轉(zhuǎn)型背景下《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》教學(xué)的改革與實踐

梁瑛 吳宏鍔

（南陽理工學(xué)院 數(shù)理學(xué)院，河南南陽473000）

轉(zhuǎn)型背景下《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》教學(xué)的改革與實踐

梁瑛 吳宏鍔

（南陽理工學(xué)院 數(shù)理學(xué)院，河南南陽473000）

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)并結(jié)合概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程的特點，從教學(xué)方法和模式上進(jìn)行教學(xué)改革和實踐。實踐證明，這些可以有效的促進(jìn)學(xué)生參與和融入教師的教學(xué)中，提高學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。

數(shù)學(xué)史；理論聯(lián)系實際；數(shù)學(xué)實驗；多媒體輔助傳統(tǒng)教學(xué)；數(shù)學(xué)應(yīng)用能力

隨著經(jīng)濟(jì)的增長，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會對人才的的需求越來越多樣化。社會的需要特別是地方院校所在地的需要，高等院校必須培養(yǎng)出一大批應(yīng)用型人才，技能型人才和創(chuàng)新型人才才能滿足社會的需求。2014年我國高等教育結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整深入推進(jìn)：1200所高等院校中600多所地方新建本科院轉(zhuǎn)向職業(yè)教育，這在很大程度上影響了一些地方新建本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)定位。我校在服務(wù)于南陽地方經(jīng)濟(jì)為理念的前提下，經(jīng)過數(shù)十年來的本科辦學(xué)實踐，定位以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)?；诖?，一般應(yīng)用型本科院校理工科許多數(shù)學(xué)課程課時都有所壓縮，我校也不例外，大部分工科專業(yè)概率統(tǒng)計教學(xué)時數(shù)只有32學(xué)時。如何在有限的學(xué)時內(nèi)，既讓學(xué)生學(xué)到一定的理論知識，又掌握實際應(yīng)用，這是老師們必須深思的問題。

由于隨機現(xiàn)象的普遍存在性、研究方法的實用性，概率論與數(shù)理統(tǒng)計是高等院校經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、工學(xué)等各專業(yè)學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課。由于學(xué)科的特點，數(shù)學(xué)教育仍處于經(jīng)典狀態(tài)，可以說教學(xué)體系內(nèi)容上仍在強調(diào)課程體系的“系統(tǒng)性”和“完整性”。近幾年，一些高校老師也做了一些改革，但大部分教師主要在教學(xué)內(nèi)容上做了調(diào)整，而調(diào)整也僅僅是刪除了一些難的理論證明、推導(dǎo)和計算，在教學(xué)方法、手段上仍比較薄弱，仍沒有擺脫“應(yīng)試教學(xué)”的框框。

在轉(zhuǎn)型的背景下，基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)觀要求，在學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)下降，學(xué)習(xí)積極性不高的基礎(chǔ)上，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和如何培養(yǎng)、提高學(xué)生分析問題、解決問題的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力尤為重要。作者根據(jù)近年來的概率統(tǒng)計教學(xué)實踐，結(jié)合我校的實際情況，對概率統(tǒng)計課程教學(xué)改革展開探索與研究。

一、多方法多手段講解概念，增強其直觀性

眾所周知，與其它學(xué)科相比，數(shù)學(xué)的學(xué)術(shù)形態(tài)是理性的，是一種“冰冷的美麗”，它掩蓋了數(shù)學(xué)本身所具有的“火熱思考”［1］。數(shù)學(xué)是一門讓人感到很枯燥乏味的學(xué)科，大量的定理公式、計算證明，讓許多學(xué)生對數(shù)學(xué)產(chǎn)生了厭倦甚至恐懼的情緒。打開教材，看到更多的是記號、定義、定理等，數(shù)學(xué)呈現(xiàn)出“冰冷”的面孔。因此教師的教學(xué)方法和手段就非常重要。在教學(xué)過程中，我們可以根據(jù)學(xué)生已有的知識和現(xiàn)有的能力，采用循序漸進(jìn)、步步深入地啟發(fā)學(xué)生思考，多方法、多手段，把難記、難懂的記號、定義、定理變

得直觀、通俗易懂。這樣由淺入深、由簡到繁、由抽象到具體的講解很容易被學(xué)生接受。如（1）隨機事件的關(guān)系與運算。由于隨機事件是樣本空間的子集合，因此介紹他們之間的關(guān)系與運算可根據(jù)學(xué)生已有的知識——“集合的關(guān)系與運算”來講解（畫出韋恩圖），然后強調(diào)其概率含義。（2）隨機變量。該概念比較抽象，講解時可以先從一些簡單的隨機試驗，比如拋擲骰子、拋擲硬幣入手，引入隨機變量，使學(xué)生認(rèn)識到隨機變量是“隨機試驗結(jié)果的量化”，從而使學(xué)生自己能熟練地對隨機試驗引入隨機變量。（3）隨機變量的分布函數(shù)?？梢愿鶕?jù)圖示：對于?實數(shù)x→事件｛X≤x｝→實數(shù)P｛X≤x｝，可見P｛X≤x｝確實確定了以x為自變量的函數(shù)，而這個函數(shù)F（x）=P｛X≤x｝實質(zhì)上是概率，它描繪了隨機變量X的概率分布。（4）概率的一些重要公式：條件概率公式、全概率公式、貝葉斯公式等可以利用直觀的維恩圖形推導(dǎo)公式和介紹公式的使用。

總之，在教學(xué)中根據(jù)學(xué)生已有的知識，通過幾何直觀，由淺入深、由簡到繁、循序漸進(jìn)的講解方式，把抽象的數(shù)學(xué)概念和枯燥的數(shù)學(xué)符號變得通俗易懂，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還可加深了學(xué)生對所學(xué)知識的理解。在教學(xué)過程中多種教學(xué)方法的聯(lián)合使用是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要手段［2］。

二、滲透相關(guān)數(shù)學(xué)史料，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

概率論的產(chǎn)生與發(fā)展，與其它數(shù)學(xué)分支一樣，實際問題的解決需要和數(shù)學(xué)內(nèi)在發(fā)展的需要是其發(fā)展的兩大動力，任何正確的思想方法和理論的創(chuàng)立都不是憑空或輕易得到的，都經(jīng)過了去偽存真、去粗取精的辯證思維過程。因此每一種理論和重大定理發(fā)現(xiàn)的背后，都有一些鮮為人知的耐人尋味的故事。

滲透數(shù)學(xué)史就是在講解數(shù)學(xué)知識時，把相關(guān)的數(shù)學(xué)家或名人的生活、工作以及問題的歷史背景或者是對數(shù)學(xué)有重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家介紹給學(xué)生。如講概率公理化定義、泊松分布、正態(tài)分布、大數(shù)定律與中心極限定理時，可以介紹歷史上對概率論的產(chǎn)生和發(fā)展有重要意義的前蘇聯(lián)科學(xué)家科爾莫戈洛夫、泊松、高斯、貝葉斯、切比雪夫、伯努利、辛欽、棣莫弗、拉普拉斯等科學(xué)家。再如在講解數(shù)學(xué)期望的定義時，可以先介紹歷史上非常有名的“分賭金”問題，以及與此有關(guān)的兩位科學(xué)家帕斯卡和費爾馬（也可以介紹費馬大定理），不僅可以讓學(xué)生掌握解決問題的方法，而且還可以讓學(xué)生理解“數(shù)學(xué)期望”名稱的由來和數(shù)學(xué)期望的實質(zhì)。在教學(xué)中穿插相關(guān)史料，不僅寓教于樂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，而且還能使學(xué)生了解某些數(shù)學(xué)知識的發(fā)展的基本過程，同時科學(xué)家們緊韌不拔地追求真理的精神對學(xué)生的學(xué)習(xí)和以后的工作有很強的啟迪性和榜樣性。正如法國數(shù)學(xué)家保羅·朗之萬曾說：“在數(shù)學(xué)教學(xué)中，加入歷史是有百利而無一害的，觀察那些新學(xué)說的創(chuàng)始者是怎樣比他的繼承者更詳細(xì)、更清楚地認(rèn)識到自己理論系統(tǒng)的弱點和不充分處是很有教育意義的［3］?！?/p>

三、介紹理論、方法的實際背景，加強理論的可視性與應(yīng)用性

與其它數(shù)學(xué)分支不同的是概率論的產(chǎn)生與發(fā)展完全源自生活。把從對實際問題的解決中得到的數(shù)學(xué)表達(dá)式或方法抽象為數(shù)學(xué)概念或方法，反過來用這樣的概念和方法解決這一類的問題?？梢哉f實際問題是概率論統(tǒng)計學(xué)的源頭，又是概率統(tǒng)計學(xué)的歸宿。因此，每一種理論的創(chuàng)立、方法的形成都有其相應(yīng)的實際背景。正如一位荷蘭數(shù)學(xué)家所說：“沒有一種數(shù)學(xué)思想，以它被發(fā)現(xiàn)時的那樣子發(fā)表出來。一個問題被解決之后，相應(yīng)的發(fā)展成為一種形式化的技巧，結(jié)果使得火熱的思考變成冰冷的美麗。”所以在教學(xué)中應(yīng)盡可能地把基本概念和方法回歸到實際背景，這樣可以加強理論的可視性，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生的應(yīng)用能力。如在講數(shù)學(xué)期望的定義時，可先介紹歷史上著名的“分賭金”問題，由此給出離散型隨機變量的數(shù)學(xué)期望的定義，使學(xué)生明白數(shù)學(xué)期望實質(zhì)上就是隨機變量的取值以概率作為權(quán)重的加權(quán)平均值，從而使學(xué)生會利用數(shù)學(xué)期望解決隨機變量的均值問題。再如概率的統(tǒng)計定義、隨機變量的引入、全概率公式的推導(dǎo)、獨立與相關(guān)的關(guān)系、中心極限定理、實際推斷原理等均可通過對實際問題的解決引入。

四、結(jié)合生活實際案例，解釋生活中的一些現(xiàn)象，提高數(shù)學(xué)應(yīng)用能力

在概率論的學(xué)習(xí)過程中要緊密聯(lián)系實際。老師可以引導(dǎo)學(xué)生運用概率論的知識，解釋身邊的現(xiàn)象。比如在講解古典概率時，可引入生日問題、彩票問題、有獎銷售問題（總結(jié)得到抽簽的公平性原理以及該原理在生活中的使用）。在講解全概率公式時，可引入血液化驗問題、色盲問題等。再講解事件的獨立性時，可引入人壽保險問題、交通事故問題、乒乓球比賽問題等。在講二項概率時，可用二項概率來解釋學(xué)生做一套英語試卷為什么幾乎不會得零分（選擇題比較多）。在講解數(shù)學(xué)期望時，可引入風(fēng)險決策問題、血液化驗次數(shù)的優(yōu)化問題等，在講解參數(shù)的點估計時可引入釣魚問題等等。通過這些實際問題不僅可以活躍課堂氣氛，而且還可以拓展學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決實際問題的能力。在課下，可根據(jù)所講的內(nèi)容布置難易程度適中的作業(yè)，比如鼓勵學(xué)生參與某些課外實踐活動，搜集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并建立數(shù)學(xué)模型。

轉(zhuǎn)型背景下數(shù)學(xué)課程改革的目的就是不僅要讓學(xué)生學(xué)會數(shù)學(xué)知識，而且要讓學(xué)生會應(yīng)用數(shù)學(xué)知識分析、解決生活中遇到的實際問題。實踐證明，把書本知識應(yīng)用到實際問題中的這種理論聯(lián)系實際的教學(xué)方法受到了學(xué)生的歡迎，可以有效地減少學(xué)生對數(shù)學(xué)“學(xué)不會，不會用”的尷尬局面。

五、利用數(shù)學(xué)軟件，提高學(xué)生的動手能力

我們知道，用數(shù)理統(tǒng)計方法從數(shù)據(jù)中挖掘重要信息，然后進(jìn)行初步判斷，往往是科學(xué)研究中一些重大發(fā)現(xiàn)的先導(dǎo)。然而實際中數(shù)據(jù)處理往往是龐大、繁瑣的，很多學(xué)生和工作者對此感到無助。信息化技術(shù)和軟件的使用為數(shù)據(jù)的處理與分析提供了強有力的工具。

在教學(xué)過程中，根據(jù)所講內(nèi)容，合理的安排實驗課能加深學(xué)生對理論知識的理解。比如在講到常見的概率分布時，可通過MATLAB的分布密度函數(shù)、累積分布函數(shù)、逆累積分布函數(shù)、上側(cè)分位點等命令繪制出圖像，通過圖形演示加深學(xué)生對理論內(nèi)容的理解，掌握各種常見分布的重要特征。另一方面，寓試驗與教學(xué)中，還能加強學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生借助于計算機應(yīng)用概率統(tǒng)計方法解決實際問題能力和創(chuàng)新能力。因此在學(xué)生理解統(tǒng)計方法原理的基礎(chǔ)上，利用實驗課教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生使用軟件來分析、解決實際問題的能力是十分必要的。

在課下，可根據(jù)所講的內(nèi)容布置難易程度適中的作業(yè)，比如鼓勵學(xué)生參與某些課外實踐活動，通過調(diào)查取樣，收集實驗數(shù)據(jù)和獲取信息，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并借助于軟件來解決。簡單的調(diào)查數(shù)據(jù)完成一些創(chuàng)新工作，不僅提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，也能夠增加學(xué)生的自信心，對學(xué)生的健康發(fā)展起到良好的促進(jìn)作用［4］。

六、現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，提高教學(xué)效率和保障教學(xué)質(zhì)量

信息化技術(shù)的進(jìn)步在改變我們生活方式的同時，也對傳統(tǒng)的概率統(tǒng)計課程的教學(xué)產(chǎn)生了深刻的影響。概率統(tǒng)計課程改革要求我們必須改變長期以來僅靠黑板加粉筆的傳統(tǒng)教學(xué)手段。然而遺憾的是計算機真正有效地進(jìn)入數(shù)學(xué)教學(xué)中只是剛剛起步，大部分?jǐn)?shù)學(xué)教師仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段。傳統(tǒng)的教學(xué)手段課時容量少，在學(xué)時充足的情況下，教師根據(jù)學(xué)生實際接受情況，采用板書演示進(jìn)行講解，推導(dǎo)，舉例解釋，不會出現(xiàn)任何問題。由于新建應(yīng)用型本科院校概率統(tǒng)計課程課時量的減少，采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段，我們就會感到力不從心。教師就得從第一節(jié)課開始趕進(jìn)度，在這樣的狀況下，也只能是勉強把基本知識講解完。教師在課堂上嘴不停歇，爭分奪秒，這樣的“填鴨式”教學(xué)幾乎沒有給學(xué)生留有思考的時間和空間，長此以往，學(xué)生會吃不消，這將大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。因此我們必須借助于信息化技術(shù)，采用多媒體教學(xué)。當(dāng)然由于數(shù)學(xué)課程本身的特性，完全采用多媒體演示教學(xué)，講課速度快，課時容量大，學(xué)生也會感到吃不消。因此在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該采用多媒體輔助傳統(tǒng)教學(xué)的教學(xué)方式來提高教學(xué)效率和保障教學(xué)質(zhì)量。

根據(jù)本人多年的教學(xué)探索，認(rèn)為在知識點的復(fù)習(xí)與梳理、新知識點的引入（引例）、相關(guān)的史料、一些試驗和課堂上所要講解的例子等用多媒體演示。而對重要公式的分析推導(dǎo)、例題的講解，教師應(yīng)一邊分析一邊板書，使學(xué)生能夠在課堂上隨著教師的啟發(fā)理解其中蘊含的方法和思想。利用多媒體演示，可以將概率統(tǒng)計課程中某些實驗、知識點的提出背景和相關(guān)史料完美地展示給學(xué)生，這是單純的板書教學(xué)，即傳統(tǒng)教學(xué)所不能做到的。另外通過微課，對學(xué)生所學(xué)的知識也能起到很好的鞏固作用。

教學(xué)方法是保證教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，在實踐中，我們應(yīng)基于自己學(xué)校的定位，根據(jù)學(xué)科的特點，結(jié)合學(xué)生的現(xiàn)狀，高度重視教學(xué)方法，不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新教學(xué)方法。這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地促進(jìn)學(xué)生參與和融入教師的課堂教學(xué)中，最終實現(xiàn)提高學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

［1］邵志強.從“冰冷的美麗”到“火熱的思考”［J］.江蘇教育學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2006（2）：55-56.

［2］王圣祥，辛大偉.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位的《線性代數(shù)》課程教學(xué)改革［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（2）：121-122.

［3］徐傳勝.運用實際問題改進(jìn)《概率統(tǒng)計》教學(xué)［J］.數(shù)學(xué)教育學(xué)報，2000，9（4）：91-94.

［4］顧光同，張香云，徐光輝.統(tǒng)計實驗寓于概率統(tǒng)計教學(xué)的探索與實踐［J］.統(tǒng)計與決策，2007（21）：165-167.

Based on application-oriented personnel training concept and the features of Probability and Statistic，the article explores teaching reform and practice in teaching methods and models.Practice proves that this can effectively promote students to participate and integrate into the teaching，improving the students'mathematics application ability.

mathematics history；combine theory with practice；mathematical experiments；PPT auxiliary traditional teaching；mathematics application ability

G642

A

2096-000X（2016）21-0160-03

梁瑛（1974-），女，漢族，碩士，河南南陽人，副教授，理學(xué)碩士，主要從事應(yīng)用概率統(tǒng)計的教學(xué)與應(yīng)用研究。