基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的時(shí)間序列分析課程教學(xué)改革

徐文霞，李國東，馬鵬程

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的時(shí)間序列分析課程教學(xué)改革

徐文霞，李國東，馬鵬程

（桂林電子科技大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541010）

時(shí)間序列分析課程是統(tǒng)計(jì)類專業(yè)研究生培養(yǎng)方案的核心課程之一．針對研究生教育，以時(shí)間序列分析課程為建設(shè)主題，開展以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)人才培養(yǎng)的課程教學(xué)改革．進(jìn)行案例庫建設(shè)，對于主要知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)兩個(gè)以上的各領(lǐng)域應(yīng)用案例，完成時(shí)間序列分析仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，針對課堂講授模式進(jìn)行改革，讓學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)完成調(diào)研工作的展示和講授．教學(xué)工作包括課內(nèi)和課外兩部分，應(yīng)突出課外部分，充分發(fā)揮其范圍廣容量大的優(yōu)勢．教學(xué)實(shí)踐表明，教學(xué)改革有助于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力和語言講授能力．

時(shí)間序列分析；研究生教育；創(chuàng)新人才

時(shí)間序列分析是統(tǒng)計(jì)類專業(yè)研究生的必修課，是概率統(tǒng)計(jì)學(xué)科的重要組成部分，在實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用[1-11]．傳統(tǒng)的時(shí)間序列分析課程教學(xué)在講授過程中常常是以理論為基礎(chǔ)，以公式推導(dǎo)及證明為主，注重理論學(xué)習(xí)，忽略了實(shí)際應(yīng)用的訓(xùn)練，使得學(xué)生有較強(qiáng)的理論功底，卻缺乏實(shí)際應(yīng)用能力．同時(shí)，由于編寫代碼能力有限，在時(shí)間序列分析課程結(jié)課后，多數(shù)學(xué)生無法運(yùn)用理論對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測．

時(shí)間序列分析課程需要加強(qiáng)實(shí)用性、操作性方面的改革，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生在學(xué)會(huì)基礎(chǔ)理論的同時(shí)，掌握時(shí)間序列分析的發(fā)展，并能夠完成課程的代碼編寫，完成數(shù)據(jù)預(yù)測工作．針對研究生教育，以時(shí)間序列分析課程為建設(shè)主題，完成以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)人才培養(yǎng)的課程教學(xué)改革，教學(xué)模式設(shè)置為基礎(chǔ)、實(shí)踐、拓展三步走．理論基礎(chǔ)課程占比三分之一，通過理論學(xué)習(xí)完成基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)；上機(jī)實(shí)踐課程占比三分之一，通過上機(jī)實(shí)踐完成對課程內(nèi)容的實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生能夠針對不同問題做出相應(yīng)的程序；拓展訓(xùn)練課程占比三分之一，通過這部分內(nèi)容完成理論內(nèi)容的應(yīng)用研究，針對于每個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)，要求每組學(xué)生查找一篇該理論知識(shí)點(diǎn)背景的論文，并完成翻譯、閱讀、理解和報(bào)告總結(jié)等任務(wù)．通過這三個(gè)環(huán)節(jié)，能夠解決原有教學(xué)中存在的問題，提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用能力．

1　案例實(shí)踐教學(xué)為導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)

課程注重案例教學(xué)及案例庫設(shè)計(jì)，加強(qiáng)統(tǒng)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)及編碼訓(xùn)練．關(guān)于時(shí)間序列分析大量的案例主要集中在一般意義的經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，而工科實(shí)踐領(lǐng)域有關(guān)案例明顯不足，這方面的案例庫建設(shè)顯得非常重要．案例編寫過程中，通過分組形式激勵(lì)學(xué)生參與進(jìn)來，創(chuàng)造條件幫助學(xué)生了解時(shí)間序列分析的基本操作．分組遵循隨機(jī)組合原則，通過協(xié)作分工，提高團(tuán)隊(duì)的合作意識(shí)，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步．

建立以實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)案例資源庫，形成具有創(chuàng)新能力培養(yǎng)鮮明特色的課程教學(xué)模式，進(jìn)而提高課堂教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力．完成本課程的案例庫建設(shè)，放入大量應(yīng)用到該課程理論的案例，為后續(xù)課程的講授打好基礎(chǔ)．案例庫建設(shè)堅(jiān)持成果導(dǎo)向原則，以學(xué)生為中心，堅(jiān)持以學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出為導(dǎo)向．堅(jiān)持提升學(xué)生創(chuàng)新能力這一核心標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，篩選案例庫素材，撰寫案例庫內(nèi)容，案例特色是結(jié)合實(shí)際、難易得當(dāng)．應(yīng)注重科學(xué)地評價(jià)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況，根據(jù)實(shí)際情況更新案例素材，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)方案，進(jìn)一步提高課程案例質(zhì)量．

案例飛機(jī)空調(diào)故障的預(yù)測[12]．

利用時(shí)間序列分析課程，對飛機(jī)空調(diào)故障進(jìn)行預(yù)測．運(yùn)用得到的數(shù)據(jù)構(gòu)造飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)故障序列，檢驗(yàn)該序列是否為平穩(wěn)非白噪聲序列，構(gòu)建自回歸移動(dòng)平均（ARMA）預(yù)測模型．用該模型預(yù)測飛機(jī)空調(diào)故障，分析預(yù)測結(jié)果．具體模型流程及部分截圖見圖１．

圖1　飛機(jī)空調(diào)故障預(yù)測案例的模型流程及部分截圖

通過統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行時(shí)間序列分析的預(yù)測，能夠快速完成理論到計(jì)算的過程，既能夠保證計(jì)算結(jié)果的精確性，又降低了對理論知識(shí)的要求，學(xué)生針對實(shí)際問題的數(shù)據(jù)編寫代碼，算出結(jié)果，并根據(jù)得到的結(jié)果給出正確的解釋．本課程通過SAS完成上機(jī)訓(xùn)練，部分學(xué)生沒有掌握SAS軟件，在研究生時(shí)間序列分析課程講授過程中，需加強(qiáng)SAS方面的學(xué)習(xí)．

2　時(shí)間序列分析仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

時(shí)間序列分析課程教學(xué)過程中要解決的問題，重點(diǎn)在于如何通過理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)分析的圖表展示，使學(xué)生更直觀、更容易地學(xué)習(xí)并掌握時(shí)間序列分析的課程實(shí)驗(yàn)．通過實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)可以解決此問題，由此建設(shè)了時(shí)間序列分析仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)．該平臺(tái)要保證學(xué)生使用方便快捷，同時(shí)能夠通過平臺(tái)的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深對該課程理論的了解掌握．具體的實(shí)驗(yàn)案例需要和課本講授的案例接軌，實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示要清晰規(guī)范．

2.1 平臺(tái)硬件要求

平臺(tái)硬件要求包括：（1）網(wǎng)絡(luò)條件上，需要2 M及以上帶寬，以提供更好的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，以更好地體驗(yàn)學(xué)習(xí)視頻．同時(shí)，也可以快速地下載所需的大容量文件及資料，實(shí)現(xiàn)快速便捷的虛擬操作訓(xùn)練．為滿足學(xué)生的上課需求，能夠支持200人同時(shí)在線學(xué)習(xí)．（2）操作系統(tǒng)和硬件上，需支持Microsoft windows 7及以上操作系統(tǒng)，瀏覽器支持Chrome6.5及以上，CPU主頻為2.5 GHz，顯卡顯存容量為2 G，內(nèi)存為8 G，硬盤容量為1 T．（3）非操作系統(tǒng)軟件配置、硬件配置、計(jì)算機(jī)配置、終端硬件配置均無特殊要求．（4）平臺(tái)包括項(xiàng)目介紹、項(xiàng)目特色、實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)代碼等．代碼是通過SAS編寫，運(yùn)行時(shí)通過SAS云端實(shí)現(xiàn)．

2.2 平臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)置

平臺(tái)共設(shè)置9個(gè)實(shí)驗(yàn)，具體為：實(shí)驗(yàn)１．時(shí)間序列分析初見，給出時(shí)間序列數(shù)據(jù)，通過ARIMA分析進(jìn)行預(yù)測展示．實(shí)驗(yàn)２．時(shí)間序列畫圖，根據(jù)給定數(shù)據(jù)，繪制時(shí)間序列圖．實(shí)驗(yàn)３．時(shí)間序列入門分析，根據(jù)給定時(shí)間序列數(shù)據(jù)（行數(shù)據(jù)）進(jìn)行時(shí)間序列分析．實(shí)驗(yàn)４．學(xué)習(xí)AR、MA、ARMA模型，采用隨機(jī)模擬方法構(gòu)造AR、MA、ARMA三個(gè)模型，繪制模型的自相關(guān)圖與偏自相關(guān)圖．實(shí)驗(yàn)５．學(xué)習(xí)ARIMA模型，并進(jìn)行相關(guān)預(yù)測分析．實(shí)驗(yàn)６．學(xué)習(xí)X11過程，通過1978—1988年英國非耐用品消費(fèi)額數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)７．學(xué)習(xí)GARCH模型，并進(jìn)行GARCH模型擬合．實(shí)驗(yàn)８．學(xué)習(xí)ARIMAX模型，對時(shí)間序列進(jìn)行ARIMAX模型建模．實(shí)驗(yàn)９．根據(jù)給定的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，自行選擇最佳的模型進(jìn)行預(yù)測建模，并給出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析報(bào)告．

實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)首頁及具體的部分實(shí)驗(yàn)界面見圖２．平臺(tái)中實(shí)驗(yàn)８的代碼運(yùn)行結(jié)果見圖３．

圖2 時(shí)間序列分析仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)首頁及具體實(shí)驗(yàn)界面

圖3　實(shí)驗(yàn)8的代碼運(yùn)行部分結(jié)果

3 學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

課程開設(shè)過程中，教師會(huì)提供若干具體案例，同時(shí)要求學(xué)生主動(dòng)去找尋一些和時(shí)間序列分析相關(guān)的案例問題，并要求學(xué)生自主完成問題的分析計(jì)算、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等．在此過程中，學(xué)生必須在課余時(shí)間學(xué)習(xí)大量的理論，進(jìn)行代碼編寫，加深了對教學(xué)內(nèi)容的掌握，由此推動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)．在案例研讀過程中，要求學(xué)生在實(shí)際問題中尋找存在的不足，并自主去探尋問題的解決方案，此過程無形中培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維,提高了其解決問題的能力．

通過該課程提升學(xué)生的自學(xué)能力、外語翻譯能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力、語言講授能力．按照高等教育的教學(xué)目標(biāo)要求，研究生階段應(yīng)該是研究能力的訓(xùn)練和升華．通過課上課下相結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式，完成自學(xué)能力的提升．設(shè)計(jì)出更符合新時(shí)代需求的考核方案，確定能夠體現(xiàn)學(xué)生綜合水平提升的考核指標(biāo)．

研究生階段更多是研究能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，從這個(gè)層面上分析，以課程論文的形式更能體現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，但鑒于部分學(xué)生跨專業(yè)學(xué)習(xí)，也可通過隨機(jī)考試督促學(xué)生更認(rèn)真地完成學(xué)習(xí)任務(wù)．因此，在選擇考核方式時(shí)，采取課程考試與課程大作業(yè)、問答相結(jié)合．設(shè)置與學(xué)生知識(shí)背景、學(xué)科發(fā)展以及人才培養(yǎng)目標(biāo)相匹配的全新課程教學(xué)知識(shí)體系，完善教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度、講學(xué)講稿，使這些資源更適合應(yīng)用統(tǒng)計(jì)專碩的培養(yǎng)．

4 結(jié)語

時(shí)間序列分析課程的改革模式可以推廣到數(shù)學(xué)、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)專業(yè)的其他研究生課程．對于學(xué)生，可以增強(qiáng)學(xué)生的參與能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，有助于學(xué)生建立復(fù)雜性思維能力框架，培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)科的關(guān)注與關(guān)心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和能力．對于教師，可以提升教師的適應(yīng)能力，整合課堂資源，正確把握知識(shí)的發(fā)展趨勢，讓教師從知識(shí)的深度和廣度充分感受到教學(xué)的魅力，激發(fā)他們的教學(xué)科研興趣，推進(jìn)教學(xué)改革，進(jìn)一步提高教師的教學(xué)效果，提升教師的教學(xué)能力和教育理念．對于學(xué)校數(shù)學(xué)類研究生課程的發(fā)展，可以改善學(xué)校的氛圍，促進(jìn)師生之間的溝通，建立共同的學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富師生的課余活動(dòng)．

[1] 李泓征，劉妍．基于R語言的《金融時(shí)間序列分析》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J]．時(shí)代金融，2019（9）：223-224．

[2] 吳迪，陳喆，石曉莉，等．SPSS軟件在“應(yīng)用時(shí)間序列分析”課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J]．發(fā)明與創(chuàng)新（職業(yè)教育），2021（6）：176-178．

[3] 胡根華．“時(shí)間序列分析”課程教學(xué)模式的探索[J]．科教文匯（中旬刊），2017（1）：46-47，58．

[4] 孫紅果，李文輝．《金融時(shí)間序列分析》課程教學(xué)改革研究[J]．考試周刊，2015（55）：14，132．

[5] 方艷，楊娟．《金融時(shí)間序列分析》課程教學(xué)改革的探索[J]．新課程研究（中旬刊），2014（2）：85-88．

[6] 馬小芳，張超龍，吳東慶．就業(yè)導(dǎo)向下關(guān)于時(shí)間序列分析課程的教學(xué)改革探究[J]．科教導(dǎo)刊（中旬刊），2018（35）：111-112，117．

[7] 申菊梅，趙建斌．時(shí)間序列分析課程建設(shè)的幾點(diǎn)探索[J]．科教文匯（下旬刊），2009（2）：119．

[8] 苑飛，申菊梅．時(shí)間序列分析課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J]．?dāng)?shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究（教研版），2009（2）：96-97．

[9] 戴敏．《時(shí)間序列分析》課程教學(xué)模式的幾點(diǎn)探討[J]．臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，38（3）：69-71，77．

[10] 龐新生．研究生時(shí)間序列分析課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J]．太原師范學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011，10（6）：143-145．

[11] 饒鳳，趙劍．應(yīng)用統(tǒng)計(jì)專業(yè)在大數(shù)據(jù)背景下探究性教學(xué)實(shí)踐：以“時(shí)間序列分析”課程為例[J]．牡丹江教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2021（9）：93-96．

[12] 王輝，齊亞東．飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)頻發(fā)故障模型構(gòu)建及預(yù)測[J]．航空維修與工程，2017，5（3）：39-43．

Teaching reform of time series analysis course based on innovative talents cultivation

XU Wenxia，LI Guodong，MA Pengcheng

（School of Mathematics and Computing Science，Guilin University of Electronic Science and Technology，Guilin 541010，China）

The course of time series analysis is one of the core courses in the training program for graduate students majoring in statistics．Regarding graduate education，with the construction theme of time series analysis courses，curriculum teaching reform was carried out to drives talent cultivation through innovation．The construction of the case database is carried out，and for the main knowledge points，more than two application cases in various fields are designed．The construction of simulation experimental platform for time series analysis is completed，the classroom teaching mode is reformed to allow students to form teams to showcase and teach research work．Teaching work includes outside class and inside class two parts，emphasis should be placed on extracurricular activities，fully leveraging their advantages of wide scope and large capacity．Teaching practice has shown that teaching reform helps cultivate students′ self-learning ability，team coordination ability and language teaching ability．

time series analysis；graduate education；innovative talents

1007-9831（2023）11-0075-04

O213∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.11.000

2023-04-10

桂林電子科技大學(xué)研究生課程建設(shè)項(xiàng)目（YKC202209）；桂林電子科技大學(xué)學(xué)位與研究生教育改革項(xiàng)目（2021YXW16，JGY2023126）；廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2022JGB189，2023JGZ123）

徐文霞（1977-），女，新疆石河子人，高級工程師，從事統(tǒng)計(jì)分析、信息安全和數(shù)據(jù)挖掘研究．E-mail：148109469@qq.com

李國東（1972-），男，黑龍江鶴崗人，教授，博士，從事數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理和信息安全研究．E-mail：lgdzhy@126.com