理論聯(lián)系實(shí)際，提高《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》教學(xué)質(zhì)量

摘 要：水文統(tǒng)計(jì)學(xué)是根據(jù)水文現(xiàn)象的特點(diǎn)，將概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理和方法應(yīng)用于水文數(shù)據(jù)的分析并做出推斷的學(xué)科?！端慕y(tǒng)計(jì)學(xué)》這門課程就是介紹水文統(tǒng)計(jì)學(xué)這一學(xué)科的專業(yè)課，是水文與水資源工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)用性，是研究水文現(xiàn)象的有力工具，在水文生產(chǎn)和科研中應(yīng)用十分廣泛。由于這門課程比較抽象，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映這門課程比較難學(xué)。本文從如何理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、理解抽象概念、介紹統(tǒng)計(jì)軟件、以科研促教學(xué)四個(gè)方面就提高本課程教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：水文統(tǒng)計(jì) 理論聯(lián)系實(shí)際

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-1875(2009)07-067-02

水文統(tǒng)計(jì)學(xué)是根據(jù)水文現(xiàn)象的特點(diǎn)，將概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理和方法應(yīng)用于水文數(shù)據(jù)的分析并做出推斷的學(xué)科。其主要研究對(duì)象為各種水文特征值，如年洪峰流量、年徑流量、各種雨量、泥沙、水位等。水文現(xiàn)象除受由日地關(guān)系所確定的周期性因素、由物理關(guān)系所制約的確定性因素的影響外，還受到大量隨機(jī)因素的影響。因此，概率統(tǒng)計(jì)方法便成為分析水文現(xiàn)象，揭示其統(tǒng)計(jì)規(guī)律的重要手段。水文統(tǒng)計(jì)學(xué)為工程水文、水文分析與計(jì)算提供計(jì)算的基本理論與方法。通過(guò)工程水文及水文分析與計(jì)算，水文統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)工程的水文設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的合理性有很大影響，從而有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。

《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》這門課程就是介紹水文統(tǒng)計(jì)學(xué)這一學(xué)科的專業(yè)課，是水文與水資源工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)用性，是研究水文現(xiàn)象的有力工具，在水文生產(chǎn)和科研中應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃，該課程安排在大三上學(xué)期，在水文專業(yè)學(xué)生學(xué)完《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》后開(kāi)課，是水文專業(yè)學(xué)生從公共基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)過(guò)渡到專業(yè)課學(xué)習(xí)的一個(gè)橋梁，是學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程（如《水文預(yù)報(bào)》、《水文水利計(jì)算》等）的基礎(chǔ)。因此，該課程學(xué)習(xí)效果的好壞，不僅直接影響其他水文專業(yè)課的學(xué)習(xí)，而且對(duì)學(xué)生畢業(yè)后從事生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究都將產(chǎn)生重要影響。

然而，由于這門課程比較抽象，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映這門課程比較難學(xué)、基本概念比較抽象、不易掌握、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高。筆者從事《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》已有幾年，在這幾年的教學(xué)過(guò)程中，和學(xué)生一起學(xué)習(xí)，小有收獲，在此筆者就如何理論聯(lián)系實(shí)際，以提高本課程的教學(xué)效果作一些理論探討。

一、理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

我校水文專業(yè)《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》這門課程選用的教材是河海大學(xué)黃振平老師編寫的《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》。該教材是國(guó)家十五規(guī)劃系列教材，是黃振平老師多年從事水文統(tǒng)計(jì)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。該教材比較系統(tǒng)地介紹了水文工作中常用的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理與方法，由概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、誤差分析以及隨機(jī)過(guò)程四部分組成。全書(shū)條理清晰，敘述簡(jiǎn)練通俗，循序漸進(jìn)。書(shū)中例題較多，每章配有適量習(xí)題，書(shū)后還附有習(xí)題答案和常用數(shù)表。應(yīng)該說(shuō)選用這本書(shū)作為《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》的教材最合適不過(guò)了，但令我意外的是，在第一次上課的時(shí)候，預(yù)習(xí)了的學(xué)生提出這樣一個(gè)問(wèn)題：黃振平老師的《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》前面八章和他們剛剛學(xué)完的《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》很相似，他們覺(jué)得沒(méi)有必要重新學(xué)一門名字不同，但內(nèi)容相似的課程。課后，我仔細(xì)對(duì)比了《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》與《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》，確實(shí)從內(nèi)容上看，這兩本書(shū)有太多的相似之初，但仔細(xì)比較，兩者還是有不同之處。

最大的不同就是兩者的側(cè)重點(diǎn)不同。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)是研究隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律的一門學(xué)科，具有嚴(yán)密的系統(tǒng)性和邏輯性；而《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》是結(jié)合水文現(xiàn)象的實(shí)際，介紹概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本概念與原理，其中大部分內(nèi)容和方法屬于概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的具體應(yīng)用。由此看出，水文統(tǒng)計(jì)學(xué)不同于一般的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，它是從水文工作的實(shí)際需要出發(fā)，在適當(dāng)注意數(shù)學(xué)理論的嚴(yán)密性和系統(tǒng)性的前提下，更注重理論與方法的應(yīng)用。

將《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》與《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》聯(lián)系起來(lái)是因?yàn)椋核默F(xiàn)象同其它一切自然現(xiàn)象一樣，在其發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，既有確定性的一面，也有隨機(jī)性的一面。水文統(tǒng)計(jì)學(xué)就是研究水文現(xiàn)象隨機(jī)性的科學(xué)，它廣泛應(yīng)用于水文學(xué)的各個(gè)方面，如在水文測(cè)驗(yàn)中，站網(wǎng)的規(guī)劃，測(cè)驗(yàn)規(guī)范的制定，測(cè)驗(yàn)誤差的分析等；此外，在水文水利計(jì)算的規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理等領(lǐng)域，也都要用到概率統(tǒng)計(jì)方法。這就決定了要想學(xué)好《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》這門課程，我們必須理論聯(lián)系實(shí)際，當(dāng)然首先是要理論聯(lián)系實(shí)際激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在弄清楚《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》與《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》的區(qū)別與聯(lián)系后，第二次課上筆者首先列舉了大量的《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》在水文工作中的應(yīng)用實(shí)例。比如，舉世矚目的三峽工程，它的壩高是如何確定的？在一個(gè)流域，怎樣合理布置測(cè)站，以最經(jīng)濟(jì)的方式控制整個(gè)流域的水文要素？……在聽(tīng)完這些生動(dòng)的實(shí)例后，學(xué)生終于明白這門課程和他們剛剛學(xué)完的《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》不一樣。以前在《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》中枯燥的知識(shí)、不知道怎么用的知識(shí)，現(xiàn)在看起來(lái)都這么有用，因此學(xué)習(xí)這門功課的興趣大增。

二、理論聯(lián)系實(shí)際，理解抽象概念

水文統(tǒng)計(jì)學(xué)中的許多概念和理論往往與大量的實(shí)際問(wèn)題緊密聯(lián)系，這使得這些概念與理論都具有十分明確的實(shí)際意義。水文統(tǒng)計(jì)學(xué)中的許多概率統(tǒng)計(jì)理論與方法不僅在水文領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，而且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、交通、通訊、衛(wèi)生等很多行業(yè)都大放異彩。因此，在教學(xué)過(guò)程中理論聯(lián)系實(shí)際，不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，還能幫助學(xué)生理解這些抽象的概念與理論。[1]

實(shí)際上，在長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)和社會(huì)時(shí)間中，學(xué)生都已具備一些概率統(tǒng)計(jì)方面的感性認(rèn)識(shí)，僅僅是還沒(méi)上升到理論高度而已。比如最簡(jiǎn)單、最公平的解決分配問(wèn)題的方法——“抓鬮”。大多數(shù)人都愿意用“抓鬮”的方法來(lái)解決有關(guān)“分配”問(wèn)題，這是因?yàn)樗麄円庾R(shí)到每人“抽中”的機(jī)會(huì)是相等的。再比如競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中，通過(guò)拋硬幣決定發(fā)球的先后，這是因?yàn)閽佊矌懦霈F(xiàn)正面和反面的可能性一樣大。諸如此類的問(wèn)題在我們生活中很常見(jiàn)，所以，如果在教學(xué)過(guò)程中借助學(xué)生已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)介紹有關(guān)概念往往能幫組他們理解這些抽象的概念，取得較好的教學(xué)效果。最明顯的一個(gè)案例是結(jié)合實(shí)際讓學(xué)生理解極大似然原理。極大似然原理在參數(shù)估計(jì)中的應(yīng)用十分重要，這個(gè)原理也比較抽象，因此在介紹極大似然原理時(shí)，先讓學(xué)生考慮如下問(wèn)題：一個(gè)盒子里有紅、白兩種顏色的球100個(gè)，已知其中10個(gè)為一種顏色，另外90個(gè)另一種顏色?，F(xiàn)從中任取一球?yàn)榧t球，試估計(jì)盒中白球有幾個(gè)？[2]幾乎所有的學(xué)生都能估計(jì)出盒中白球有10個(gè)。部分學(xué)生張還能給出理由：經(jīng)驗(yàn)告訴我們?nèi)〕龅那驊?yīng)該為數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的那種顏色球，因?yàn)槌榈綌?shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的球的可能性比另一種球大得多，而從盒中取出一球?yàn)榧t球，因而盒中紅球應(yīng)該比白球多，由此可以估計(jì)盒中白球數(shù)為10個(gè)。實(shí)際上這就應(yīng)用了極大似然原理的基本思想：如果在一次隨機(jī)試驗(yàn)中某一事件發(fā)生了，則可認(rèn)為在諸多可能發(fā)生的事件中該事件發(fā)生的可能性最大。由此看出，大多數(shù)學(xué)生都已經(jīng)具備了極大似然估計(jì)的基本知識(shí)。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單、具體的實(shí)例可以讓學(xué)生很快理解并掌握該原理。

三、理論聯(lián)系實(shí)際，介紹統(tǒng)計(jì)軟件

水文統(tǒng)計(jì)學(xué)中的一些原理很簡(jiǎn)單，可要應(yīng)用于水文實(shí)際，若不借助計(jì)算機(jī)，常常無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)樗臄?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量一般很大，若沒(méi)有計(jì)算機(jī)做輔助計(jì)算工具，單憑人工計(jì)算，簡(jiǎn)單的問(wèn)題也很難解決。最明顯的一個(gè)例子，是在線性回歸的計(jì)算中，一方面我們要讓學(xué)生掌握線性回歸計(jì)算的原理以及解題步驟，在這個(gè)內(nèi)容的講解過(guò)程中，我們通常只列出幾對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行演示講解；另一方面我們要讓學(xué)生知道，在實(shí)際計(jì)算中，通常數(shù)據(jù)量是很大的，也就是數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)是很大的，這個(gè)時(shí)候我們必須借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，最簡(jiǎn)單、最常用的一個(gè)軟件就是EXCEL。應(yīng)用EXCEL軟件自帶的計(jì)算及函數(shù)功能我們常?？梢院雎詳?shù)據(jù)量的多少，這也是我們?cè)趯?shí)際中解決問(wèn)題之道。相比之下，后者應(yīng)該是學(xué)生掌握的重點(diǎn)，因此，在教學(xué)過(guò)程中我們應(yīng)該讓學(xué)生在掌握基本原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)掌握用EXCEL軟件解決統(tǒng)計(jì)問(wèn)題的方法。實(shí)踐也證明，這方面的教學(xué)大部分學(xué)生都很感興趣，認(rèn)為在以后的深造和工作過(guò)程中很有實(shí)用價(jià)值，教學(xué)反映良好。

在學(xué)生掌握以上知識(shí)的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步理論聯(lián)系實(shí)際，向他們介紹一些專業(yè)的統(tǒng)計(jì)軟件，如SIGMASTAT、MATLAB、SPSS等，以進(jìn)一步激發(fā)他們學(xué)習(xí)本課程的興趣，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)這些統(tǒng)計(jì)軟件。

四、理論聯(lián)系實(shí)際，以科研促教學(xué)

在前面我們已經(jīng)講到，水文統(tǒng)計(jì)學(xué)在水文工作實(shí)際中有很多應(yīng)用。這種應(yīng)用如果只停留在口頭上，一方面學(xué)生認(rèn)同、重視的程度不夠；另一方面，學(xué)生對(duì)具體怎么應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際水文問(wèn)題還是不清楚，因此，有必要拿出具體的水文科研項(xiàng)目，以此為案例進(jìn)行講解。

在本學(xué)期的水文統(tǒng)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，恰好有這么一個(gè)機(jī)會(huì)。當(dāng)時(shí)我校附近某水文站正在進(jìn)行水位流量關(guān)系單值化處理研究，另一方面，學(xué)校正在鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。于是我將這兩者結(jié)合起來(lái)，以該站水位流量關(guān)系單值化處理研究這一具體項(xiàng)目為藍(lán)本，向?qū)W生介紹單值化處理研究過(guò)程中水文統(tǒng)計(jì)知識(shí)的應(yīng)用，在學(xué)生掌握單值化處理研究的基本原理后，鼓勵(lì)他們學(xué)好水文統(tǒng)計(jì)學(xué)，學(xué)好上述統(tǒng)計(jì)軟件，積極參與到該研究項(xiàng)目中來(lái)。課后好多學(xué)生或報(bào)名參加該項(xiàng)目，或咨詢MATLAB、SPSS等軟件的相關(guān)知識(shí)，學(xué)習(xí)熱情大增，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和目的性都有很大的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃振平.認(rèn)真總結(jié)不斷提高《水文統(tǒng)計(jì)學(xué)》課程教學(xué)質(zhì)量[J].河海大學(xué)高等教育學(xué)報(bào)，1997（4）.

[2]黃振平.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].河海大學(xué)出版社，2003.