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一、对当下几本概率统计教材的分析
1.概率统计教材中数学文化元素的现状
在高校概率统计教材中,从数学文化的角度对概率统计教学进行诠释已经得到数学教育界的普遍重视,教材在数学文化价值教育方面起到至关重要的作用。高校概率统计教材在数学文化教育方面也做了大量的工作,我们以盛骤等人主编的《概率论与数理统计》(第四版)、缪全生主编的《概率与统计》(第三版)和同济大学应用数学系主编的《工程数学—概率统计简明教程》三本教材(后文中分别以教材一、教材二、教材三称之)作为例子,它们在数学文化渗透方面的特点体现在:
(1)教材设计更注重生活和技术应用领域背景的渗透
在内容编排方面,每个知识点都能注意以生活实际或当前的技术应用问题作为背景予以介绍,强调知识的直观性和应用背景,强调实际问题的解决,使得学生有比较直观的认识,能提高学生的学习兴趣和学习热情。如在介绍条件概率的定义时,教材几乎都能从掷硬币、掷骰子等简单的生活实际出发,从特殊到普遍地引出条件概率的定义。内容背景涉及较多的是产品质量分析模型(如质量、寿命、含量、误差等方面),教材一和教材三比教材二涉及应用背景的面更加广泛、量更大。在例题和习题设计方面,教材注重以解决有经济、社会、工程技术等方面实际背景的问题为主,旨在提高学生的实际应用能力。在所统计的三本教材中,具有应用背景的例题占总的例题数超过了50%,习题中有应用背景的题目在50%左右,特别是以自然科学为应用背景的题目占了绝大多数
(2)紧密结合信息技术的发展,提高统计计算能力的培养
加强数理统计的内容,注重统计方法在实际工作中的应用。如增加了假设检验问题中的P值检验法和一些统计图的应用,还介绍了bootstrap方法在数据处理方面的应用。增加Excel软件和“宏”数据分析工具的使用。信息技术的发展给概率统计的研究赋予更强大的工具,没有现代的专业统计分析软件作为研究工具,概率统计问题的研究是不可想像的,在概率统计教材中适当引入统计软件的运用是必要的。虽然现在统计分析软件的功能很强大,但需要经过专业的学习才能掌握,为适应概率统计的入门使用,盛骤等人主编的《概率论与数理统计》(第四版)中就增加了Ex-cel软件和“宏”数据分析工具在概率统计中的应用,特别是在数理统计方面的运用,这对没有经过专业统计软件学习的学生和使用者有很大的帮助。
2.高校概率统计教材数学文化元素渗透中存在的问题
1精选案例,重组教学内容
在教学内容的选编中,所选内容应突出“厚基础”“重应用”的应用型特色。综合考虑学生的就业方向,侧重论述概念、方法、原理的历史背景和现实背景在金融等方面的应用,对于冗长难懂的理论证明可以用直观易懂的现实背景来解释。例如讲解全概率公式时,学生虽可以比较容易地应用,但不容易理解公式的本质,所以并不觉得引入这些公式有什么必要性,大大降低了学生的学习兴趣。但如果在课堂引入“敏感事件调查”这个例子,会对经管类的文科学生具有很强的吸引力,从而为学生提高市场调查和问卷设计能力提供有益借鉴。在介绍贝叶斯公式时,可以根据经管类专业,引入贝叶斯公式应用在风险投资中的例子。在介绍期望的概念时,从赌博游戏介绍概念来源的背景,再将期望用到实际生活中去,可以引入其在投资组合及风险管理等方面的应用。这样能使学生真正理解概率论中许多理论是取之于生活而用之于生活,并能自觉将理论运用到生活中去。在介绍极大似然思想时,可以从学生和猎人一起打猎的案例进行引入。
2设计趣味案例,激发学生学习兴趣2015年1月5日
随着互联网的迅猛发展、电脑的普及、各种游戏软件的开发,很多大学生喜欢在网上玩游戏。教师可以抓住大学生爱玩游戏这一特点,况且概率论的起源就来源于赌博游戏,教师可以在讲授知识时,由一个游戏出发,循循诱导学生从兴趣中学到知识,再应用到生活中去。例如,在讲解期望定义时,可以设计这样的一个游戏案例:假设手中有两枚硬币,一枚是正常的硬币,一枚是包装好的双面相同的硬币(即要么都是正面,要么都是反面,在抛之后才可以拆开看属于哪种)。现在让学生拿着这两枚硬币共抛10次,一次只能抛一枚,抛到正面就可以获利1元钱,反面没有获利,问学生选择怎样一种抛掷组合,才能使预期收益最大?教师留给学生思考的时间,然后随机抽一位同学回答,并解释其理由。大部分学生选择先抛后面那枚硬币,如果发现两面都是正面,那么后面9次都抛这枚,如果是反面,那后面9次都抛前面那枚硬币。这种抛掷组合确实是最优的,但总是说不清其中的道理来。这时教师可以向学生解释,其实大家在潜意识中已经用到了期望,然后利用期望的定义为大家验算不同抛掷组合的期望值来说明大家选的组合确实是最优的,这时学生豁然开朗,理解了期望的真正含义。游戏可以继续,如果将若干个包装好的非正常硬币装入一个盒子里,比如将5枚双面都是反面的、1枚双面都是正面的硬币装入盒子里,学生从中摸一个硬币出来,再和原来那枚正常的硬币一起共抛10次,也可以选择不摸硬币,直接用手中正常硬币抛10次。这个时候,原来那种抛掷组合还是最优的吗;如果再改变箱子中两种硬币的比例,比如9枚双面是反的,1枚双面都是正的,结果又是怎样等等,这些问题可以留给学生课后思考,并作为案例分析测试题。按照上述设计教学案例,不仅让学生轻松学到知识,激发学生学习的能动性,还可以提高学生自己动手解决实际问题的能力,培养学生的创新能力。
3精选实用型案例,引导学生学以致用
如在讲解全概率公式时引入摸彩模型,中奖的概率是否与抽奖的先后顺序有关。利用全概率公式可以证明与顺序无关,大家机会是平等的。又如讲解事件独立性可以引入比赛局数制定的案例,如果你是强势的一方,是采取三局两胜制还是五局三胜制,这个例子也可以用大数定理来解释,n越大,越能反映真实的水平。又如设计车门高度问题,公共汽车车门的高度是按成年男性与车门顶头碰头机会在0.01以下来设计的:设某地区成年男性身高(单位:cm)X~N(170,36),问车门高度应如何确定?这个用正态分布标准化查表可解决。合理配备维修工人问题:为了保证设备正常工作,需配备适量的维修工人(工人配备多了就浪费,配备少了又要影响生产),现有同类型设备300台,各台工作是相互独立的,发生故障的概率都是0.01。在通常情况下一台设备的故障可由一个人来处理(我们也只考虑这种情况),问至少需配备多少工人,才能保证设备发生故障不能及时维修的概率小于0.01?这样的问题在企业和公司经常会出现,我们用泊松定理或中心极限定理就可以求出。学生参与到实际问题中去,解决了问题又学到了知识,从而有成就感,学习就有了主动性。
4运用多媒体及统计软件进行经典案例分析
在概率统计教学中,实际题目信息及文字很多,需要利用统计软件及现代化媒体技术。其一,采用多媒体教学手段进行辅助教学,可以使教师节省大量的文字板书,避免很多不必要的重复性劳动中,从而教师就可以将更多的精力和时间用于阐释问题解决的思路,提高课堂效率和学生学习的实际效果,有效地进行课堂交流。其二,使用图形动画和模拟实验作为辅助教学手段,可以让学生更直观地理解一些抽象的概念和公式。如采用多媒体教学手段介绍投币试验、高尔顿板钉实验时,可以使用小动画,在不占用过多课堂教学时间的同时,又能增添课堂的趣味性。而在分析与讲解泊松定理时,利用软件演示二项分布逼近泊松分布,既形象又生动。如果在课堂教学中使用Mathematica软件演示大数定律和中心极限定理时,就可将复杂而抽象的定理转化为学生对形象的直观认识,以使教学效果显著提高。在处理概率统计问题过程中,我们经常会面对大量的数据需要处理,可以利用Excel,SPSS,Matlab,SAS等软件简化计算过程,从而降低理论难度。不仅如此,在教师使用与演示软件的过程中,学生了解到应用计算机软件能够将所学概率论与数理统计知识用于解决实际问题,从而强烈激发学生学习概率知识的兴趣。
一、创建愉快和谐的课堂环境
愉快和谐的课堂环境是上好一门课的基础。课堂教学除了知识交流外,还要有情感交流,教学活动是在知识、情感这两方面互相作用、互相制约下完成的。只注重知识讲解,而忽视与学生的情感交流是不可能取得理想的教学效果的。教师微笑的面容、温柔的目光、落落大方的仪表会给课堂奠定愉快而和谐的基调,为学生的学习创造良好的心理环境。在讲课过程中要用眼神与学生交流,当看到学生听懂后的喜悦表情时,会受到激励,使自己振奋;如果学生抬头率低,或者表示疑惑,就要想办法再讲一讲。教学中不能妄自尊大,要以学生为主体,以人为本,以调动学生的学习主动性、积极性为手段,以提高学生的学习兴趣、学习能力和创新意识为宗旨,在激发学生潜能、启迪学生思维的过程中传授知识与技能,促进学生知识、能力和素质的综合协调发展。
二、针对课程特点运用高效的教学方法与手段
针对课程特点运用高效的教学方法与手段是上好一门课的关键。概率论与数理统计是研究和探索客观世界中随机现象的一门数学学科,在金融、保险、经济与企业管理、工农业生产、军事、气象与自然灾害预报等方面起到非常重要的作用。作为一门应用性很强的学科,它已经成为高等学校工、农、经管等专业的一门重要基础课程。概率论与数理统计的教学内容要求讲授五章概率论,两章数理统计。由于概率论与数理统计的课时一般为48学时,加上这门学科的文字性描述很多,仅仅采用传统黑板加粉笔的教学手段,会促使老师拼命赶进度、加大课堂信息量,以便完成教学任务,这种“满堂灌”的教学模式忽视学生的感受,导致这门趣味性极强的课程达不以应有的教学效果。如果合理采用PPT讲授这门课程,就可以节省许多当堂板书时间,这样教师在有限的教学时间中可以进行更多的教学活动,从而达到意想不到的效果。
教师可以根据教学内容,紧密联系学生的生活环境及专业特色,通过PPT创设学生熟悉与感兴趣的教学情境,通过一幅幅熟悉的画面和精心设计的热点问题激发学生的学习积极性,让学生真正成为课堂学习的主体,拥有学习主动权。要注重具体案例的选择,紧密联系现实生活,激发学生的求知欲。但在使用PPT的过程中,有些推导、演算的东西,可以用粉笔在黑板上一点点地推导能更好地引导学生思考。通过PPT展示一定数量的课堂练习,关注学生的差异,设计不同水平的题目使每个学生都有机会参与教学活动,可以让学生集体讨论,努力改变原有老师一味讲、学生一味听的被动局面,在集体讨论的过程中,教师要在学生中间转圈,指导他们。每堂课都要用PPT做小结,帮助学生梳理课堂的主要内容和重难点,让学生做到心中有数,弥补PPT教学容易遗忘的缺陷。
科学完善的评价体系对打造高效的数学课堂也是尤为重要的,它可以让学生在课堂上始终保持高涨的学习积极性和强烈的主体性。评价的主要目的是全面了解学生的学习历程,激励学生学习和改进教师教学。评价学生学习状况的主要目的是激励优秀学生努力学习,取得更好的成绩,同时鼓励基础相对薄弱的学生树立信心,不断进步。传统考核机制实行一卷定终身的闭卷考试模式,忽视基础条件的差异,只对基础条件较好的学生起到促进作用,对基础相对薄弱的很难起到鼓励作用。教师可以根据授课学生实际情况实行多样化考核方式,适应不同学生的发展要求。如加大平时成绩的权重,重点考察课堂表现和作业情况,帮助基础薄弱的学生树立信心,对于基础好的学生,可以鼓励他们根据自身发展目标,在参加传统闭卷考试和撰写论文之间做出选择,论文主要是结合专业特色做一篇研究报告,或者做一篇课程论文,可以一人独撰,也可以多人合作完成。这种考核机制有助于培养优秀大学生的创新意识和团队协作意识。
作者:闻卉单位:湖北工业大学理学院
摘要:长期以来,在财经类专业概率与数理统计课程建设中,一直存在着教学方法及考试模式等方面的问题。通过结合教学实践与理论思考,阐述了概率与数理统计教学改革的几点看法。
关键词:课堂教学;概率论与数理统计;应用能力;教学模式
概率与数理统计是实际应用性很强的一门数学学科,它在经济管理、金融投资、保险精算、企业管理、投入产出分析、经济预测等众多经济领域都有广泛的应用。概率与数理统计是高等院校财经类专业的公共基础课,它既有理论又有实践,既讲方法又讲动手能力。然而,在该课程的具体教学过程中,由于其思维方式与以往数学课程不同、概念难以理解、习题比较难做、方法不宜掌握且涉及数学基础知识广等特点,许多学生难以掌握其内容与方法,面对实际问题时更是无所适从,尤其是财经类专业学生,高等数学的底子相对薄弱,且不同生源的学生数理基础有较大的差异,因此,概率统计成为一部分学生的学习障碍。如何根据学生的数学基础调整教学方法,以适应学生基础,培养其能力,并与其后续课程及专业应用结合,便成为任课教师面临的首要任务。作为我校教学改革的一个重点课题,在近几年的教学实践中,我们结合该课程的特点及培养目标,对课程教学进行了改革和探讨,做了一些尝试性的工作,取得了较好的成效。
1与实际结合,激发学生对概率统计课程的兴趣
概率论与数理统计从内容到方法与以往的数学课程都有本质的不同,因此其基本概念的引入就显得更为重要。为了激发学生的兴趣,在教学中,可结合教材插入一些概率论与数理统计发展史的内容或背景资料。如概率论的直观背景是充满机遇性的赌博,其最初用到的数学工具也仅是排列组合,它提供了一个比较简单而非常典型(等可能性、有限性)的随机模型,即古典概型;在介绍大数定律与中心极限定理时可插入贝努里的《推测术》以及拉普拉斯将概率论应用于天文学的研究,既拓广了学生的视野,又激发了学生的兴趣,缓解了学生对于一个全新的概念与理论的恐惧,有助于学生对基本概念和理论的理解。此外,还可以适当地作一些小试验,以使概念形象化,如在引入条件概率前,首先计算著名的“生日问题”,从中可以看到:每四十人中至少有两人生日相同的概率为0.882,然后在各班学生中当场调查学生的生日,查找与前述结论不吻合的原因,引入条件概率的概念,有了前面的感性认识后学生就比较主动地去接受这个概念了。
在概率统计中,众多的概率模型让学生望而生威,学生常常记不住公式,更不会应用。而概率统计又是数学中与现实世界联系最紧密、应用最广泛的学科之一。不少概念和模型都是实际问题的抽象,因此,在课堂教学中,必须坚持理论联系实际的原则来开展,将概念和模型再回归到实际背景。例如:二项分布的直观背景为n重贝努里试验,由此直观再利用概率与频率的关系,我们易知二项分布的最可能值及数学期望等,这样易于学生理解,更重要的是让其看到如何从实际问题抽象出概念和模型,引导学生领悟事物内部联系的直觉思维。同时在介绍各种分布模型时可以有针对性地引入一些实际问题,向学生展示本课程在工农业、经济管理、医药、教育等领域中的应用,突出概率统计与社会的紧密联系。如将二项分布与新药的有效率、射击命中、机器故障等问题结合起来讲;将正态分布与学生考试成绩、产品寿命、测量误差等问题结合起来讲;将指数分布与元件寿命、放射性粒子等问题结合起来讲,使学生能在讨论实际问题的解决过程中提高兴趣,理解各数学模型,并初步了解利用概率论解决实际问题的一些方法。
2运用案例教学法,培养学生分析问题和解决问题的能力
案例教学法是把案例作为一种教学工具,把学生引导到实际问题中去,通过分析与互相讨论,调动学生的主动性和积极性,并提出解决问题的基本方法和途径的一种教学方法。它是连接理论与实践的桥梁。我们结合概率与数理统计应用性较强的特点,在课堂教学中,注意收集经济生活中的实例,并根据各章节的内容选择适当的案例服务于教学,利用多媒设备及真实材料再现实际经济活动,将理论教学与实际案例有机的结合起来,使得课堂讲解生动清晰,收到了良好的教学效果。案例教学法不仅可以将理论与实际紧密联系起来,使学生在课堂上就能接触到大量的实际问题,而且对提高学生综合分析和解决实际问题的能力大有帮助。通过案例教学可以促进学生全面看问题,从数量的角度分析事物的变化规律,使概率与数理统计的思想和方法在现实经济生活中得到更好的应用,发挥其应有的作用。
一、教学内容中融入应用题目,从根本上体现数学建模的思想
“概率统计”是一门具有实践性与理论性的重要学科,在不断发展的过程中已经成为数学科目不可或缺的组成部分,并且对此起到重要的作用。在根据课程的相关特点中,利用现代科学进行审视与组织,从而使数学概率统计中融入新鲜元素,在教学内容上引入有趣的应用题目,并且要对科学方法以及相关技术、概率统计知识进行联系。学生在运用“概率统计”知识的基础上们能够建立数学模式,对“概率统计”的知识也会产生兴趣爱好。除此之外,还能促进学生学习习惯的改变,变被动为主动,从根本上提高学习效率。将数学建模的思想积极融入到数学概率统计之中,能够在不打破传统知识的同时,应用案例进行解决。通常情况下,学习通过对案例的学习,能够亲自体验在使用概率统计知识进行数学建模的整个过程,从而加深对概率统计知识的认知与理解,促进学生的学习兴趣与学习习惯。从另一个角度而言,学生在努力学习数学概率知识的同时,能够真正做到“学以致用”,由于数学概率统计是一门重要且复杂的课程,在不影响到教学大纲的情况下利用多种手段进行教学,可以增强学生数学建模的基本能力,从根本上体现数学建模的思想。
二、教学方法得以改进,促进开放式学习方式的形成
(一)改变传统教学模式,探索新型教育方式通过实践证明,传统的教学模式与方式无法适应社会的需要,不能满足现代化的教学要求,因此无法在传统教育模式中取得满意的教学效果。通过将数学建模融入到数学概率统计之中,可以在传统的教学模式中融入新鲜元素,并且结合相关案例,采用启发式教学模式进行教学,实现由浅入深、由难到易,使学生掌握数学概率统计的基本概念以及相关方法,从而对数学学习产生兴趣,变被动学习为主动学习,从根本上加深学生对数学概率统计知识与建模思想的认识与理解。
(二)改变传统学习方式,建立开放型学习形式在数学概率统计的教学内容上,认可教师不可以按照传统的教学模式作为基本模式,不能按照教科书进行照本宣科。众所周知,数学建模是没有固定模式的,在进行数学建模时,要积极利用各种方式、各种技巧,因此,教师在对学生传授相关知识的同时,要积极引导学生如何学习,如何正确的使用建模技巧,并且要让学生对问题发生的背景以及过程进行探索,从根本上提高学生的自主创新能力。除此之外,在对习题进行处理时,学生也不能局限于比较充分的问题上,要不断引用条件不充分的问题进行研究,并且要自己动手对材料、信息,对数据进行分析,建模,并且还要对较为抽象的问题进行具体化,从而增强自身对学习的兴趣与能力。此外,教师要不断开展讨论课,让学生积极发表自己的建议,对问题的见解进行回答,加强与同学之间的交流与学习,从而使学生在开放型学习环境中不断成长。
三、改善教材中的理论学习,加强实践学习
在学生的实践活动之中,为了能够使学生对知识有所了解,那么教材僬侥设计有关学生训练的习题。一般而言,数学概率统计中的教材在教学内容的处理上过于理论化,对习题的次序与搭配却不符合学生的基本特点,甚至有部分教材在设计的习题中难度过高,从而导致学生在学习中遇到困难,对数学概率统计与数学建模失去兴趣。从实际角度而言,数学概率统计作为数学教材,习题是非常重要的,大量的习题可以锻炼学习的逻辑性与思维型,因此,在对数学教材进行编写时要按照由浅入深的基本原则,对练习题进行分门别类的编写,从而满足不同层次与不同对象的基本需求。在现有的数学概率统计习题之中,还需增加比较有趣、与生活有关的系统,并且该类习题要对数学建模的思想进行体现。与此同时,在教材中还应该添加应用性强的概率案件与统计案件,比如像数据的统计、数据的拟合等,让学生能够学会数学建模,在丰富学生课余知识的同时,也在一定程度上提高了学生的应用能力。
四、结语
1教学的趣味性
课堂教学的趣味化,即结合学生感兴趣的实际问题引入概率知识,激发学生的求知兴趣,启发学生的数学思维。内容枯燥,教学方式单一是学生感觉课堂乏味的主要原因。在教学过程中,教师应多结合学生感兴趣的问题,让学生自己解决,这有助于提高学生的学习兴趣。比如,在给出数学期望的定义时,可以介绍学生的平均成绩问题:五名学生的成绩分别为85,80,90,85,90,求这五名学生的平均成绩。五名学生成绩的概率分布如表1所示。通过观察表1,学生很容易知道平均成绩为1/5×(85+80+90+85+90)=80×1/5+85×2/5+90×2/5,这即是离散型随机变量数学期望的形式。另外教师应精简例题的数量,利用有层次的例题展现知识点。二维连续型随机变量函数的加法分布是概率学习中的重点也是难点,在讲授时,教师可以首先通过两种方法(定义法和卷积公式法)计算X+Y型函数的分布使学生感受两种方法的不同之处,然后介绍2X+Y型分布,使学生了解卷积公式不是万能的。
2教学的生活性
课堂教学的生活化,即通过生活中具体的实例讨论概率的应用,建立形象问题和抽象思维之间的联系。概率论与数理统计是一门实用性很强的科学,在具体实际情况和数学概念、定理、公式之间建立正确的联系,成为现在学生面临的主要难题。教师在教学过程中可以分析一些具体的实例,使学生了解怎样应用数学知识解决实际问题。比如分析问题“根据以往的临床记录,某种诊断癌症的试验具有如下的效果:若被诊断者患有癌症,则试验反应为阳性的试验反应为阳性的概率为0.95,若被诊断者没有患有癌症,则试验反应为阴性的概率为0.95,且被试验的人患有癌症的概率为0.005,问如果被试验者反应为阳性,他患有癌症的概率为多大?”这是一个题目很长的实际问题,学生一般无从下手,解决问题的关键在于了解题目中涉及几个条件和几个随机事件,只要准确描述随机事件就可以把实际问题转化为概率问题。实际问题的多次训练有助于培养学生用数学语言描述实际问题的能力。
3教学的启发性
教学的启发性即给学生思考的时间,等学生无法想明白的时候再去开导。具体来说就是老师对上课提出的问题给出学生思考的时间,在学生主动思考之后,帮助学生开启思路。“填鸭式”,“满堂灌”的教学方法最容易使学生失去学习兴趣。孔子曰“不愤不启,不悱不发”,说的就是要启发学生思维,引导学生思路。比如,讲授全概率公式之前引入实例:有一批同一型号的产品,已知其中由一厂生产的占30%,二厂生产的占50%,三厂生产的占20%,又知这三个厂的产品次品率分别为2%,1%,1%,问从这批产品中任取一件是次品的概率是多少?撇开概率知识不谈,把这个问题纯粹看成一个数学问题,也可以用中学知识解决,给学生几分钟思考的时间并适当引导学生使用数形结合的方法讨论,我们把产品在三个工厂的生产及次品情况转化为产品分布图,学生就很容易地知道从这批产品中任取一件次品的概率就是黑色椭圆区域在整个矩形内所占的比例,经过分析就可以得到全概率公式。该方法不仅能够加深学生对该问题的印象,还有助于学生对复杂全概率公式的理解。
4教学的研究性
教学的研究性,就是要培养学生解决新问题的能力。在大学教育中仅仅教给学生课本上的知识是远远不够的,尤其是在现代科技迅速发展的情况下,应该花大力气培养学生解决未知问题的思维能力。比如,在讲授正态分布的概率密度函数的图形特点时,可以让学生自己试着研究密度函数图形的特点。首先引导学生根据高等数学的知识来研究函数图形的以下特性:(1)奇偶性(对称性);(2)单调性;(3)有界性;(4)凹凸性及拐点。接下来根据正态分布概率密度函数的具体形式分析密度函数图形的特性。在概率论与数理统计的教学中,教学方法影响了学生对这门课程的掌握程度,成功的数学教育不仅要为学生提供数学知识,还要对学生进行数学的思维训练。采用灵活多变的教学方法和形式,致力培养学生的综合素质能力是我们永恒的目标。
一、将数学建模的基本思想融入到概率论以及数学统计的教学课堂上
1.教学课堂中注重实例的讲解
概率论以及数学统计这门课程具有较强的实践性,因此,在教学课程上,教师需要在教学的基本内容中加入更多的实例教学,帮助学生理解这门学科的基本知识点,加深学生对基本理论的记忆。例如:在讲概率学中最基本的加法公式时,加入数学建模的基本思想,利用俗语“三个臭皮匠”的相关内容作为教学实例。俗语中有三个臭皮匠的想法能够比的上一个诸葛亮,意思就是说多个人共同合作的效果比较大,可以将这种实际中的问题引入到数学概率论的教学中,从科学的概率论中证明这种想法是否正确。首先需要根据具体的问题建立相应的数学模型,想要证明三个臭皮匠能否胜过诸葛亮,这个问题主要是讨论多个人与一个人在解决问题的能力上是否存在较大的差别,在概率论中计算解决问题的概率。用c表示问题中诸葛亮解决问题的能力,ai表示其中(ii=1,2,3)个臭皮匠解决问题的能力,每一个臭皮匠单独解决问题存在的概率是P(a1)=0.45,P(a2)=0.6,P(a3)=0.45,诸葛亮解决问题存在的概率是P(c)=0.9,事件b表示顺利解决问题,那么诸葛亮顺利解决问题的概率P(b)=P(c)=0.9,三个臭皮匠能够顺利解决问题的概率是P(b)=P(a1)+P(a2)+P(a3)。按照概率论中的基本加法公式得P(b)=P(a1+a2+a3)=P(a1)+P(a2)+P(a3)-P(a1a2)-P(a2a3)-P(a1a3)+P(a1a2a3)解得P(b)=0.901。因此,得出结论三个臭皮匠顺利解决问题存在的准确概率大于90%,这种概率大于诸葛亮独自顺利解决问题的概率,提出的问题被证实。在解决这一问题过程中,大部分学生都能够在数学建模找到学习的乐趣,在轻松的课堂氛围中学到了基本的概率学知识。这种教学方式更贴近学生的生活,有效的提高了学生学习概率论以及数学统计这一课程的兴趣,培养学生积极主动的学习。
2.课设数学教学的实验课
一般情况下,数学的实验课程都需要结合数学建模的基本思想,将各种数学软件作为教学的平台,模拟相应的实验环境。随着科学技术的不断发展,计算机软件应用到教学中已经越来越普遍,一般概率论以及数学统计中的计算都可以利用先进的计算机软件进行计算。教学中经常使用的教学软件有SPSS以及MABTE等,对于一些数据量非常大的教学案例,比如数据模拟技术等问题,都能够利用各种软件进行准确的处理。在数学实验的教学课程中,学生能够真实的体会到数学建模的整个过程,提高学生的实际应用能力,促进学生自发的主动探索概率论以及数学统计的相关知识内容。通过专业软件的学习和应用,增强学生实际动手以及解决问题的能力。
3.利用新的教学方法
传统数学说教式的教学方法并不能取得较高的教学效果,这种传统的教学也已经无法满足现代教学的基本要求。在概率论以及数学统计的教学中融入数学建模的基本思想并采用新的教学方法,能够有效的提高课堂教学效果。将讲述教学与课堂讨论相互结合,在讲述基本概念时穿插各种讨论的环节,能够激发学生主动思考。启发式教学法,通过已经掌握的知识对新的知识内容进行启发,引导学生发现问题解决问题,自觉探索新的知识。案例教学法,实践教学证明,这也是在概率论中融入数学建模基本思想最有效的教学方法。在学习新的知识概念时,首先引入适当的教学案例,并且,案例的选择要新颖具有针对性,从浅到深,教学的内容从具体到抽象,对学生起到良好的启发作用。学生在学习的过程中改变了以往被动学习的状态,开始主动探索,案例的教学贴近学生的生活学生更容易接受。这种教学方法加深了学生对概率论相关知识的理解,发散思维,并利用概率论以及数学统计的基本内容解决现实中的实际问题,激发了学生的学习兴趣,同时提高了学生解决实际问题的综合能力。在运用各种新的教学方法时,应该更加注重学生的参与性,只有参与到教学活动中,才能够真正理解知识的内涵。
4.有效的学习方式
一、融入数学建模思想的重要性
对传统的概率论与数理统计教学进行归纳,大致是:理论知识+说明举例+解题+考试。这种教学模式可以让学生掌握基础知识,提升计算能力,也有利于解决课后习题。但这种教学模式也有一定的缺陷,不难看出,它与实际脱离较大,更多地停留在书本上。学生掌握了理论知识,未必会将其运用到实际,这违背了素质教育的宗旨,不利于学生学习积极性的提高。运用数学建模的指导思想,可以有效避免传统教学模式的缺陷。数学建模的一个重要功能就是培养学生理论联系实际的能力。将数学建模思想融入教学,是概率论与数理统计教学的需要,也是顺应教学改革的需求。
二、数学建模思想融入课堂教学
教师在讲授概率论与数理统计课程时,面临着非常重要的任务。如何让学生通过学习增强对本课程的理解,并将知识合理地运用到实践中,是摆在教师面前的问题。教师要将数学建模思想合理地融入到课堂。
(一)课堂教学侧重实例
概率论与数理统计课程是运用性很强的一门课程。因此,将教学内容与实例想结合,可以有效提高学生的理解力,加深学生对知识点的印象。例如,在讲授概率加法公式的时候,可以用“三个臭皮匠问题”作为为实例。“三个臭皮匠赛过诸葛亮”是对多人有效合作的一种赞美,我们可以把这个问题引入到数学中来,从概率的计算方面验证它的正确性。首先可以建立起数学模型,三个臭皮匠能否赛过诸葛亮,主要是看他们解决实际问题的能力是否有差距,归结为概率就是解决问题的概率大小比较。不妨用C表示诸葛亮解决某问题,Ai表示第i个臭皮匠单独解决某问题,其中i=1,2,3,每个臭皮匠解决好某问题的概率是P(A1)=0.45,P(A2)=0.55,P(A3)=0.60,而诸葛亮成功解决问题的概率是P(C)=0.90。那么事件B顺利解决对于诸葛亮的概率是P(B)=P(C)=0.90,而三个臭皮匠解决好B问题的概率可以表示成P(B)=P(A1)+P(A2)+P(A3)。解决此问题的过程中,学生既感受到了数学建模的乐趣,也在轻松的氛围中学习到了概率知识。这种贴近实际生活的教学方式,不但可以提高学生学习概率的积极性,也可以增强教师从事素质教育的理念。
(二)开设数学实验课
数学实验一般要结合数学模型,以数学软件为平台,模拟实验环境进行教学。发展到今天,计算机软件已经很成熟,一般的统计计算都可以由计算机软件来完成。SPSS、SAS、MABTE等软件已经广泛得到了运用,较大数据量的案例,如统计推断、数据模拟技术等方面的问题,都可以用这些软件来处理。通过数学实验,不但可以体现数学建模的全过程,还能增强学生的应用意识,促使他们主动学习概率论与数理统计知识。学生通过软件的学习与运用,增强了动手能力,解决实际问题的能力也会有所增强。
一、弱化理论,加强实践教学
《概率论与数理统计》是一门注重理论的数学课程,在教学中让学生掌握基本理论是必要的,但在教学过程中也不能仅仅以此作为目标。那么,一方面,在教学中我们就要做到有取有舍,基本的定理和公式要讲清楚,而对于这些定理和公式的证明可以对学生降低要求,通过多举例子,多给实际案例,让学生学会使用这些公式和定理;另一方面,将一部分学时单独列为实践学时,目前数学软件在统计领域的使用非常广泛,比如常见的:Mtlab、SAS、SPSS等,在教学中将理论与相关数学软件相结合,进行上机教学。让学生通过实践认识到本门学科在实际中如何应用,也让学生能够掌握一到两门数学软件的使用,方便他们今后专业学习。
二、结合专业,注重案例教学
在地质类专业中,很多实际问题都直接用到了《概率论与数理统计》中的内容,比如:区间估计、假设检验、参数估计等,都是在地质类专业教学中常用的数理统计方法。那么,我们在《概率论与数理统计》的课堂教学中就可以有的放矢地将地质类学科中的案例与数理统计中的这些方法相结合,把地质学中的实际问题当作例子在《概率论与数理统计》课堂中进行讲解,地质类专业的案例在很多时候就是在具备专业背景下的统计学的应用,用这类问题来替换课本上枯燥的数学例子,一方面可以增强课堂的趣味性,提高学生的学习兴趣和积极性,另一方面也为将来学生在专业课中使用概率论与数理统计知识打下基础,帮助学生顺利地完成从基础课到专业课的自然过渡。
三、将数学建模的思想融入日常教学中
《概率论与数理统计》是大学数学课程中应用性最强的一门,也是数学建模的基础课程。在地质类学科中《概率论与数理统计》的应用实质上就是利用《概率论与数理统计》的知识结合地质专业背景建立数学模型,然后对数学模型的结果在专业背景下进行解读,所以学生在后续地质类专业课学习中用到的就是利用数学知识建立数学模型,那么,我们在《概率论与数理统计》教学过程中融入数学建模的思想,首先可以让学生建立应用型的思维模式,方便专业课的学习;其次利用讲解数学建模思想的过程可以更好地让学生理解《概率论与数理统计》的基本理论和方法,更扎实地掌握如何应用这些基本理论和方法,使学生达到学以致用的境界。概率论与数理统计是一门重要的数学基础课,根据概率论与数理统计课程的特,通过以上几点思考并根据日常教学,为地质类高校的该学科教学提供有益的借鉴,即最终也将服务于日常教学,笔者相信通过我们教师对教学方法、教学思维的不断改进,《概率论与数理统计》必将成为服务学生专业发展,助力学生奔向更高层次的基石。
作者:陈帆 单位:长江大学工程技术学院
一、正确选择案例,活跃课堂气氛
概率论与数理统计案例教学方法的应用中,案例的正确选择非常重要,选择合适的案例可以让学生能更好的进入数学知识点的学习中,身临其境的体会概率论与数理统计带来的学习乐趣,使课堂气氛变得活跃,从而提高教学质量,同时也增强了学生学习的主动性。例如:选择概率和彩票的案例进行教学,教师可以适当对彩票的相关知识进行拓展;然后将概率和彩票的中奖率联系起来,提出概率的运算思路,在其中添加统计的知识点,让学生大胆的提出问题;最后,对概率和统计进行归纳,对概率和彩票中奖率的关系进行解答,增强学生的学习兴趣,培养学生的独立思考能力,从而达到案例教学的目的,促进教学质量的不断提高。因此,正确选择案例,活跃课堂气氛,在教师的带动作用下,数学教学可以变得很轻松愉悦,概率论与数理统计的教学质量可以得到快速提高,从而促进学生综合素质能力的全面发展。
二、开放学生思维,明确教学目的
在数学教学过程中,学生是是教学的主体,每个人都有自己的思维能力,所以教师必须明确教学目的,使学生的思维得到尽可能的开放,促进学生探索创新能力的不断提高。因此,教师在选择案例时,要综合评估学生的学习能力,对概率的概念、公式进行仔细讲解,将统计知识点贯穿到整个课堂教学,使案例突出教学重点,达到知识点融汇教学的教学目的。开放课堂教学,不仅可以使学生掌熟练握更多的概率论与数理统计知识点,更能拉近学生与作者、学生与自己的师生距离,使师生之间的感情更加融洽,从而大大提高教学质量的目的。
三、有效组织教学,提高综合能力
在数学学习是整个过程中,打好基础是非重要的,因此,在概率论与数理统计的教学中运用案例教学,教师要有效组织教学,促进学生综合能力的提高。针对概率论与数理统计的难点和易点,循序渐进的提升难度,让学生熟练掌握每个知识点,培养学生敏捷的数学思维能力,不断开阔学生的视野,使学生的概率论与数理统计分析能力变得更强,从而达到提高教学质量的目的。例如:针对篮球投篮问题,根据球队人数的变化来计算投篮的概率,从最简单的计算开始,随着人数的变化,计算复杂程度也变得越来越高。这就是一个概率论与数理统计知识点逐渐加深的案例,通过这个案例教学,学生的思维能力可以不断增强,综合能力也会得到不断提高。
四、课后教学总结,不断改革创新
概率论与数理统计的教学中,案例教学方法应用的课后总结,是教师对课堂教学不足的完善,可以有效保证案例教学的教学质量,不断创新教学方法和模式,同时促进教师自我的不断提升。课后总结,分为学生的总结和教师的总结,学生通过总结,可以对案例教学进行仔细的分析,培养学生处理问题和解决问题的思路,提升学生实践动手能力;教师总结时,对重点知识进行再度印象加深,促进学生不断探索和创新,从而促进教师教学的不断创新。