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一、传统教学中存在的问题及原因分析
1.包括概率论在内的传统数学课程,在教学中一般以概念理解,习题解决为教学重点,相对忽视对学生的应用能力的培养。培养学生的逻辑思维能力当然是重要而且必要的,但是如果教学与实际应用完全脱节,学生虽然系统地学习了概率论知识却不知道如何应用,这与当前的应用型本科教育的培养目标是不相符的。所以高校及教师要改变教学理念,在课程设置、教学方法中做出相应的调整。2.关于经济应用型专业的概率论课程教学的一个重要问题是缺乏合适的教材。目前,教师普遍仍然采用的是原有的教材,而不是专门针对经济应用型专业的,教材以概念、定理和习题为主要内容,而涉及的实际应用的例子,特别是关于当前经济问题的例子,是比较少的。教材本身没有应用的特色,不以实际经济应用为导向,教师自然“难为无米之炊”。3.教师的授课方式还是传统方式,虽然加入了多媒体的应用,但仍然是以教师的“一言堂”授课方式为主,教与学的互动相对较少,不能真正引发学生浓厚的学习兴趣,也没有让学生在实际应用中加深印象。同时,对学习效果的评价还是试卷考评的模式。学生只需要掌握书本的知识,面对的仍然是试卷上可能会出的计算题目,而不需要考虑用所学的知识来解决实际问题,更不会考虑会与将来工作实践有任何关系。这样的授课及评价方式与当前培养应用型人才的目标显然是脱节的,需要在授课方式中体现出对实际应用部分的讲解,引领和鼓励学生进行实践应用,并对学生在实际应用中的表现进行考核。
【关键词】概率论 描述统计 推断统计 统计思想
一、概率论引入统计学的意义
(一)方法的突破
统计学研究对象的拓展。引入概率论后统计学研究对象的拓展表现在外延与内涵两方面。外延上,导源赌博问题研究的概率论以随机性现象为主要研究对象,它的应用将统计学思想方法带到自然科学领域,甚至用于研究人类心理活动、思维现象,拓展了原来始于社会经济现象研究的统计学的研究对象。另外,联姻前统计学对现象的描述、分析只能止于其确定性方面,有概率论新工具后,其不确定性方面也能描述分析,拓展了作为统计学对象的社会经济现象的数量信息内涵。研究对象的拓展,使得在此基础上统计学成了一门具有通用性的定量分析工具。
统计学研究方法的进阶。概率论联姻“统计”的突出意义表现在方法上—由描述走向推断。“描述统计”(包括数据的收集、整理、显示和分析)主要是通过图表形式对所收集的数据进行加工处理和显示,进而综合、概括和分析得出反映客观现象规律的数量特征;“推断统计”则是在对样本数据进行描述的基础上对统计总体的未知数量特征作出以概率形式表达的推断。联姻之前的古典统计学主要就是初级的“描述统计”(简单的计量、分组、图表、推算等),现代统计学则以“推断统计”为其核心内容。这里“描述”与“推断”的划分一方面反映统计方法发展的两个阶段,另外也反映应用统计方法探索客观事物数量规律的不同过程。“描述”是基础,“推断”是主要内容。
推断统计的现实性意义。统计学从描述发展到推断,反映统计学发展的巨大成就,也是统计学成熟的重要标志。一方面,它是重要的认识工具。正是由于有了“推断”,科学借助统计这一定量分析工具取得了巨大成就。象著名的基因论就借助推断统计方法而得。
(二)思想的腾飞
矩:统计学早期便有“平均”即一般代表值的思想,认识事物数量方面的一般性。引入概率论后,“平均”引申到“期望”,描述随机变量的集中趋势。与“平均”相对应,有对数据偏离“一般”程度的描述即“变异”,认识事物数量方面的差异。引入概率论后其内涵扩充到对随机变量离散程度的描述。“矩”源于力学研究,均数、方差同重心和转动力矩之间的类似促使统计上用“矩”来描述数据特征。其概念涵盖前述的几个参数,并扩充到多阶、多维随机变量特征的描述。“矩”体现了统计“求同察异”的思想,即在了解差异的同时认识事物的同质性。
估计:估计是据样本数据对总体参数所作出的“猜想”’其实质是一种类比,将对已知事物的认识拓广到更大范围。实际上有一个假定即样本、总体的同质性(同分布)。由于样本的随机性使得估计带有不确定性,便给出“区间”来对其描述。
检验:检验即先对总体特征作出一种假设,然后根据样本信息对这一假设的支持程度作出描述(假设正确性的判断),主要运用反证法、小概率原则等思想。检验与估计构成统计推断内容的两面,鉴于思维上推与证的不同而分别提出。
拟合:拟合就是对现象之间的联系、发展规律、变化趋势给予定量描述,是对事物间关系表现的一种抽象。也就是以一定的模型来反映现象及现象间的联系的发展变化,表现出联系的显性方面而抽象掉非显性方面。
相关:相关是客观事物普遍联系的哲学思想在统计上的具体化。统计所研究的对象之间往往表现出相随共变或相随共现的情况,相关便是对现象间这种联系的数量表现的描述、分析。通过对比关联现象变化的方向与程度,来研究它们之间是否有联系、联系的紧密程度和形式。
惯性:哲学上,客观现象都是有规律的辩证发展运动过程。任何运动都具有惯性,这种惯性表现为系统的动态性即记忆性。它反映现象未来行为与过去的行为有关这样一种动态思想,是“动态相关”,也是预测的思想基础,反映现象本身及现象之间关系发展、变化的规律性。
二、概率论引入统计学的启发
概率论引入统计学,使统计学思想方法有了质的飞跃,并成为统计学坚实的理论基础。这也给我们启发:统计学必须与时俱进,顺应时代而发展,不断完善方法体系,与其它定量分析工具、计算技术及其应用领域科学结合融会。
研究对象泛化:统计学是定量分析工具,首先便表现在对所研究的对象(社会经济现象、自然现象、精神思维等)的定量描述上(对象信息数据化),然后再做定量分析。最初统计学只能局限于现象数量信息做确定性的数量描述、分析,引入概率论之后,对研究对象便可以做随机性描述、分析。而实际工作中有时还必须对定性的、模糊的、混沌的甚至突变的等研究对象做定量的描述与分析,概率论便会有所局限,必须引入新的工具。比如引入模糊数学,对模糊性现象做定量描述分析;引入灰色理论,形成灰色统计思想等等。
电子技术发展:科技特别是计算机技术的发展使数据处理的手段得到提升,并对统计提出了新挑战。电脑、网络的出现一方面使统计学的研究对象(总体)成了一个结构复杂的系统,另一方面对数据的分析处理变成了算法。同时在我们面对的数量信息超大量化后,统计的“收集、分析数据”的任务、统计推断意义也就必然发生变化,等等。这一切都要求统计必须与计算机及其它科学联姻,如人工智能、神经网络理论等。
应用领域扩张:现代统计学是一多层次多门类的学科,几乎所有的科研都要借助这一定量分析工具。应用领域的不同,对这一工具的要求必然不尽相同。比如生物统计、保险统计与统计地理学在基础性方法一致的基础上各有与其相联系的实质性科学的特点。现代统计方法(包括概率论的成长、壮大)很大程度上来自一些实质性科研活动,这也就要求我们坚持以概率论等数理工具为基础的前提下紧密联系应用领域的实质性科学。
总之,统计学是一门生命力强大的科学,也是一门与时俱进的科学。顺应时代要求,不断借鉴其它方法科学,丰富统计方法,拓展应用领域。
(1)认识随机现象的客观性和普遍性,形成科学的世界观和实事求是的工作态度,意识到对随机现象的统计研究是必要的,也是可能的。在教学中可以举出大量的随机现象的例子,例如某网站一昼夜的点击次数,某保险公司一年内的索赔金额,等等。使学生意识到分析和处理众多随机现象的统计规律具有重大的理论意义和现实意义,从而提高学生对统计规律的关注程度。
(2)在教学过程中要将随机现象的各种形式进行数据化处理,例如,在讲到“随机变量”的概念时,可以通过丰富的实例使学生随时从网络、杂志、电视媒体中,有意识地获得一些随机数据信息,让学生理解随机数据的重要性,从而看到随机现象的规律是通过随机数据反映出来的。同时,也可以通过计算机模拟产生一组随机数,从这组随机数的不同取值说明随机变量的随机性。
(3)培养学生从统计角度思考随机现象中的各种问题,可以从身边的各种现象谈起,如心血管病是否与职业有关,人的一生是否会遇到强震,等等。从统计的角度进行分析和思考,使学生看到统计思维的合理性,从而产生对统计的兴趣,形成统计活动的良好开端。
二、收集和分析数据的作用
统计的出发点是收集数据,然后再科学的分析数据和整理数据。不列颠百科全书对统计学下了如下定义:“统计学是收集和分析数据的科学与艺术”。这就是说,统计学不仅是一门科学,而且是一门收集和分析数据的艺术,要求从数据中挖掘出新的信息,而不是死记硬套现有的公式和定理。为了突出收集和分析数据的重要性,我们在教学的过程中,可以考虑以下几个方面:
(1)首先展现给学生一系列的实际数据,比如一批电灯泡的寿命、某年级外语考试成绩等,让学生对数据有一个明确的感性认识,意识到统计是从数据出发的,先有数据,然后才有公式和定理。不同的数据具有不同的实际意义,弄清楚这些数据的分布规律和性质是统计的基本任务。
(2)强调如何有效地收集数据是统计中的重要问题,通常是从总体中抽取样本,抽样的方法是多种多样的,在教学中可以结合实例作抽样试验,比如从同一种型号的汽车中随机抽取5辆,测量每公里的耗油量;观察吞某类药物的病人的反应情况;调查部分学生的外语考试成绩;等等。
(3)分析数据是统计工作的核心,分析数据就是对数据进行加工处理,从而获取数据中关于总体的信息。通过构造各种不同的统计量,对所研究的总体进行推断,达到从部分认识全体的目的。在教学中可以通过计算机软件对数据的结构、统计量的分布作动画演示,比如数据频率直方图、经验分布函数曲线、样本均值分布直方图等,从而提高学生对分析数据的兴趣。
三、结合实例强调统计方法的重要性
概率统计是数学的一个重要分支,它的方法别具一格,无论对自然科学还是社会科学,现代统计方法是必不可少的。在教学的过程中,结合实例强调统计方法的重要性,既能加深对于概率统计理论知识的理解,又能激发学生对这门课程的兴趣,具体可从以下几个方面进行考虑:
(1)结合日常生活实例进行教学,比如统计学生中同生日的人数,随着统计人数的增加,至少有两人同生日这一事件的频率会接近于1,然后将这一结果与理论概率进行比较;统计吸烟与非吸烟人群中患肺癌的比例,检验吸烟与患肺癌是否存在某种依赖关系;观测一天中某人手机的呼唤次数,然后与泊松分布进行拟合优度检验;统计某年级的外语考试成绩,根据数据进行正态分布的拟合优度检验;等等。
(2)结合实例突出统计中的基本方法,参数估计和假设检验是进行统计推断的两种最基本的方法,其涉及的范围十分广泛,在教学的过程中应首先理解方法的基本原理和理论依据,结合典型实例进行分析,比如通过估计湖中鱼的条数,使学生了解矩法和最大似然法的原理和步骤;通过检验自动包装机工作是否正常,使学生掌握假设检验的方法步骤。
(3)结合实例系统介绍统计中的基本内容,使学生进一步认识到统计方法的实用性和广泛性,为学生在今后的学习和研究中提供广阔的应用空间。
四、从统计观点出发进行概率论的教学
“不确定性”或“随机性”是概率统计这门学科研究的对象,从统计的观点来看,“随机”并非完全“偶然”,其中蕴含内在的规律性,这种规律是对随机现象经过大量观察后得到的某种统计规律。随机事件的概率、随机变量的概率分布、数字特征等只是这种统计规律在数量上的某种刻画。目前的教学计划是先讲概率后讲统计,在讲概率时可从统计的观点出发进行概率论的教学,这样有利于对概率论中基本概念的深层次的理解和全面的把握,学生学习起来不容易出现概率和统计前后脱节的问题,有利于整门课程首尾呼应,贯穿一体,具体可把握以下几个方面:
(1)从统计的观点出发讲清楚概率论中几个最基本的概念。
(2)从统计的观点出发理解概率论中几个最基本的定理。比如从数据的分散程度理解切比雪夫不等式的含义;由频率的稳定性和观测数据的平均值的变化趋势看大数定律的意义;从大量数据的叠加的波动性理解中心极限定理的含义;等等。
(3)从统计数据出发利用现代化的教学手段进行概率论的教学。比如通过绘制数据的直方图来理解概率密度函数;由二维数据的平面散点图看相关系数的大小;通过动画演示高尔顿钉板实验来揭示中心极限定理的奥秘;等等。
五、总结