也都是把實例簡化后很容易就能得到結果的問題.整個課時的安排也是概率論所花時間多,而數理統計只用很少的時間來介紹部分統計內容.這樣的教學內容很容易讓學生對概率統計這門課產生誤解,認為這門課就是在學習公式、定理和證明,從而忽略了概率統計本身的實用性和具體解決實際問題的思想,這是很不合理的,在大數據一年強過一年的趨勢下應該提高學生解決實際問題、分析數據的能力.為此應優化教學內容,教師帶著學生先瀏覽涉及概率統計的實際問題的風景,而后再進入概率統計的天堂,就使得各種概念和理論有了有源之水、有本之木.強化概率統計思想與方法的認識,增加統計軟件的操作學習,具體體現在以下幾方面.①在不影響課程完整性的條件下,可以適當的降低理論的難度,增加趣味性和實用性,便于學生更容易理解基本概念.②為加強學生運用統計知識處理數據的能力,增加描述性統計部分內容,能夠進行數據的頻數分析、集中趨勢分析、離散程度分析、分布以及一些基本的統計圖形[4].③融入統計建模思想和數學建模思想,提高學生的團隊協作的精神和根據實際問題建模的動手能力,建立概率統計案例庫,以案例引入知識點,將統計和數學建模的思想融入概率統計的教學當中,使學生對概率統計知識的運用受到實訓和培養.近幾年來,全國數學建模比賽試題中頻繁出現涉及概率統計知識的題目,統計建模大賽選題形式實行開放性的數據分析模式.例如:2015年的B題“互聯網+”時代的出租車資源配置,2013年D題公共自行車服務系統,2011年A題的城市表層土壤重金屬污染分析.2018“東證期貨杯”全國大學生統計建模大賽初賽通過直接在線發放選題數據撰寫初賽論文.這些試題都需要參賽者對數據進行分析,要求參賽者懂得概率統計的知識,所以將統計和數學建模的思想融入概率統計的教學過程當中,有助于提高學生的數據分析和建模能力[5].④開設實驗課,將SPSS、SAS、R等統計軟件引入到教學中.2.3改變考核內容.除了教學方法、手段、教學內容需要改變外,學生的考核標準是否合理也是需要深思的.傳統的方式是通過課后作業情況和最終的考試成績來判斷教學成果和學生的學習情況,由于現在學生作業的抄襲情況嚴重,老師如果僅通過學生上交的作業完成情況來判斷學生的學習情況是不準確的,因此改變考核機制是有必要的.教師應采取更靈活的考核方式,由考試成績、論文成績、實踐成績、平時成績這四部分來確定學生的最終成績.增加課程論文這一項的好處有很多,它不僅可以促使學生在完成的過程中復習所學知識,而且能夠培養學生自己查閱資料和歸納總結的能力、應用分析問題能力、組織和表達能力等.實踐成績包括實驗課的表現,參加建模比賽等活動的成績.平時成績包括聽課效果、作業的完成、課堂的隨機性提問、隨機小測驗等.通過這寫靈活多樣的考核方式得到最終的成績就比較全面,可以更好地了解學生的學習情況和教師教學成果,也符合大數據時代背景下應用型人才的培養需求,也最終達到了統計學人才培養的目標.
3結束語
隨著科學技術的進步,大數據有著一年強過一年的趨勢,深入到各個領域,其分析應用服務于社會越來越多的領域.在此背景下,培養應用型人才是高校非常重要的教學目標.概率論與數理統計的靈活運用將會給大數據的研究帶來新的發展和有效的利用.上述是作者結合自身的教學體會與實踐所提出的一些建議.總之,教學既包括教也包括學,在教與學的過程中需要根據不同的學生和不同的課程不斷地改變教學方式和教學內容,因材施教,激發學生的學習熱情.時代的快速發展變化,也必將促使我們在教學過程中要不斷地完善教學手段和方法,改進考核方式,致力于提高學生的綜合素質.
參考文獻:
〔1〕翟雪.基于大數據下概率論與數理統計的研究與分析[J].科技經濟導刊,2016(25):141-142.
〔2〕陳忠維,惠淑榮,鄭鈺.高等學校概率論教學改革的探索與實踐[J].沈陽農業大學學報,2011(13):331-334.
〔3〕茆詩松,程依明,濮曉龍.概率論與數理統計[M].北京:高等教育出版社,2004.12.
〔4〕谷艷華.大數據時代概率論與數理統計課程改革探析[J].課程教育研究,2017(2):243.
〔5〕郭良棟,武力兵.大數據時代下《概率論與數理統計》課程教學改革的研究與實踐[J].教育教學論壇,2018(16):149-150.
作者:沈愛婷 單位:安徽大學
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