概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程應(yīng)用型教學(xué)法研究

包淑華 張 健

（呼倫貝爾學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008）

對高等院校來說，概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程是理工類和管理類專業(yè)的一門重要的公共數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課，對學(xué)生綜合能力的提高和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)都有重要作用。下面就相對偏遠地區(qū)的高校如何切實改善概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程的應(yīng)用型教學(xué)，提高學(xué)生利用所學(xué)知識去解決各種問題的能力進行探討。

一、概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程教學(xué)現(xiàn)狀

第一，在高等院校概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程的教學(xué)中存在“重視概率、輕視統(tǒng)計”的現(xiàn)象［1］。甚至有些給非數(shù)學(xué)專業(yè)授課的教師對數(shù)理統(tǒng)計部分只做簡單介紹或者不講。主要原因是本課程知識點多，計劃學(xué)時量有限。第二，對課程理論部分的講解和練習(xí)比較多，對日常生活和學(xué)生所學(xué)專業(yè)有關(guān)聯(lián)的應(yīng)用型案例講得偏少。分析主要原因，大部分任課教師擅長理論推導(dǎo)和分析，對授課專業(yè)的實踐應(yīng)用不夠了解［2］。第三，課程的開課專業(yè)較多，但他們對學(xué)時量的設(shè)置參差不齊，雖然各專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)與需求大不相同，但授課教師對課程內(nèi)容沒有明確界定，區(qū)分度不高［3］。

二、優(yōu)化概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程應(yīng)用型教學(xué)的措施

為更好地促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識，緩解因?qū)W時量有限造成統(tǒng)計學(xué)部分的缺失，任課教師要做到以下兩點：明確自主學(xué)習(xí)的重要性，制定學(xué)習(xí)的方案和細則，科學(xué)理性改進課程考核方式，及時驗收并聽取學(xué)生匯報，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)落到實處，切實提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

（一）學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方案及考核方式

任課教師制定課程自主學(xué)習(xí)的方案時，既要掌握該課程產(chǎn)生的歷史背景和統(tǒng)計思想方面的內(nèi)容，更需要有統(tǒng)計軟件的操作能力，只有這樣才能更好地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、解決問題的能力。學(xué)生執(zhí)行自主學(xué)習(xí)的方案如下：

項目1：基本掌握概率論與數(shù)理統(tǒng)計的起源和發(fā)展史；

項目2：會使用兩種統(tǒng)計軟件，能解決簡單的統(tǒng)計問題。

考核方式：項目1在開課后前三周內(nèi)以2-3名學(xué)生為單位提交有關(guān)概率論與數(shù)理統(tǒng)計的起源、發(fā)展歷史及統(tǒng)計思想的綜述，并以PPT形式匯報；項目2以2-3名學(xué)生組成項目組，在結(jié)課前提交相應(yīng)案例的統(tǒng)計軟件運行結(jié)果，并進行匯報和演示。由于時間有限，全班可分成兩組分別選擇項目1和項目2來完成。除此之外，為鼓勵學(xué)生參加相關(guān)學(xué)科競賽，可邀請參加過“全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽”的同學(xué)（概率論與數(shù)理統(tǒng)計方面的作品）分享參賽經(jīng)驗和獲獎作品。

（二）把握課程內(nèi)容的區(qū)分度

授課學(xué)院應(yīng)明確理工類、文管類及不同學(xué)時專業(yè)的授課計劃和考核方式，統(tǒng)一應(yīng)用型教育的思想，規(guī)范應(yīng)用型教學(xué)的內(nèi)容。如，理工類專業(yè)可根據(jù)學(xué)時量進行隨機事件及其概率，隨機變量及其分布，隨機變量的數(shù)字特征、抽樣分布、參數(shù)估計等內(nèi)容；對文管類專業(yè)的學(xué)生根據(jù)高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較弱等特點，依照學(xué)時量適當(dāng)刪減二維連續(xù)型隨機變量及其分布、參數(shù)估計等內(nèi)容，并加強和保障學(xué)生在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識方面的準確應(yīng)用。

（三）規(guī)范和加強課程網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)

鼓勵任課教師建立對應(yīng)課程的微信群和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（如超星學(xué)習(xí)通、釘釘?shù)龋Ｒ环矫?，方便教師布置學(xué)習(xí)任務(wù)、課下答疑和互動交流。另一方面，教師上傳到平臺的應(yīng)用視頻案例、學(xué)習(xí)資料等能隨時被學(xué)生下載和參考，減少學(xué)習(xí)的障礙。

三、概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程的教學(xué)與實踐

應(yīng)用型教學(xué)法的目的是以“理論與應(yīng)用相結(jié)合”的教學(xué)法縮短教與學(xué)的距離，提高學(xué)生運用掌握的數(shù)學(xué)知識解決實際問題的能力。下面通過個別案例來說明理論與應(yīng)用相結(jié)合的模式。

（一）理論與軟件應(yīng)用相結(jié)合

教師可用經(jīng)典的“三門問題”作為貝葉斯公式的引入。“三門問題”是來自美國某一電視節(jié)目中的游戲，此游戲是在三個關(guān)閉的門（編號不妨記為1到3）后分別停放一輛汽車、兩只羊。游戲的參與者只能從中選擇一扇門，該門打開后參與者就可以免費獲得門后的獎品（汽車或山羊）。如果假設(shè)，主持人事先已經(jīng)知道幾號門后是汽車，當(dāng)游戲參與者選擇了1號門，而在未打開此門時主持人先開了2號門，并且發(fā)現(xiàn)門后是一只山羊。這個時候，主持人問參與者是否要更換最初的選擇。如果你是游戲的參與者，是和否會更換選擇呢？

從表面上看，由于已經(jīng)排除了2號門，所以在1號和3號門后是汽車的概率相等，那實際情況果真如此嗎？

分析：為使參賽者獲大獎（汽車）的概率最大化，我們需要計算兩個條件概率。第一，在已知2號門后是山羊的條件下1號門后是汽車的概率；第二，在已知2號門后是山羊的條件下3號門后是汽車的概率。

再由條件概率和全概率公式可得

從上述兩個事件發(fā)生的概率可知，參賽者若將已選擇的1號門改為3號門能讓獲大獎的概率增加1倍。通過這樣一個案例，學(xué)生能很自然地掌握并理解這個求“后驗概率”的方法（貝葉斯公式）。

除了用上述貝葉斯公式外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)Matlab或python 軟件來隨機模擬求解“三門問題”。例如，在已知2號門后是山羊的條件下，用python 軟件模擬10000次的重復(fù)試驗，通過分別計算1號和3號門后是汽車的頻率來驗證上述結(jié)論，這樣不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，還能培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。下面是使用python的random模塊和matplotlib模塊繪制的折線圖（圖1）。

圖1

對一些不方便實體操作的案例，教師要會靈活改變試驗場景，例如上面的“三門問題”可以改成方便操作的“有獎競猜”游戲：教師在講桌上放三個粉筆盒分別記為1、2、3號，其中一個裝有粉筆，其他兩個均為空盒。讓學(xué)生猜測哪一個是裝有粉筆的盒子，如果猜中了有獎勵。假設(shè)任課教師事先知道哪個盒子里裝有粉筆，如果學(xué)生選擇的是1號盒，但在未打開此盒之前任課教師打開2號盒，顯示該盒是空盒。這時，老師征詢該生是否將當(dāng)初選的1號盒更換為3號盒？通過這樣簡單的互動，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能充實應(yīng)用案例教學(xué)的內(nèi)容，使概率論與數(shù)理統(tǒng)計的知識變得形象而生動［4］。

（二）邏輯與思考相結(jié)合

《論語·為政》中說：“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”。對一個實用性很強的課程，教師在講新概念時如果只是介紹定義，那么學(xué)生基本只會知其然而不知其所以然［5］。為讓學(xué)生養(yǎng)成較好的邏輯思維能力，教師要善于啟發(fā)、設(shè)問和增加互動。

例如講方差的概念時，教師可通過列舉有關(guān)案例提出問題：怎樣用數(shù)學(xué)的方法去度量隨機變量與其期望值的偏離程度？有學(xué)生會提出用來表示的想法；但是的正負項能抵消，顯然不能很好地反映需要的偏差；而確實能度量與其期望的偏離程度，只因絕對值存在運算不方便的缺點，從而有了方差的定義式。通過這一系列辯證思考，學(xué)生對定義能加深理解。

四、結(jié)語

為更好地加強應(yīng)用型教學(xué)的目的，將“理論與應(yīng)用相結(jié)合”的教學(xué)法引入課堂教學(xué)，能夠縮短教與學(xué)的距離，提高學(xué)生運用掌握的數(shù)學(xué)知識解決實際問題的能力。應(yīng)用型教學(xué)法，無論對學(xué)生還是教師都是一種挑戰(zhàn)，也是一分收獲，既能提高教師的業(yè)務(wù)水平，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣學(xué)以致用，對培養(yǎng)學(xué)生自主思考和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)起到推動作用。