段曉君,楊文強(qiáng)
(國(guó)防科技大學(xué)理學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙410073)
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概率統(tǒng)計(jì)課程的遞進(jìn)式多層次實(shí)踐教學(xué)模式分析
段曉君,楊文強(qiáng)
(國(guó)防科技大學(xué)理學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙410073)
[摘要]提供了概率統(tǒng)計(jì)課程的一種遞進(jìn)式多層次實(shí)踐教學(xué)機(jī)制設(shè)計(jì)方法,核心是在課堂教學(xué)過(guò)程中貫穿理論講授與實(shí)踐訓(xùn)練相融合的思想,提升學(xué)生的理解深度和應(yīng)用能力,激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造力.遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)分三個(gè)層次:基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專(zhuān)題應(yīng)用、基于建模的拓展研究,分別考慮課程內(nèi)容覆蓋性、難點(diǎn)應(yīng)用、綜合平衡能力提升,進(jìn)行遞進(jìn)式訓(xùn)練,以達(dá)到提升學(xué)生實(shí)踐認(rèn)知,加強(qiáng)其應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)解決問(wèn)題的創(chuàng)新性與綜合性能力.
[關(guān)鍵詞]概率統(tǒng)計(jì); 實(shí)踐教學(xué)模式; 多層次遞進(jìn)方法
1引言
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)是研究隨機(jī)現(xiàn)象的學(xué)科,從內(nèi)容到方法與其它數(shù)學(xué)課程有顯著不同,其教學(xué)思想也與學(xué)生在以前接觸過(guò)的絕大多數(shù)數(shù)學(xué)課程存在較大差異[1].課程目的是通過(guò)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐教學(xué),使學(xué)員掌握概率論的思想、隨機(jī)變量、各類(lèi)概率分布、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集描述與解釋、分析及推斷等基本理論與方法,學(xué)會(huì)運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)進(jìn)行思考,并解決實(shí)際工作中的概率統(tǒng)計(jì)問(wèn)題.
概率統(tǒng)計(jì)是數(shù)學(xué)中與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系最緊密、應(yīng)用最廣泛的學(xué)科之一.教學(xué)過(guò)程中可以引入許多非常有趣和實(shí)用的建模例子,一旦學(xué)生從實(shí)例中認(rèn)識(shí)到這一概念在實(shí)際生活中的重要性,緩解了對(duì)于新概念的恐懼,就會(huì)產(chǎn)生求知欲從而積極地學(xué)習(xí)[2-3].概率統(tǒng)計(jì)實(shí)踐教學(xué)對(duì)于提升學(xué)生對(duì)概率的理解深度、對(duì)統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用能力,進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造力非常重要.我們的主要做法是:設(shè)計(jì)概率統(tǒng)計(jì)課程的遞進(jìn)式多層次實(shí)踐教學(xué)機(jī)制,核心是在課堂教學(xué)過(guò)程中貫穿理論講授與實(shí)踐訓(xùn)練相融合的思想,創(chuàng)造一個(gè)多層次的實(shí)踐環(huán)境去夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí),并誘導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,培養(yǎng)他們的自學(xué)能力,增強(qiáng)他們的數(shù)學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力,強(qiáng)調(diào)的是獲取新知識(shí)的能力,是解決問(wèn)題的過(guò)程,而不是知識(shí)與結(jié)果,更重要的是激發(fā)學(xué)生探求解決問(wèn)題的興趣.
本文介紹了遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)的三個(gè)層次及特點(diǎn),并提供了相應(yīng)的案例分析,展示解決問(wèn)題的過(guò)程中如何夯實(shí)學(xué)生的概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ),激發(fā)學(xué)生的興趣,提升數(shù)學(xué)認(rèn)知,加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)解決問(wèn)題時(shí)對(duì)創(chuàng)新性與綜合性等的全局把握感和平衡感.
2遞進(jìn)式案例教學(xué)的三個(gè)層次
遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)層次:
(i) 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn);
(ii) 專(zhuān)題應(yīng)用及提升;
(iii) 基于建模的拓展研究.
可通過(guò)不同層次的內(nèi)容逐步培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)建模解決實(shí)際問(wèn)題的能力.
第一個(gè)層次的實(shí)踐設(shè)計(jì)內(nèi)容主要考慮課程基本內(nèi)容的覆蓋性;第二個(gè)層次的實(shí)踐設(shè)計(jì)內(nèi)容主要針對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)題應(yīng)用和深入理解;第三個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)屬于綜合和平衡性環(huán)節(jié),需結(jié)合科研及建模問(wèn)題進(jìn)行問(wèn)題征集、案例篩選、應(yīng)用及反饋,基于實(shí)際問(wèn)題的提出,結(jié)合探尋解決手段、批判思考、方案選擇、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及歸納總結(jié)的過(guò)程,可提升學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)建模、進(jìn)行適應(yīng)性解決的能力.
遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)的三個(gè)層次及功能相關(guān)關(guān)系如下圖所示:
圖1 遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)的三個(gè)層次
三個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)互為補(bǔ)充,層層遞進(jìn),逐步提升難度,可為學(xué)生提供多維度的實(shí)踐訓(xùn)練。最高層次的基于建模的拓展研究屬于彈性教學(xué)內(nèi)容,可根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)在選材和教學(xué)方法上進(jìn)行優(yōu)化選擇.
3基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)
傳統(tǒng)課程教學(xué)往往較多地注重?cái)?shù)學(xué)公式的推導(dǎo)與演算能力的培養(yǎng),而實(shí)際上,僅僅通過(guò)學(xué)生交流、板書(shū)授課、黑板做題以及多媒體演示是不夠的.學(xué)生也希望有更多機(jī)會(huì)了解和體驗(yàn)與理論概念知識(shí)相關(guān)的實(shí)際背景.基本概念體驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)就是通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生直觀了解概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的一些基本思想和方法,深化學(xué)生對(duì)概率統(tǒng)計(jì)理論的理解.
數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是以計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)軟件的應(yīng)用為平臺(tái),結(jié)合數(shù)學(xué)模型,模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行的教學(xué)模式.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)基本教學(xué)內(nèi)容的覆蓋性,即隨機(jī)變量、分布函數(shù)、數(shù)字特征、極限理論、基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的收集與描述、抽樣與抽樣分布、方差分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、常用的參數(shù)檢驗(yàn)和非參數(shù)檢驗(yàn)方法、線(xiàn)性回歸方法等都有涉及.在教學(xué)中我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)[4]:拋硬幣實(shí)驗(yàn)、“蒲豐投針”試驗(yàn)、正態(tài)分布密度函數(shù)的實(shí)驗(yàn)、二項(xiàng)分布的正態(tài)逼近、Monte-Carlo仿真、直方圖的實(shí)驗(yàn)、t分布與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的比較、無(wú)理數(shù)e的隨機(jī)特征、無(wú)理數(shù)π的隨機(jī)特征與Pearson擬合檢驗(yàn)、假設(shè)檢驗(yàn)、一元線(xiàn)性回歸等,讓學(xué)生自己動(dòng)手,運(yùn)用Mathematica、Matlab、SPSS等工具,觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果,促使學(xué)生加深了對(duì)概率統(tǒng)計(jì)課程理論知識(shí)的理解和感性認(rèn)識(shí),使學(xué)生直觀地感受到概念發(fā)生的過(guò)程,理解其本質(zhì),同時(shí)通過(guò)將理論教學(xué)與實(shí)際案例有機(jī)地結(jié)合起來(lái),收到了良好的教學(xué)效果.
以蒲豐投針實(shí)驗(yàn)為例,蒲豐投針實(shí)驗(yàn)是著名的利用幾何概率求圓周率的實(shí)驗(yàn).這個(gè)實(shí)驗(yàn)給出了一個(gè)全新的利用概率思想計(jì)算π的近似值的方法,后來(lái)這種方法發(fā)展成為利用計(jì)算機(jī)模擬解決數(shù)學(xué)和物理問(wèn)題的重要方法之一:蒙特卡羅方法.