大數(shù)據(jù)背景下統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)課程教學(xué)研究

陳秀平　趙麗央

摘要：大數(shù)據(jù)為統(tǒng)計(jì)學(xué)發(fā)展提供了新的平臺(tái)，同時(shí)也為統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的課程教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。本文首先分析了大數(shù)據(jù)賦予統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)人才新的要求，在此基礎(chǔ)上探討了本人在教學(xué)上的想法和思考，認(rèn)為應(yīng)從問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、依托科技競(jìng)賽三方面入手，讓學(xué)生真正理解統(tǒng)計(jì)思想，掌握統(tǒng)計(jì)計(jì)算與計(jì)算機(jī)編程能力，具備“用數(shù)據(jù)思考”的能力，讓統(tǒng)計(jì)學(xué)真正成為推動(dòng)大數(shù)據(jù)處理與分析的有力工具之一。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；問(wèn)題驅(qū)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科技競(jìng)賽

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）31-0206-02

在大數(shù)據(jù)背景下，統(tǒng)計(jì)學(xué)以數(shù)據(jù)為研究對(duì)象沒(méi)有變，作為方法論科學(xué)的性質(zhì)沒(méi)有變，以探索真相為根本任務(wù)沒(méi)有變，但是數(shù)據(jù)分析思路與技術(shù)有新的要求：①統(tǒng)計(jì)專業(yè)人才不僅要掌握數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)知識(shí)，還要具備統(tǒng)計(jì)計(jì)算和計(jì)算機(jī)編程能力；②統(tǒng)計(jì)專業(yè)人才應(yīng)該能從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，設(shè)定科學(xué)的研究方案，搜集、篩選合適的數(shù)據(jù)，選擇恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法和模型，得出合理的統(tǒng)計(jì)推斷，將統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果用易于用戶理解的方式表達(dá)出來(lái)；③統(tǒng)計(jì)專業(yè)人才不僅需要良好的統(tǒng)計(jì)素養(yǎng)，還需要具備良好的交流和表達(dá)能力，演示和分析結(jié)論的可視化技巧、團(tuán)隊(duì)合作能力。

基于大數(shù)據(jù)賦予統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)人才的新的要求與對(duì)本專業(yè)學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力以及社會(huì)需求的了解，為我們做好統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的課程教學(xué)改革工作指明了方向。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐和科技競(jìng)賽的指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勗诖髷?shù)據(jù)背景下統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考。

一、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)，深度理解統(tǒng)計(jì)思想

在大數(shù)據(jù)背景下，統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)人才應(yīng)該懂得統(tǒng)計(jì)方法在什么情況下如何應(yīng)用，應(yīng)該深刻理解統(tǒng)計(jì)原理背后隱藏著的數(shù)學(xué)思想，并能夠解釋數(shù)學(xué)推導(dǎo)與統(tǒng)計(jì)應(yīng)用之間的相互關(guān)系。對(duì)于統(tǒng)計(jì)學(xué)本科培養(yǎng)而言，極其重要的一點(diǎn)是幫助學(xué)生在統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和理論方面打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。這些基礎(chǔ)知識(shí)需要被講解，被論證，被強(qiáng)化，此過(guò)程應(yīng)當(dāng)貫穿于學(xué)生的全部學(xué)術(shù)課程，伴隨介紹性的課程開(kāi)始，并在接下來(lái)的課程中不斷被強(qiáng)調(diào)。比如：“假設(shè)檢驗(yàn)”是《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》中非常重要的章節(jié)，對(duì)假設(shè)檢驗(yàn)P值的解讀，很多學(xué)生都是云里霧里，不知道將結(jié)果如何通俗易懂地表達(dá)給用戶。為此，筆者在講解“假設(shè)檢驗(yàn)”這知識(shí)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用實(shí)際問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，取得了比較顯著的教學(xué)效果，具體教學(xué)方案設(shè)計(jì)如下：

引入“假設(shè)檢驗(yàn)”知識(shí)點(diǎn)之前，先讓學(xué)生討論一下身邊的實(shí)際問(wèn)題：“某老板說(shuō)：本次摸獎(jiǎng)的中獎(jiǎng)率很高，中獎(jiǎng)的概率為0.9，當(dāng)你摸了三次，都沒(méi)中獎(jiǎng)，試問(wèn)：這位老板說(shuō)法可信嗎？（假設(shè)摸后放回）”，在這個(gè)問(wèn)題之后，又連續(xù)提了四個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題1：假設(shè)老板說(shuō)法是可信的，那么三次摸獎(jiǎng)都沒(méi)中獎(jiǎng)的概率是多少？問(wèn)題2：那老板的說(shuō)法可信嗎？為什么？問(wèn)題3：當(dāng)你拒絕了老板的說(shuō)法是可信的，你會(huì)犯錯(cuò)誤嗎？問(wèn)題4：如果給定顯著性水平，那么當(dāng)你摸三次獎(jiǎng)時(shí)，出現(xiàn)哪些中獎(jiǎng)情況會(huì)認(rèn)為老板的說(shuō)法是可信的，哪些中獎(jiǎng)情況會(huì)認(rèn)為老板的說(shuō)法是不可信的？這個(gè)“實(shí)際問(wèn)題”對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)就是一個(gè)興趣、一種“催化劑”?！皩?shí)際問(wèn)題”能激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，讓學(xué)生的主體性、能動(dòng)性、獨(dú)立性不斷得到張楊、發(fā)展、提升，促進(jìn)學(xué)習(xí)方法的轉(zhuǎn)變；“實(shí)際問(wèn)題”能引起學(xué)生對(duì)新概念、重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)的深度理解，能夠在教學(xué)中起統(tǒng)帥作用的，能引起學(xué)生對(duì)其進(jìn)行火熱思考，能觸及數(shù)學(xué)本質(zhì)的問(wèn)題。

二、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高統(tǒng)計(jì)實(shí)踐能力

大數(shù)據(jù)背景下的統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)人才不僅需要掌握數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)知識(shí)，還需要具備計(jì)算機(jī)編程能力，演示和分析結(jié)論的可視化技巧，以及將分析結(jié)果通俗易懂地表達(dá)給用戶的能力。因此，在教學(xué)中重視實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，不僅能將抽象的統(tǒng)計(jì)原理具體化、可視化，而且能提高學(xué)生實(shí)踐操作能力。比如：在教學(xué)《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》時(shí)，可以利用R軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，R軟件是自由軟件，完全免費(fèi)，且開(kāi)放源代碼；R是一種可編程語(yǔ)言，語(yǔ)法比較簡(jiǎn)單，可視化比較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的互動(dòng)性。相較于其他統(tǒng)計(jì)軟件如SPSS、SAS等，R的獨(dú)特之處是其特別適合輔助《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》教學(xué)。比如，上完“假設(shè)檢驗(yàn)”知識(shí)點(diǎn)后，讓學(xué)生借助R軟件完成課后習(xí)題第220頁(yè)第17題：對(duì)兩種小麥品種從播種到抽穗的天數(shù)是否存在顯著差異，數(shù)據(jù)如下：

品種A所需天數(shù)（x）：101 100 99 98 100 98 99 99 99

品種B所需天數(shù)（y）：100 98 100 99 98 98 98 99 100

假設(shè)兩樣本依次來(lái)自正態(tài)總體。這是典型的兩樣本均值比較問(wèn)題，首先檢驗(yàn)兩總體方差是否相等，我們可以先做一個(gè)方差檢驗(yàn)，用R中函數(shù)var.test完成。如果P值小于給定的顯著性水平（比如說(shuō)0.05），則拒絕原假設(shè)，認(rèn)為兩個(gè)總體的方差不相等，反之，則認(rèn)為兩個(gè)總體的方差相等，然后再檢驗(yàn)均值是否相等，用R中函數(shù)t.test完成，默認(rèn)情形為方差不相等。本題方差檢驗(yàn)的P值為0.8993，則認(rèn)為兩個(gè)總體的方差相等，然后用函數(shù)t.test（x，y，var.test=TRUE）進(jìn)行檢驗(yàn)兩個(gè)總體的均值是否相等，其結(jié)果的P值為p-value=0.4675，則認(rèn)為兩個(gè)總體的均值無(wú)顯著差異。如果借助R軟件就不需要煩瑣的計(jì)算與求解，只需要幾個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)，就可以完成假設(shè)檢驗(yàn)。目前，很多與大數(shù)據(jù)有關(guān)的行業(yè)都需要熟悉R和Python語(yǔ)言的統(tǒng)計(jì)人才來(lái)分析數(shù)據(jù)，因此，將R語(yǔ)言引入概率統(tǒng)計(jì)的教學(xué)中，不但可以提高教學(xué)效率，而且能提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

三、依托科技競(jìng)賽，培養(yǎng)創(chuàng)新統(tǒng)計(jì)人才

目前，越來(lái)越多以培養(yǎng)和提高大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的多種學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)在全國(guó)高校范圍內(nèi)廣泛開(kāi)展，這些賽事都能為提升大學(xué)生調(diào)研能力、數(shù)據(jù)分析能力和處理實(shí)際問(wèn)題能力的創(chuàng)新統(tǒng)計(jì)學(xué)科人才培養(yǎng)模式提供一個(gè)良性平臺(tái)。真實(shí)數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)專業(yè)教育的重要組成部分。分析真實(shí)數(shù)據(jù)，解決實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生真真切切地感受到數(shù)據(jù)就在我們的身邊，同時(shí)也感受到統(tǒng)計(jì)方法是分析大數(shù)據(jù)的重要工具之一。比如，當(dāng)學(xué)生掌握了“假設(shè)檢驗(yàn)”的知識(shí)點(diǎn)并學(xué)會(huì)使用R軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，就進(jìn)入小組合作分析真實(shí)數(shù)據(jù)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)戰(zhàn)階段。為此，筆者選擇了2012年的全國(guó)數(shù)學(xué)建模A題（葡萄酒的評(píng)價(jià)問(wèn)題），題目中提供的實(shí)際數(shù)據(jù)比較詳細(xì)，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況可以把原題中第一問(wèn)題，分解為三個(gè)小問(wèn)題：?jiǎn)栴}1：對(duì)每組評(píng)酒員的總評(píng)分進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。問(wèn)題2：對(duì)通過(guò)正態(tài)性檢驗(yàn)的樣品酒進(jìn)行正態(tài)總體的均值檢驗(yàn)，對(duì)沒(méi)有通過(guò)正態(tài)性檢驗(yàn)的樣品酒進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)。問(wèn)題3：如果兩組評(píng)酒員的評(píng)價(jià)有顯著差異，那么哪組評(píng)酒員的評(píng)價(jià)更可信？

掌握了假設(shè)檢驗(yàn)的原理與方法并學(xué)會(huì)使用R軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，分析葡萄酒評(píng)價(jià)問(wèn)題就比較容易上手，比如對(duì)于問(wèn)題1，學(xué)生就會(huì)應(yīng)用比較穩(wěn)健的Jarque-Bera統(tǒng)計(jì)量，即J-B檢驗(yàn)，J-B檢驗(yàn)在SPSS軟件中是沒(méi)有的，由于R軟件比較靈活，學(xué)生就可以借助R軟件進(jìn)行編程，很快找到解決問(wèn)題的方法。

依托科技競(jìng)賽，精選能真正訓(xùn)練學(xué)生學(xué)以致用的素材，讓學(xué)生懂得要完成以上的競(jìng)賽題，不僅要掌握“假設(shè)檢驗(yàn)”這一模塊的知識(shí)，還需要計(jì)算機(jī)編程能力，團(tuán)隊(duì)合作能力，查閱資料和自學(xué)能力，數(shù)據(jù)分析與處理能力，撰寫(xiě)報(bào)告能力，等等。

在統(tǒng)計(jì)學(xué)課程的每一章節(jié)或者每一模塊結(jié)束后都進(jìn)行這樣的實(shí)際問(wèn)題的解決，不但讓學(xué)生掌握了該章節(jié)或該模塊的核心知識(shí)，而且讓學(xué)生知道了該章節(jié)或該模塊的核心知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)讓學(xué)生在不同的學(xué)習(xí)階段就能完成綜合實(shí)際問(wèn)題解決的階段任務(wù)，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和職業(yè)能力。

四、結(jié)論

大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)分析的思維必然要跟著變化，意味著我們的數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)思維、數(shù)據(jù)收集思維、數(shù)據(jù)判斷思維、數(shù)據(jù)分析思維等都要跟著變化。大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于實(shí)際問(wèn)題的分析、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算分析、統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的解讀等方面都提出了更高的技術(shù)要求。因此，大數(shù)據(jù)背景下的統(tǒng)計(jì)課程的教學(xué)模式亟待解決，首先，應(yīng)用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，讓學(xué)生深度理解統(tǒng)計(jì)原理背后的統(tǒng)計(jì)思想，這一點(diǎn)的訓(xùn)練直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的解讀是否正確、科學(xué)。其次，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引入比較靈活的R軟件輔助教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)編程，因?yàn)樵诖髷?shù)據(jù)背景下，就業(yè)單位急需具有計(jì)算機(jī)編程能力的統(tǒng)計(jì)人才。最后，依托科技競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生調(diào)研能力、數(shù)據(jù)分析能力和處理實(shí)際問(wèn)題能力，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，這種能力尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

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