大數(shù)據(jù)時(shí)代統(tǒng)計(jì)軟件課程教學(xué)改革與學(xué)科競(jìng)賽

郭麗莎

【摘 要】根據(jù)筆者近幾年的實(shí)際教學(xué)實(shí)踐，本文對(duì)如何將統(tǒng)計(jì)軟件課程的教學(xué)內(nèi)容及體系改革與學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合進(jìn)行了深入的探討。從對(duì)本課程教學(xué)現(xiàn)狀入手，分析了大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)本課程的教學(xué)需求，并給出了課程改革的一些建議及筆者的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以期更好地為教學(xué)和學(xué)科競(jìng)賽服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù);統(tǒng)計(jì)軟件;學(xué)科競(jìng)賽;R軟件

中圖分類號(hào)： C8-4;G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）32-0141-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.065

統(tǒng)計(jì)軟件課程開設(shè)的目的是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠掌握并熟練應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件處理實(shí)際問題，比如進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)模型分析等，為將來專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際工作或繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和求解統(tǒng)計(jì)模型已成為大勢(shì)所趨。

然而目前國(guó)內(nèi)高校統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)的統(tǒng)計(jì)軟件課程沒有統(tǒng)一的教學(xué)內(nèi)容，講授的統(tǒng)計(jì)軟件也多種多樣。如何選擇合適的教學(xué)內(nèi)容，使所培養(yǎng)的學(xué)生符合大數(shù)據(jù)時(shí)代的需求，是統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)研究的一個(gè)重要且具有現(xiàn)實(shí)意義的問題。此外，越來越多的學(xué)科競(jìng)賽，如“泰迪杯”全國(guó)數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽、全國(guó)統(tǒng)計(jì)建模大賽、全國(guó)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)賽等，對(duì)學(xué)生的統(tǒng)計(jì)軟件的掌握和應(yīng)用情況要求非常高。這些都體現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)軟件課程教學(xué)改革的必要性和緊迫性。

1 統(tǒng)計(jì)軟件課程的教學(xué)現(xiàn)狀

統(tǒng)計(jì)軟件課程的主要內(nèi)容包括兩大部分：一是統(tǒng)計(jì)理論與方法，包含數(shù)據(jù)預(yù)處理、描述統(tǒng)計(jì)分析、推斷統(tǒng)計(jì)、多元統(tǒng)計(jì)等。二是統(tǒng)計(jì)軟件的應(yīng)用，主要講述SPSS、SAS及R的使用方法，并對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、建模和求解。

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)關(guān)于R軟件的教材都是基于多元統(tǒng)計(jì)及回歸分析等內(nèi)容展開，教學(xué)過程通常是先介紹統(tǒng)計(jì)模型的原理，然后介紹R軟件的使用方法及相應(yīng)的應(yīng)用案例。這樣的模式就會(huì)造成學(xué)生在學(xué)習(xí)期間過分注重相應(yīng)統(tǒng)計(jì)命令的學(xué)習(xí)，而忽視統(tǒng)計(jì)方法選擇過程的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，便會(huì)致使大部分學(xué)生應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法解決實(shí)際問題的能力得不到鍛煉，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)和應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件的能力。另外，教材中的案例往往比較精簡(jiǎn)，而學(xué)科競(jìng)賽的賽題更加復(fù)雜、大型，所以傳統(tǒng)的教學(xué)不能適應(yīng)學(xué)科競(jìng)賽的需要。

2 大數(shù)據(jù)時(shí)代的教學(xué)需求

由于大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析是數(shù)據(jù)研究的必備技能，因此統(tǒng)計(jì)軟件課程在當(dāng)前社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的課程教學(xué)中占據(jù)著非常重要的位置。這門課程不僅僅培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，更是對(duì)學(xué)生技術(shù)水平及綜合素質(zhì)的一種提升。但從教學(xué)考核的形式來看，目前各高校對(duì)教師教學(xué)效果的考核往往是以結(jié)果考核方式為主，因而也就限定了老師的教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方式，這顯然不利于發(fā)揮這門課程在人才培養(yǎng)方案中的作用。

眾所周知，數(shù)據(jù)處理是成功解決問題的關(guān)鍵，包括各種原始數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算和匯總等過程。從數(shù)據(jù)處理的過程中可進(jìn)一步理解實(shí)際問題，獲取更多的有效信息及解決問題的思路。因而，在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代，統(tǒng)計(jì)軟件課程的教學(xué)必須應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)處理和分析的關(guān)鍵需求，根據(jù)課程的特點(diǎn)，調(diào)整考核方式，淡化結(jié)果考核。

“為什么現(xiàn)在我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才？”這就是著名的錢學(xué)森之問.最主要原因是我們的學(xué)生比較缺乏創(chuàng)新意識(shí)，那么什么是創(chuàng)新意識(shí)呢？發(fā)現(xiàn)和提出問題是創(chuàng)新的基礎(chǔ);獨(dú)立思考、學(xué)會(huì)思考是創(chuàng)新的核心;歸納概括得到猜想并加以驗(yàn)證，是創(chuàng)新的重要方法。現(xiàn)代數(shù)學(xué)教育的基本任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)！為此，大學(xué)乃至省級(jí)、國(guó)家教育機(jī)構(gòu)專門設(shè)有各種競(jìng)賽活動(dòng)，設(shè)置開放性的題目，來推動(dòng)學(xué)生們的創(chuàng)新意識(shí)。例如“泰迪杯”全國(guó)數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽、全國(guó)統(tǒng)計(jì)建模大賽、全國(guó)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)賽、“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等等針對(duì)大學(xué)生開展的重大賽事，每年都吸引大量的學(xué)生參賽?？v觀歷年這些賽事的賽題，不難發(fā)現(xiàn)涉及許多大數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)相關(guān)的題目，且均需要應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行求解和計(jì)算。因此，在當(dāng)前的大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)統(tǒng)計(jì)軟件課程的教學(xué)要求還同時(shí)包括了訓(xùn)練學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

3 教學(xué)改革方案探討

3.1 改革教學(xué)內(nèi)容

通常的統(tǒng)計(jì)學(xué)本科教學(xué)培養(yǎng)方案中，對(duì)統(tǒng)計(jì)理論與方法主要要求學(xué)生掌握描述性統(tǒng)計(jì)分析、統(tǒng)計(jì)推斷、多元統(tǒng)計(jì)、時(shí)間序列等。然而在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)，將上述內(nèi)容都講精講透是幾乎不可能的，因此必須要有所側(cè)重。筆者認(rèn)為，在如今的信息時(shí)代，將理論知識(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)可視化是一種趨勢(shì)，因此描述性統(tǒng)計(jì)分析和統(tǒng)計(jì)作圖的重要性更加不言而喻。

描述統(tǒng)計(jì)是描繪或總結(jié)觀察量的基本情況的統(tǒng)計(jì)總稱。描述統(tǒng)計(jì)學(xué)研究如何取得反映客觀現(xiàn)象的數(shù)據(jù)，并通過圖表形式對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和顯示，進(jìn)而通過綜合概括與分析得出反映客觀現(xiàn)象的規(guī)律性數(shù)量特征。透過對(duì)于數(shù)據(jù)資料的進(jìn)行圖像化處理，將資料摘要變?yōu)閳D表，以直觀了解整體資料分布的情況。通常會(huì)使用的工具是頻數(shù)分布表與圖示法，如多邊圖、直方圖、圓形圖、散點(diǎn)圖等。由于描述統(tǒng)計(jì)分析具有以上特點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中比更偏于理論的統(tǒng)計(jì)推斷結(jié)果更易于被大眾接受，所以我們認(rèn)為在介紹統(tǒng)計(jì)理論與方法時(shí)，應(yīng)側(cè)重于描述性統(tǒng)計(jì)的理論和方法。

此外，課程的改革需要打破傳統(tǒng)以統(tǒng)計(jì)方法的計(jì)算和結(jié)果分析為主的教學(xué)方式，增加數(shù)據(jù)分析處理的環(huán)節(jié)，例如可以與統(tǒng)計(jì)建模相結(jié)合。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來講，第一次接觸與統(tǒng)計(jì)建模有關(guān)的訓(xùn)練模式，如果案例的內(nèi)容安排缺少過渡性則容易讓學(xué)生覺得內(nèi)容晦澀、高深難懂，加重學(xué)生負(fù)擔(dān)的同時(shí)還容易使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣，所以案例由簡(jiǎn)到繁是任課教師應(yīng)該注意的問題之一。

統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用或設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)處理相關(guān)的建模案例較多，切忌生搬硬套地把建模問題融入統(tǒng)計(jì)軟件的課程.應(yīng)根據(jù)本校軟件課程的教學(xué)課時(shí)數(shù)，進(jìn)行內(nèi)容的合理取舍，使學(xué)生能更好地接受，讓學(xué)生掌握統(tǒng)計(jì)理論及軟件實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用的靈活能力。

3.2 改革教學(xué)方法

當(dāng)今社會(huì)是數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，在大數(shù)據(jù)背景下，應(yīng)用R軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，建立統(tǒng)計(jì)模型并求解，是十分重要的技能，有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。為了增強(qiáng)訓(xùn)練效果，在建模式培養(yǎng)的過程中，應(yīng)該淡化教師主導(dǎo)的思維模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位.除了教師講解相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)建模案例外，可以將學(xué)生進(jìn)行分組，自主選擇題目，課下進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集和處理及方法的選擇等環(huán)節(jié)，課上進(jìn)行報(bào)告和討論，最后由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，給出可行的修改意見.這樣既有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，又能從整個(gè)過程中加深學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)方法的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用，達(dá)到學(xué)以致用.

3.3 改革考核方式

如前所述，對(duì)于應(yīng)用能力的考核，應(yīng)淡化結(jié)果，重視過程。這門課對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)是以具備數(shù)據(jù)處理的基本能力為目標(biāo)，然而在數(shù)據(jù)處理的過程中，每個(gè)學(xué)生所使用的方法不盡相同，所得的結(jié)果也不可能完全一致。但是，在實(shí)踐的過程中，他們可以熟悉或掌握基本的數(shù)理處理方法和技巧。因此在對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核時(shí)，應(yīng)該注重于考核在實(shí)踐過程中的動(dòng)手能力，而非結(jié)果。

3.4 增強(qiáng)參賽能力

理論的學(xué)習(xí)，最終是為了實(shí)際的應(yīng)用。因此在教學(xué)工程中，筆者認(rèn)為應(yīng)該引入實(shí)際案例，即針對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)知識(shí)和方法求解實(shí)際問題。我們可以選取一些較為大型的、綜合性的案例。例如，對(duì)于企業(yè)大用戶的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)，我們可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和CART決策樹模型來自動(dòng)識(shí)別竊漏電用戶。在對(duì)餐飲企業(yè)進(jìn)行綜合分析時(shí)，我們可以同時(shí)應(yīng)用多個(gè)模型，即使用ARIMA時(shí)間序列模型來預(yù)測(cè)銷售額，使用協(xié)同過濾算法對(duì)菜品進(jìn)行智能推薦，使用Apriori算法對(duì)菜品進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，使用K-Means算法進(jìn)行客戶分群，使用決策樹算法進(jìn)行客戶流失預(yù)測(cè)。

同時(shí)，我們可以適當(dāng)?shù)匾胍恍└?jìng)賽題目，如全國(guó)統(tǒng)計(jì)建模大賽賽題，“泰迪杯”全國(guó)數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽賽題等，一方面調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，學(xué)以致用，另一方開闊學(xué)生的視野，為參加學(xué)科競(jìng)賽打下良好的基礎(chǔ)。例如，2019年第七屆“泰迪杯”全國(guó)數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽B題：直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的智能診斷，需要用到讀取CT圖像數(shù)據(jù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、圖像分割、特征提取、變量選擇、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林等，也可以進(jìn)一步地提高，運(yùn)用Stacking集成模型等。

4 總結(jié)

統(tǒng)計(jì)軟件這門課程在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)人才的培養(yǎng)起到非常重要的作用。因此，我們必須變革傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓我們培養(yǎng)的學(xué)生能適應(yīng)現(xiàn)今企業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)處理和分析的人才需求。綜上所述，我們建議統(tǒng)計(jì)軟件課程從課程考核改革入手，恰當(dāng)?shù)剡x擇統(tǒng)計(jì)理論、方法和軟件，同時(shí)結(jié)合一定實(shí)際案例教學(xué)，全面提高學(xué)生的實(shí)踐能力，希望我們的一家之言能對(duì)同行們起到一定的參考作用。

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