時(shí)間:2023-04-01 10:30:27
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1激振信號自相關(guān)特性
為了探討危巖突發(fā)性破壞產(chǎn)生的激振信號在不同時(shí)刻的相互依賴關(guān)系,即激振波的周期性特征,可對激振信號進(jìn)行自相關(guān)分析。可看出實(shí)驗(yàn)條件下危巖破壞激振信號自相關(guān)性具有如下特征:
(1)危巖破壞y方向激振信號的自相關(guān)系數(shù)幅值大于x方向激振信號的自相關(guān)系數(shù),如與激振源第11#危巖塊相鄰的第12#危巖塊中部的1#測點(diǎn)量測的y方向自相關(guān)系數(shù)約為100,而y方向自相關(guān)系數(shù)為49,約為y方向的0.5倍,而位于第13#危巖塊的2#測點(diǎn)記錄的y方向激振信號的自相關(guān)系是x方向激振信號自相關(guān)系數(shù)的5.6倍。激振信號自相關(guān)系數(shù)越大,表明危巖破壞產(chǎn)生的激振信號對時(shí)間的依賴性越明顯。
(2)危巖塊之間界面的完整性對激振信號自相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)頻率的影響是顯著的,界面越完整,激振信號自相關(guān)系數(shù)變化頻率越高,波形越密,如位于第12#危巖塊的1#傳感器和位于第13#危巖塊的2#傳感器記錄的激振信號自相關(guān)系數(shù)頻率明顯大于位于第22#危巖塊的3#傳感器記錄的激振信號自相關(guān)系數(shù)變化頻率。
(3)危巖塊之間界面的完整性對激振信號自相關(guān)系數(shù)持續(xù)時(shí)間的影響也比較顯著,危巖塊之間界面的完整性較差時(shí)激振信號衰減所需時(shí)間越短,如位于第12#危巖塊的1#傳感器和位于第13#危巖塊的2#傳感器記錄的激振信號自相關(guān)系數(shù)持續(xù)時(shí)間均在20ms左右,而位于第22#危巖塊的3#傳感器記錄的激振信號自相關(guān)系數(shù)約為15ms。
2激振信號統(tǒng)計(jì)特征
實(shí)驗(yàn)條件下測試的危巖破壞激振信號為激振加速度,給出了1#、2#和3#測點(diǎn)x方向(水平方向)和y方向(豎直方向)激振信號的均值、有效值和標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),
(1)各測點(diǎn)x方向激振信號的均值、有效值及標(biāo)準(zhǔn)差均小于y方向的數(shù)值,表明危巖破壞瞬間產(chǎn)生的激振信號的強(qiáng)度在y方向表現(xiàn)得較為顯著,其中激振信號均值的負(fù)號表征激振作用的方向豎直向下。
(2)距離激振源越近,激振信號強(qiáng)度越大,如第12#危巖塊鄰近激振源,位于第12#危巖塊的1#測點(diǎn)的激振信號的有效值明顯大于位于第13#危巖塊中部的2#測點(diǎn)和位于第22#危巖塊中部的3#測點(diǎn)的激振信號的有效值。
(3)2#和3#測點(diǎn)與激振源第11#危巖塊之間的距離雖然相同,但是由于2#測點(diǎn)所在的第13#危巖塊與1#測點(diǎn)所處的第12#危巖塊之間的主控結(jié)構(gòu)面存在非貫通段,而3#測點(diǎn)所在的第22#危巖塊與1#測點(diǎn)所處的第12#危巖塊之間屬于較緊密結(jié)合的巖層界面,如2#測點(diǎn)y方向的有效值明顯大于3#測點(diǎn)y方向的有效值,表明激振信號強(qiáng)度穿過非貫通段時(shí)耗散量要小于穿過巖層界面時(shí)的耗散量,換言之,危巖塊之間的完整性越好,越利于激振信號的傳遞。
(4)每個(gè)測點(diǎn)y方向的標(biāo)準(zhǔn)差均大于同一測點(diǎn)x方向的標(biāo)準(zhǔn)差,測試點(diǎn)與激振源之間的距離及激振信號傳遞路徑中危巖體之間的完整性對激振信號標(biāo)準(zhǔn)差有一定影響,測試點(diǎn)與激振源之間的距離較小時(shí),激振信號標(biāo)準(zhǔn)差反而較大,激振信號傳遞路徑中危巖體之間的完整性較差時(shí),激振信號標(biāo)準(zhǔn)差反而偏小,這一現(xiàn)象似乎有悖常理,可能與危巖突發(fā)性破壞產(chǎn)生的噪聲有關(guān),尚需要做進(jìn)一步分析論理。
二結(jié)論
激振效應(yīng)是危巖破壞瞬間釋放出的能量向四周傳播表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象,可用激振加速度表征危巖破壞激振信號,劣化相鄰危巖塊的穩(wěn)定性態(tài)。基于墜落式危巖室內(nèi)模型試驗(yàn),本文對激振信號的概率統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行了分析,得到如下主要結(jié)論:
(1)激振信號具有一定自相關(guān)性,用自相關(guān)系數(shù)表征。自相關(guān)系數(shù)越大,表明激振信號對時(shí)間的依賴性越明顯,且豎直方向激振信號的自相關(guān)系數(shù)大于水平方向激振信號的自相關(guān)系數(shù),如3#測點(diǎn)記錄的激振信號豎直方向自相關(guān)系數(shù)是水平方向自相關(guān)系數(shù)的5.6倍。
(2)危巖破壞瞬間,距離激振源越近,激振信號的均值、有效值和標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值越大,且豎直方向的量值大于水平方向的量值。
(3)實(shí)驗(yàn)條件下激振信號的概率密度呈現(xiàn)單峰型近似正態(tài)分布,表明危巖破壞所釋放的能量具有點(diǎn)荷載特征,概率密度水平方向的峰值強(qiáng)度大于豎直方向的峰值強(qiáng)度,如3#測點(diǎn)水平方向峰值強(qiáng)度是豎直方向峰值強(qiáng)度的1.6倍。
周口師范學(xué)院學(xué)院在第四學(xué)期為統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)開設(shè)了計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)這門課程,每周4個(gè)(3節(jié)理論課+1節(jié)實(shí)踐課)學(xué)時(shí),共68學(xué)時(shí)。計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)是經(jīng)濟(jì)、統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)交叉結(jié)合的學(xué)科。其內(nèi)容體系分為:單方程計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型、聯(lián)立方程計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型、違背基本假設(shè)的模型、時(shí)間序列分析等內(nèi)容。該課程開設(shè)目的在于讓學(xué)生基本掌握現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)分析與研究理論及方法,能夠應(yīng)用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型理論知識分析解決實(shí)際經(jīng)濟(jì)問題。經(jīng)典單方程計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型主要包括線性回歸分析、違背基本假定的經(jīng)典計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型及聯(lián)立方程計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型等。計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)課程在內(nèi)容體系與數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、西方經(jīng)濟(jì)學(xué)等緊密相聯(lián),我校目前的教學(xué)以教師講授為主,學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)。
2教學(xué)過程中存在的問題
第一,計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)是以經(jīng)濟(jì)學(xué)理論為理論基礎(chǔ),以現(xiàn)實(shí)觀測數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐,利用數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)等方法,依據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù),來研究分析伴有隨機(jī)因素效應(yīng)的現(xiàn)象的定量關(guān)系和發(fā)展變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的一門學(xué)科。計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)作為西方經(jīng)濟(jì)學(xué)的新的一個(gè)分支,西方經(jīng)濟(jì)學(xué)為其發(fā)展奠定了的理論基礎(chǔ),西方經(jīng)濟(jì)學(xué)中關(guān)于對經(jīng)濟(jì)變量之間質(zhì)的分析是計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)進(jìn)行定量研究的前提。數(shù)學(xué)與概率統(tǒng)計(jì)是計(jì)量經(jīng)濟(jì)分析、理論研究的主要工具,計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)在的建立與選擇時(shí),很多地方需要用到數(shù)學(xué)的方法和技巧。但在實(shí)際教學(xué)中,僅注重計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型的求解及檢驗(yàn)方法,而忽略模型建立的經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ);僅僅強(qiáng)調(diào)模型的設(shè)定是正確的,但是卻沒有教會學(xué)生如何去檢驗(yàn)?zāi)P褪欠裾_;同時(shí),也未將經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)考慮進(jìn)來。第二,目前的教學(xué)過于強(qiáng)調(diào)“重思想、重方法”,把必要的數(shù)學(xué)過程與技巧只是作為解決計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)基本思想的工具,不過分強(qiáng)調(diào),而是著重于基本思想和解決問題思路的分析。第三,在教學(xué)時(shí),并沒有將計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法應(yīng)用到實(shí)際問題中進(jìn)行實(shí)踐。在上機(jī)課上,讓學(xué)生自己操作Eviews軟件對課本習(xí)題進(jìn)行操作練習(xí),并寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,訓(xùn)練了學(xué)生的動(dòng)手能力,但是學(xué)生并沒有機(jī)會將所學(xué)到的知識運(yùn)用到實(shí)際的經(jīng)濟(jì)問題中,計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的教學(xué)理論在一定程度上與實(shí)踐相脫節(jié),相當(dāng)一部分學(xué)生在使用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法處理經(jīng)濟(jì)問題時(shí),感到迷茫,也不知運(yùn)用相關(guān)軟件來完成計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的運(yùn)算,即使能夠運(yùn)用軟件,卻不知該怎樣解釋與分析模型的結(jié)果。
3計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)教學(xué)措施
通過教學(xué)改革提高教學(xué)質(zhì)量,進(jìn)一步使學(xué)生達(dá)到掌握經(jīng)典的計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型理論和方法,了解計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)理論與方法的新發(fā)展;要求學(xué)生能夠應(yīng)用簡單的計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型和方法,對實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)數(shù)量關(guān)系進(jìn)行實(shí)證分析;為繼續(xù)學(xué)習(xí)高級計(jì)量經(jīng)濟(jì)理論、方法打下基礎(chǔ)。
3.1理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動(dòng)發(fā)展
提升教學(xué)效果加強(qiáng)理論教學(xué),同時(shí)開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué),理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展。
3.2以"任務(wù)"驅(qū)動(dòng)教學(xué)
課程理論知識、使用專用軟件、提出研究問題、解決研究問題為計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)課程教學(xué)的四大任務(wù)。帶動(dòng)學(xué)生的自主創(chuàng)新及動(dòng)手能力,適時(shí)的給學(xué)生布置任務(wù),提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
3.3劃分和挑選教學(xué)內(nèi)容
對計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容的層次劃分進(jìn)行反復(fù)討論和界定,形成分層次的課程教學(xué)體系。
3.4教學(xué)和考核形式的改革
歷史發(fā)生原理認(rèn)為個(gè)體的數(shù)學(xué)認(rèn)識過程與人類的數(shù)學(xué)認(rèn)識過程具有相似性.概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)可以從概率統(tǒng)計(jì)的發(fā)展史中尋求指導(dǎo),從而借鑒歷史經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì),加速學(xué)生對概率知識和理論的接受過程.概率是一般教材中的基本概念,其處理方式遵循這樣的主線:概率是事件發(fā)生可能性大小的度量—頻率的穩(wěn)定值—古典概率—幾何概率—公理化定義.概率是隨機(jī)事件發(fā)生可能性大小的一種度量,這一直觀概念已被普遍認(rèn)可.但這只是概率的功能性解釋,并不是它的數(shù)學(xué)定義.概率的解釋與定義是在爭議中發(fā)展的.客觀概率學(xué)派認(rèn)為任一事件發(fā)生的概率是其客觀屬性;相反,主觀學(xué)派則認(rèn)為概率是人的主觀判斷.客觀概率學(xué)派以拉普拉斯在1812年出版的《概率的分析理論》中所提出的概率古典定義為代表,即事件的概率等于有利事件的結(jié)果數(shù)與所有可能的結(jié)果數(shù)之比.然而,這種定義討論的范疇有明顯的局限性,只適用于隨機(jī)試驗(yàn)所有可能結(jié)果為有限等可能的情形;而且,對于同一事件,從不同的等可能性角度考慮可算出不同的概率,從而會產(chǎn)生悖論.此外,對于概率的概念又有頻率學(xué)派、貝葉斯學(xué)派、信念學(xué)派的不同認(rèn)識和觀點(diǎn).其中頻率學(xué)派的觀點(diǎn)是大多數(shù)現(xiàn)行教材所接受的,即概率是頻率的穩(wěn)定值,頻率穩(wěn)定于概率又需要在概率的意義下來刻畫.歷史上著名的貝特朗悖論使人們對“何為概率”的困惑放大到了極致,這個(gè)問題解決不了,當(dāng)時(shí)所有研究成果就不能整合,概率理論成了不體系,也無法形成一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科.而要解決這個(gè)問題,就要給出概率的嚴(yán)格定義,將概率論公理化,并在此基礎(chǔ)上推演概率的理論體系.公理化是19世紀(jì)末以來數(shù)學(xué)的各個(gè)分支中廣泛流傳的一股潮流——將一些假定作為無需證明的公理,其它結(jié)論則由公理演繹推出.在這種背景下,1933年俄國數(shù)學(xué)家柯爾莫哥洛夫在測度論的基礎(chǔ)上綜合了前人的研究結(jié)果提出了概率的公理化定義.概率的公理化定義被廣泛地接受使概率論成為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)分支,對近幾十年來概率論的迅速發(fā)展起到了積極的作用.教學(xué)中,教師必須了解并熟悉概率這一概念的發(fā)展歷史,對概念有清晰準(zhǔn)確的認(rèn)識.在教學(xué)時(shí)穿插這些內(nèi)容,不僅可以使學(xué)生清晰準(zhǔn)確地把握概念,還可以增強(qiáng)學(xué)生對概率統(tǒng)計(jì)的感性認(rèn)識,從而加深對概念的理性認(rèn)識,優(yōu)化知識接受的銜接過程,體會一個(gè)學(xué)科知識體系建立的嚴(yán)謹(jǐn)性、辯證性和復(fù)雜性,從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維,發(fā)展其創(chuàng)新意識,培養(yǎng)其睿智和實(shí)事求是的人格.
2還原知識的歷史進(jìn)程,降低新知識的抽象性
現(xiàn)代數(shù)學(xué)教材普遍都是按照知識的內(nèi)在邏輯進(jìn)行編排,很少按照數(shù)學(xué)問題的研究進(jìn)程進(jìn)行著作.這樣的安排在邏輯結(jié)構(gòu)上是科學(xué)的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模珔s忽略了數(shù)學(xué)問題研究的歷史痕跡.教師在教學(xué)過程中,應(yīng)盡量地還原知識的歷史進(jìn)程,降低新知識的抽象性.正態(tài)分布是概率論中最重要的一種連續(xù)型分布,它屬于概率論的研究領(lǐng)域,但也是解決統(tǒng)計(jì)學(xué)問題的基石,它的提出具有深刻的理論背景和極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值.在教學(xué)中對正態(tài)分布的學(xué)習(xí),通常是直接給出概率密度或分布函數(shù),將其稱為正態(tài)分布.但這會讓學(xué)生感覺接受生硬,理解抽象,記憶困難.理論背景上,正態(tài)分布產(chǎn)生于棣莫弗的p0.5的二項(xiàng)分布極限研究,后來拉普拉斯對p0.5的情況做了更多的分析,并把二項(xiàng)分布的正態(tài)近似推廣到了任意p的情況.二項(xiàng)分布的極限分布形式被推導(dǎo)出來,由此產(chǎn)生了正態(tài)密度函數(shù),相應(yīng)的結(jié)果稱為棣莫弗-拉普拉斯中心極限定理.經(jīng)拉普拉斯等學(xué)者的研究,20世紀(jì)30年代獨(dú)立變量和的中心極限定理的一般形式最終完成.此后研究發(fā)現(xiàn),一系列的重要統(tǒng)計(jì)量在樣本量n時(shí),其極限分布都具有正態(tài)形式.?dāng)?shù)學(xué)家進(jìn)而合理地解釋了為什么實(shí)際中遇到的許多隨機(jī)變量或者統(tǒng)計(jì)量都近似服從正態(tài)分布,可以說這是概率統(tǒng)計(jì)中具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn).?dāng)?shù)理統(tǒng)計(jì)教材中一般是先認(rèn)識正態(tài)分布,中心極限定理則在此之后學(xué)習(xí).在學(xué)習(xí)正態(tài)分布的定義之前,教師可以設(shè)計(jì)一些具有明顯正態(tài)性現(xiàn)象的數(shù)據(jù),而后進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析,給出頻率直方圖,并解釋這種具有兩頭小、中間大的分布現(xiàn)象是普遍的,也是常態(tài)的.對概率論中常見分布的知識背景的了解和掌握,有助于教師在課程設(shè)計(jì)和講授過程中注意課程內(nèi)容的銜接和承上啟下的相互關(guān)系.借助數(shù)學(xué)家研究數(shù)學(xué)問題的進(jìn)程史實(shí),可降低新知識的抽象性,使學(xué)生易于接受和掌握,并提高應(yīng)用的靈活性.
3注重統(tǒng)計(jì)思想,引導(dǎo)靈活應(yīng)用
(1)認(rèn)識隨機(jī)現(xiàn)象的客觀性和普遍性,形成科學(xué)的世界觀和實(shí)事求是的工作態(tài)度,意識到對隨機(jī)現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)研究是必要的,也是可能的。在教學(xué)中可以舉出大量的隨機(jī)現(xiàn)象的例子,例如某網(wǎng)站一晝夜的點(diǎn)擊次數(shù),某保險(xiǎn)公司一年內(nèi)的索賠金額,等等。使學(xué)生意識到分析和處理眾多隨機(jī)現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義,從而提高學(xué)生對統(tǒng)計(jì)規(guī)律的關(guān)注程度。
(2)在教學(xué)過程中要將隨機(jī)現(xiàn)象的各種形式進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理,例如,在講到“隨機(jī)變量”的概念時(shí),可以通過豐富的實(shí)例使學(xué)生隨時(shí)從網(wǎng)絡(luò)、雜志、電視媒體中,有意識地獲得一些隨機(jī)數(shù)據(jù)信息,讓學(xué)生理解隨機(jī)數(shù)據(jù)的重要性,從而看到隨機(jī)現(xiàn)象的規(guī)律是通過隨機(jī)數(shù)據(jù)反映出來的。同時(shí),也可以通過計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一組隨機(jī)數(shù),從這組隨機(jī)數(shù)的不同取值說明隨機(jī)變量的隨機(jī)性。
(3)培養(yǎng)學(xué)生從統(tǒng)計(jì)角度思考隨機(jī)現(xiàn)象中的各種問題,可以從身邊的各種現(xiàn)象談起,如心血管病是否與職業(yè)有關(guān),人的一生是否會遇到強(qiáng)震,等等。從統(tǒng)計(jì)的角度進(jìn)行分析和思考,使學(xué)生看到統(tǒng)計(jì)思維的合理性,從而產(chǎn)生對統(tǒng)計(jì)的興趣,形成統(tǒng)計(jì)活動(dòng)的良好開端。
二、收集和分析數(shù)據(jù)的作用
統(tǒng)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是收集數(shù)據(jù),然后再科學(xué)的分析數(shù)據(jù)和整理數(shù)據(jù)。不列顛百科全書對統(tǒng)計(jì)學(xué)下了如下定義:“統(tǒng)計(jì)學(xué)是收集和分析數(shù)據(jù)的科學(xué)與藝術(shù)”。這就是說,統(tǒng)計(jì)學(xué)不僅是一門科學(xué),而且是一門收集和分析數(shù)據(jù)的藝術(shù),要求從數(shù)據(jù)中挖掘出新的信息,而不是死記硬套現(xiàn)有的公式和定理。為了突出收集和分析數(shù)據(jù)的重要性,我們在教學(xué)的過程中,可以考慮以下幾個(gè)方面:
(1)首先展現(xiàn)給學(xué)生一系列的實(shí)際數(shù)據(jù),比如一批電燈泡的壽命、某年級外語考試成績等,讓學(xué)生對數(shù)據(jù)有一個(gè)明確的感性認(rèn)識,意識到統(tǒng)計(jì)是從數(shù)據(jù)出發(fā)的,先有數(shù)據(jù),然后才有公式和定理。不同的數(shù)據(jù)具有不同的實(shí)際意義,弄清楚這些數(shù)據(jù)的分布規(guī)律和性質(zhì)是統(tǒng)計(jì)的基本任務(wù)。
(2)強(qiáng)調(diào)如何有效地收集數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)中的重要問題,通常是從總體中抽取樣本,抽樣的方法是多種多樣的,在教學(xué)中可以結(jié)合實(shí)例作抽樣試驗(yàn),比如從同一種型號的汽車中隨機(jī)抽取5輛,測量每公里的耗油量;觀察吞某類藥物的病人的反應(yīng)情況;調(diào)查部分學(xué)生的外語考試成績;等等。
(3)分析數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)工作的核心,分析數(shù)據(jù)就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理,從而獲取數(shù)據(jù)中關(guān)于總體的信息。通過構(gòu)造各種不同的統(tǒng)計(jì)量,對所研究的總體進(jìn)行推斷,達(dá)到從部分認(rèn)識全體的目的。在教學(xué)中可以通過計(jì)算機(jī)軟件對數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、統(tǒng)計(jì)量的分布作動(dòng)畫演示,比如數(shù)據(jù)頻率直方圖、經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)曲線、樣本均值分布直方圖等,從而提高學(xué)生對分析數(shù)據(jù)的興趣。
三、結(jié)合實(shí)例強(qiáng)調(diào)統(tǒng)計(jì)方法的重要性
概率統(tǒng)計(jì)是數(shù)學(xué)的一個(gè)重要分支,它的方法別具一格,無論對自然科學(xué)還是社會科學(xué),現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)方法是必不可少的。在教學(xué)的過程中,結(jié)合實(shí)例強(qiáng)調(diào)統(tǒng)計(jì)方法的重要性,既能加深對于概率統(tǒng)計(jì)理論知識的理解,又能激發(fā)學(xué)生對這門課程的興趣,具體可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:
(1)結(jié)合日常生活實(shí)例進(jìn)行教學(xué),比如統(tǒng)計(jì)學(xué)生中同生日的人數(shù),隨著統(tǒng)計(jì)人數(shù)的增加,至少有兩人同生日這一事件的頻率會接近于1,然后將這一結(jié)果與理論概率進(jìn)行比較;統(tǒng)計(jì)吸煙與非吸煙人群中患肺癌的比例,檢驗(yàn)吸煙與患肺癌是否存在某種依賴關(guān)系;觀測一天中某人手機(jī)的呼喚次數(shù),然后與泊松分布進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn);統(tǒng)計(jì)某年級的外語考試成績,根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布的擬合優(yōu)度檢驗(yàn);等等。
(2)結(jié)合實(shí)例突出統(tǒng)計(jì)中的基本方法,參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的兩種最基本的方法,其涉及的范圍十分廣泛,在教學(xué)的過程中應(yīng)首先理解方法的基本原理和理論依據(jù),結(jié)合典型實(shí)例進(jìn)行分析,比如通過估計(jì)湖中魚的條數(shù),使學(xué)生了解矩法和最大似然法的原理和步驟;通過檢驗(yàn)自動(dòng)包裝機(jī)工作是否正常,使學(xué)生掌握假設(shè)檢驗(yàn)的方法步驟。
(3)結(jié)合實(shí)例系統(tǒng)介紹統(tǒng)計(jì)中的基本內(nèi)容,使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到統(tǒng)計(jì)方法的實(shí)用性和廣泛性,為學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和研究中提供廣闊的應(yīng)用空間。
四、從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行概率論的教學(xué)
“不確定性”或“隨機(jī)性”是概率統(tǒng)計(jì)這門學(xué)科研究的對象,從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來看,“隨機(jī)”并非完全“偶然”,其中蘊(yùn)含內(nèi)在的規(guī)律性,這種規(guī)律是對隨機(jī)現(xiàn)象經(jīng)過大量觀察后得到的某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律。隨機(jī)事件的概率、隨機(jī)變量的概率分布、數(shù)字特征等只是這種統(tǒng)計(jì)規(guī)律在數(shù)量上的某種刻畫。目前的教學(xué)計(jì)劃是先講概率后講統(tǒng)計(jì),在講概率時(shí)可從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行概率論的教學(xué),這樣有利于對概率論中基本概念的深層次的理解和全面的把握,學(xué)生學(xué)習(xí)起來不容易出現(xiàn)概率和統(tǒng)計(jì)前后脫節(jié)的問題,有利于整門課程首尾呼應(yīng),貫穿一體,具體可把握以下幾個(gè)方面:
(1)從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)講清楚概率論中幾個(gè)最基本的概念。
(2)從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)理解概率論中幾個(gè)最基本的定理。比如從數(shù)據(jù)的分散程度理解切比雪夫不等式的含義;由頻率的穩(wěn)定性和觀測數(shù)據(jù)的平均值的變化趨勢看大數(shù)定律的意義;從大量數(shù)據(jù)的疊加的波動(dòng)性理解中心極限定理的含義;等等。
(3)從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)出發(fā)利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段進(jìn)行概率論的教學(xué)。比如通過繪制數(shù)據(jù)的直方圖來理解概率密度函數(shù);由二維數(shù)據(jù)的平面散點(diǎn)圖看相關(guān)系數(shù)的大小;通過動(dòng)畫演示高爾頓釘板實(shí)驗(yàn)來揭示中心極限定理的奧秘;等等。
五、總結(jié)
網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為新時(shí)期教育教學(xué)改革的一個(gè)重要突破口,其作用已是深入人心,它克服了許多傳統(tǒng)教學(xué)中的缺陷和不足,尤其在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、個(gè)性發(fā)展方面起到了顯著的效果。《概率統(tǒng)計(jì)》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺還有很多潛能等待我們發(fā)掘和利用,同時(shí)我們臺上傳播的知識進(jìn)行消化和吸收。因此,如何在信息化、網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)環(huán)境下,更好地構(gòu)建、運(yùn)用及深度開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,激發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的交互式能量,是每位高校數(shù)學(xué)教師密切關(guān)注的課題。
二、《概率統(tǒng)計(jì)》交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的開發(fā)
以我校實(shí)施完全學(xué)分制為契機(jī),基礎(chǔ)教學(xué)學(xué)院依托數(shù)字化校園的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,在原有精品課程平臺建設(shè)的基礎(chǔ)上,整合我校現(xiàn)有大學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)資源,建立了大學(xué)數(shù)學(xué)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)大平臺,為教學(xué)雙方提供了更好的信息化,網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)環(huán)境,為更好地提升我校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)水平和教學(xué)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。對于《概率統(tǒng)計(jì)》課程而言,雖然已經(jīng)建成了《概率統(tǒng)計(jì)》精品課程,但由于課堂教學(xué)的課時(shí)相對較短,與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié)較少,因此,概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在對教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化整合的基礎(chǔ)上,對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行深度開發(fā),改變傳統(tǒng)教學(xué)過程中“教”與“學(xué)”的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)向交互式的雙向教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。為了更好地適應(yīng)我校《概率統(tǒng)計(jì)》課程的教學(xué)要求,我們將整個(gè)《概率統(tǒng)計(jì)》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺劃分為十個(gè)子數(shù)據(jù)庫:教師隊(duì)伍信息庫、教材及教案庫、教學(xué)軟件庫、教學(xué)課件庫、例題及數(shù)據(jù)庫、教學(xué)視頻庫、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)庫、答疑系統(tǒng)、評價(jià)系統(tǒng)及師生互動(dòng)論壇。
1.教學(xué)團(tuán)隊(duì)師資力量強(qiáng),教師結(jié)構(gòu)合理,既有從事多年有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的老教師,也有學(xué)有所成的碩士與博士,他們教學(xué)效果好,工作效率高。在“教師隊(duì)伍”中,詳細(xì)介紹概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師的具體情況,讓學(xué)生能夠一目了然地弄清楚每一位教師的擅長點(diǎn),以及教學(xué)風(fēng)格,為更好地在課程教學(xué)中開展師生互動(dòng)提供了有利條件。
2.教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的教學(xué)改革,積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教案,編寫了相關(guān)教材,輔導(dǎo)書和習(xí)題冊。在“教材及教案庫”中,存儲一些電子教材及一些實(shí)用的參考書籍,同時(shí)將對應(yīng)課程的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、內(nèi)容簡介,以及各章節(jié)的電子教案放入教案庫中,方便學(xué)生預(yù)習(xí)、自主學(xué)習(xí)。
3.在“教學(xué)軟件庫”中,放入概率統(tǒng)計(jì)課程的在線備課系統(tǒng),可以讓教師根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生的實(shí)際情況,及時(shí)對課程教學(xué)中的內(nèi)容進(jìn)行修正和完善,使得課程教學(xué)更具有針對性和實(shí)用性。
4.在“教學(xué)課件庫”中,存放概率統(tǒng)計(jì)課程的PPT教案,為教師備好每一堂課提供方便。同時(shí),在進(jìn)行集體備課時(shí),可以從教學(xué)課件庫中調(diào)出對應(yīng)的課件,供所有教師參考和探討,集全體教師之智慧和精華,備出更具有針對性的教案。
5.在“例題及試題庫”中,存放概率統(tǒng)計(jì)課程的典型例題、同步測試題、綜合測試題以及歷年考研試題。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己存在的不足,及時(shí)對相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)學(xué)和充實(shí),同時(shí)也讓勵(lì)志考研的同學(xué)及時(shí)掌握考研的方向,了解清楚該門課程的考研大綱,為學(xué)生的考研打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),吸引更多的學(xué)生加人我校的考研隊(duì)伍。
6.在“教學(xué)視頻庫”中,存放一些與各種概率統(tǒng)計(jì)課程相關(guān)的教學(xué)視頻,同時(shí),對于教學(xué)團(tuán)隊(duì)中講課水平特別突出的教師,將他們的部分教學(xué)過程錄制成視頻,存放入該視頻庫中。教師可以在休閑的時(shí)候隨時(shí)點(diǎn)擊這些視頻,學(xué)習(xí)這些教師的授課技巧。這樣,更有利于加強(qiáng)數(shù)學(xué)教師的教學(xué)素養(yǎng)和提高教學(xué)水平,尤其對于剛走上教學(xué)崗位的年輕教師,這種視頻更具有實(shí)用價(jià)值。
7.“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)庫”是一個(gè)符合當(dāng)代教研教改需求的非常具有實(shí)用價(jià)值的數(shù)據(jù)庫,針對目前比較流行且簡明易懂的MATLAB軟件,在該數(shù)據(jù)庫中存入概率統(tǒng)計(jì)課程中各章節(jié)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),編寫部分程序,同時(shí)留有實(shí)驗(yàn)題目,讓學(xué)生自主編寫。
8.如果學(xué)生在自學(xué)過程中遇到難題及不懂的知識點(diǎn),就可以在“答疑系統(tǒng)”中直接詢問老師,沒有必要為了一個(gè)問題而跑到辦公室去詢問教師,這樣節(jié)省了很多的時(shí)間。
9.“評價(jià)系統(tǒng)”是一個(gè)教師教學(xué)評價(jià)系統(tǒng),而教師教學(xué)評價(jià)是教學(xué)質(zhì)量評價(jià)中的重要內(nèi)容。通過該評價(jià)系統(tǒng),我們可以及時(shí)收集教學(xué)過程中的相關(guān)信息,了解學(xué)生的心理動(dòng)態(tài),及時(shí)完善自己的教案,更正自己在教學(xué)過程中所存在的不足,提升自己的教學(xué)水平。
“概率統(tǒng)計(jì)”是一門具有實(shí)踐性與理論性的重要學(xué)科,在不斷發(fā)展的過程中已經(jīng)成為數(shù)學(xué)科目不可或缺的組成部分,并且對此起到重要的作用。在根據(jù)課程的相關(guān)特點(diǎn)中,利用現(xiàn)代科學(xué)進(jìn)行審視與組織,從而使數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)中融入新鮮元素,在教學(xué)內(nèi)容上引入有趣的應(yīng)用題目,并且要對科學(xué)方法以及相關(guān)技術(shù)、概率統(tǒng)計(jì)知識進(jìn)行聯(lián)系。學(xué)生在運(yùn)用“概率統(tǒng)計(jì)”知識的基礎(chǔ)上們能夠建立數(shù)學(xué)模式,對“概率統(tǒng)計(jì)”的知識也會產(chǎn)生興趣愛好。除此之外,還能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的改變,變被動(dòng)為主動(dòng),從根本上提高學(xué)習(xí)效率。將數(shù)學(xué)建模的思想積極融入到數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)之中,能夠在不打破傳統(tǒng)知識的同時(shí),應(yīng)用案例進(jìn)行解決。通常情況下,學(xué)習(xí)通過對案例的學(xué)習(xí),能夠親自體驗(yàn)在使用概率統(tǒng)計(jì)知識進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的整個(gè)過程,從而加深對概率統(tǒng)計(jì)知識的認(rèn)知與理解,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)習(xí)慣。從另一個(gè)角度而言,學(xué)生在努力學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)概率知識的同時(shí),能夠真正做到“學(xué)以致用”,由于數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)是一門重要且復(fù)雜的課程,在不影響到教學(xué)大綱的情況下利用多種手段進(jìn)行教學(xué),可以增強(qiáng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模的基本能力,從根本上體現(xiàn)數(shù)學(xué)建模的思想。
二、教學(xué)方法得以改進(jìn),促進(jìn)開放式學(xué)習(xí)方式的形成
(一)改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,探索新型教育方式通過實(shí)踐證明,傳統(tǒng)的教學(xué)模式與方式無法適應(yīng)社會的需要,不能滿足現(xiàn)代化的教學(xué)要求,因此無法在傳統(tǒng)教育模式中取得滿意的教學(xué)效果。通過將數(shù)學(xué)建模融入到數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)之中,可以在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中融入新鮮元素,并且結(jié)合相關(guān)案例,采用啟發(fā)式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué),實(shí)現(xiàn)由淺入深、由難到易,使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)的基本概念以及相關(guān)方法,從而對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),從根本上加深學(xué)生對數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)知識與建模思想的認(rèn)識與理解。
(二)改變傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式,建立開放型學(xué)習(xí)形式在數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容上,認(rèn)可教師不可以按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式作為基本模式,不能按照教科書進(jìn)行照本宣科。眾所周知,數(shù)學(xué)建模是沒有固定模式的,在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模時(shí),要積極利用各種方式、各種技巧,因此,教師在對學(xué)生傳授相關(guān)知識的同時(shí),要積極引導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí),如何正確的使用建模技巧,并且要讓學(xué)生對問題發(fā)生的背景以及過程進(jìn)行探索,從根本上提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。除此之外,在對習(xí)題進(jìn)行處理時(shí),學(xué)生也不能局限于比較充分的問題上,要不斷引用條件不充分的問題進(jìn)行研究,并且要自己動(dòng)手對材料、信息,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,建模,并且還要對較為抽象的問題進(jìn)行具體化,從而增強(qiáng)自身對學(xué)習(xí)的興趣與能力。此外,教師要不斷開展討論課,讓學(xué)生積極發(fā)表自己的建議,對問題的見解進(jìn)行回答,加強(qiáng)與同學(xué)之間的交流與學(xué)習(xí),從而使學(xué)生在開放型學(xué)習(xí)環(huán)境中不斷成長。
三、改善教材中的理論學(xué)習(xí),加強(qiáng)實(shí)踐學(xué)習(xí)
在學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)之中,為了能夠使學(xué)生對知識有所了解,那么教材僬僥設(shè)計(jì)有關(guān)學(xué)生訓(xùn)練的習(xí)題。一般而言,數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)中的教材在教學(xué)內(nèi)容的處理上過于理論化,對習(xí)題的次序與搭配卻不符合學(xué)生的基本特點(diǎn),甚至有部分教材在設(shè)計(jì)的習(xí)題中難度過高,從而導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到困難,對數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)建模失去興趣。從實(shí)際角度而言,數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)作為數(shù)學(xué)教材,習(xí)題是非常重要的,大量的習(xí)題可以鍛煉學(xué)習(xí)的邏輯性與思維型,因此,在對數(shù)學(xué)教材進(jìn)行編寫時(shí)要按照由淺入深的基本原則,對練習(xí)題進(jìn)行分門別類的編寫,從而滿足不同層次與不同對象的基本需求。在現(xiàn)有的數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)習(xí)題之中,還需增加比較有趣、與生活有關(guān)的系統(tǒng),并且該類習(xí)題要對數(shù)學(xué)建模的思想進(jìn)行體現(xiàn)。與此同時(shí),在教材中還應(yīng)該添加應(yīng)用性強(qiáng)的概率案件與統(tǒng)計(jì)案件,比如像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)的擬合等,讓學(xué)生能夠?qū)W會數(shù)學(xué)建模,在豐富學(xué)生課余知識的同時(shí),也在一定程度上提高了學(xué)生的應(yīng)用能力。
四、結(jié)語
熟練掌握幾種常用的離散型、連續(xù)型隨機(jī)變量的函數(shù)命令;熟練掌握常用的描述樣本數(shù)據(jù)特征的函數(shù)命令(如最值、均值、中位數(shù)(中值)、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、幾何平均值、調(diào)和平均值、協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)等);掌握常用的MATLAB統(tǒng)計(jì)作圖方法(如直方圖、餅圖等);能用MATLAB以上相關(guān)命令解決簡單的數(shù)據(jù)處理問題;熟練掌握常用的參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)的相關(guān)的函數(shù)命令;能用參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)等相關(guān)命令解決簡單的實(shí)際問題。
2實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容
以51學(xué)時(shí)的理工科概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程為例,其中實(shí)驗(yàn)課10學(xué)時(shí)。
2.1蒲豐投針問題(2學(xué)時(shí))。平面上畫有間隔為d的等距平行線,向平面任意投擲一枚長為l的針,求針與平行線相交的概率。設(shè)x是一個(gè)隨機(jī)變量,它服從區(qū)間上的均勻分布,同理,φ是一個(gè)隨機(jī)變量,它服從區(qū)間上的均勻分布。要求學(xué)生完成以下問題,并通過MATLAB編程解決。a.進(jìn)行n次抽樣,得到樣本值,統(tǒng)計(jì)出滿足不等式的次數(shù),從而計(jì)算出p的估計(jì)值。b.任意調(diào)整n的取值,會發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律?c.參數(shù)l,d的不同選擇,會導(dǎo)致什么結(jié)果?設(shè)計(jì)意圖:希望學(xué)生能夠掌握各種隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的方法,了解隨機(jī)模擬的方法原理,理解如何用統(tǒng)計(jì)模擬的方法近似計(jì)算值。
2.2各種分布的密度函數(shù)與分布函數(shù)(4學(xué)時(shí))。要求學(xué)生完成以下問題,并通過MATLAB編程解決。a.在常見隨機(jī)變量分布中選擇3種計(jì)算它們的期望和方差(參數(shù)自己設(shè)定)。b.某人向空中拋硬幣100次,落下為正面的概率為0.5。記正面向上的次數(shù)為x,①計(jì)算和的概率。②給出隨機(jī)數(shù)x的概率累積分布圖像和概率密度圖像。c.比較自由度是10的t分布和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的圖像(要求寫出程序并作圖)。設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生通過圖形直觀理解隨機(jī)變量及其概率分布的特點(diǎn);通過觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果加深理解數(shù)字特征與分布的統(tǒng)計(jì)意義;學(xué)會用MATLAB求密度函數(shù)值、分布函數(shù)值、隨機(jī)變量分布的上下側(cè)分位數(shù);能夠用概率分布函數(shù)求各種分布中不同事件的概率。
對傳統(tǒng)的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教學(xué)進(jìn)行歸納,大致是:理論知識+說明舉例+解題+考試。這種教學(xué)模式可以讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識,提升計(jì)算能力,也有利于解決課后習(xí)題。但這種教學(xué)模式也有一定的缺陷,不難看出,它與實(shí)際脫離較大,更多地停留在書本上。學(xué)生掌握了理論知識,未必會將其運(yùn)用到實(shí)際,這違背了素質(zhì)教育的宗旨,不利于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提高。運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的指導(dǎo)思想,可以有效避免傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷。數(shù)學(xué)建模的一個(gè)重要功能就是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。將數(shù)學(xué)建模思想融入教學(xué),是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教學(xué)的需要,也是順應(yīng)教學(xué)改革的需求。
二、數(shù)學(xué)建模思想融入課堂教學(xué)
教師在講授概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程時(shí),面臨著非常重要的任務(wù)。如何讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)增強(qiáng)對本課程的理解,并將知識合理地運(yùn)用到實(shí)踐中,是擺在教師面前的問題。教師要將數(shù)學(xué)建模思想合理地融入到課堂。
(一)課堂教學(xué)側(cè)重實(shí)例
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程是運(yùn)用性很強(qiáng)的一門課程。因此,將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)例想結(jié)合,可以有效提高學(xué)生的理解力,加深學(xué)生對知識點(diǎn)的印象。例如,在講授概率加法公式的時(shí)候,可以用“三個(gè)臭皮匠問題”作為為實(shí)例。“三個(gè)臭皮匠賽過諸葛亮”是對多人有效合作的一種贊美,我們可以把這個(gè)問題引入到數(shù)學(xué)中來,從概率的計(jì)算方面驗(yàn)證它的正確性。首先可以建立起數(shù)學(xué)模型,三個(gè)臭皮匠能否賽過諸葛亮,主要是看他們解決實(shí)際問題的能力是否有差距,歸結(jié)為概率就是解決問題的概率大小比較。不妨用C表示諸葛亮解決某問題,Ai表示第i個(gè)臭皮匠單獨(dú)解決某問題,其中i=1,2,3,每個(gè)臭皮匠解決好某問題的概率是P(A1)=0.45,P(A2)=0.55,P(A3)=0.60,而諸葛亮成功解決問題的概率是P(C)=0.90。那么事件B順利解決對于諸葛亮的概率是P(B)=P(C)=0.90,而三個(gè)臭皮匠解決好B問題的概率可以表示成P(B)=P(A1)+P(A2)+P(A3)。解決此問題的過程中,學(xué)生既感受到了數(shù)學(xué)建模的樂趣,也在輕松的氛圍中學(xué)習(xí)到了概率知識。這種貼近實(shí)際生活的教學(xué)方式,不但可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)概率的積極性,也可以增強(qiáng)教師從事素質(zhì)教育的理念。
(二)開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課
數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)一般要結(jié)合數(shù)學(xué)模型,以數(shù)學(xué)軟件為平臺,模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行教學(xué)。發(fā)展到今天,計(jì)算機(jī)軟件已經(jīng)很成熟,一般的統(tǒng)計(jì)計(jì)算都可以由計(jì)算機(jī)軟件來完成。SPSS、SAS、MABTE等軟件已經(jīng)廣泛得到了運(yùn)用,較大數(shù)據(jù)量的案例,如統(tǒng)計(jì)推斷、數(shù)據(jù)模擬技術(shù)等方面的問題,都可以用這些軟件來處理。通過數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),不但可以體現(xiàn)數(shù)學(xué)建模的全過程,還能增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用意識,促使他們主動(dòng)學(xué)習(xí)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識。學(xué)生通過軟件的學(xué)習(xí)與運(yùn)用,增強(qiáng)了動(dòng)手能力,解決實(shí)際問題的能力也會有所增強(qiáng)。
(三)使用新的教學(xué)方法
眾所周知,傳統(tǒng)的填鴨式的教學(xué)方法很難取得好的教學(xué)效果,已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)的要求。實(shí)踐證明,結(jié)合案例的教學(xué)方法可以由淺入深,從直觀到抽象,具有一定的啟發(fā)性。學(xué)生可以從中變被動(dòng)為主動(dòng),加深對知識的理解。這種教學(xué)方法還能讓學(xué)生的眼光從課堂上轉(zhuǎn)移到日常生活,進(jìn)行發(fā)散思維,學(xué)生會進(jìn)一步發(fā)揮主觀能動(dòng)性,思考如何將實(shí)際問題數(shù)學(xué)化,如何結(jié)合概率論與統(tǒng)計(jì)知識解決實(shí)際問題,等等。在這種情況下,學(xué)生的興趣提高了,教學(xué)效率自然也會得到提高。
(四)建立合理的學(xué)習(xí)方式
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教學(xué)不能一味地照本宣科。數(shù)學(xué)建模并無固定模式,它需要的更多是技能的綜合。教師在實(shí)際教學(xué)過程中,不應(yīng)該以課本為標(biāo)準(zhǔn),而應(yīng)該多引導(dǎo)學(xué)生自主解決實(shí)際問題,讓學(xué)生去查閱相關(guān)背景資料,以提高其自學(xué)能力。教師可以適當(dāng)補(bǔ)充一些前言的數(shù)學(xué)知識,讓一些新觀念和新方法開闊學(xué)生的視野。在處理習(xí)題問題上,教師要適當(dāng)引入一些不充分的問題,而不是僅僅局限于條件比較充分的問題上,要讓學(xué)生自己動(dòng)手分析數(shù)據(jù)、建立模型。教師應(yīng)該經(jīng)常開展專題討論,引導(dǎo)學(xué)生勇于提出自己的見解,加強(qiáng)學(xué)生間的交流與互助。例如,在講授二項(xiàng)分布知識時(shí),為了加深學(xué)生對知識的領(lǐng)悟,教師可以用“盥洗室問題”為實(shí)例來講授二項(xiàng)式的實(shí)際運(yùn)用。問題:宿舍樓內(nèi)的盥洗室處于用水高峰時(shí),經(jīng)常要排隊(duì)等待,學(xué)生對此意見很大。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)決定把它當(dāng)作一道數(shù)學(xué)題來解答,希望學(xué)生能從理論上給出合理的解決方法。分析:首先收集基本的資料,盥洗室有50個(gè)水龍頭,宿舍樓內(nèi)有500個(gè)學(xué)生,用水高峰期為2小時(shí)(120分鐘),平均每個(gè)學(xué)生用水時(shí)間為12分鐘,等待時(shí)間一般不超過12分鐘,但經(jīng)常等待會讓學(xué)生失去耐心。學(xué)生希望100次用水中等待的次數(shù)不超過10次。解決方法:設(shè)X為某時(shí)刻用水的學(xué)生人數(shù),先找到X服從什么分布。500個(gè)學(xué)生中,每個(gè)學(xué)生的用水概率是0.1,現(xiàn)在X人用水,與獨(dú)立實(shí)驗(yàn)序列類似,比較適合用二項(xiàng)分布,因此設(shè)X服從二項(xiàng)分布,n=500,p=0.1,用概率公式表示為P(X=K)=CKnPK(1-P)n-K。接下來計(jì)算概率,主要關(guān)注不需要等待的概率(即X<50),P(X<50)=∑49K=0CKnPK(1-P)n-K,這個(gè)二項(xiàng)式分布是一個(gè)初步的模型,可按二項(xiàng)分布來計(jì)算。由于n較大(n=500),直接用二項(xiàng)分布計(jì)算過于復(fù)雜,我們可以利用兩種簡化近似公式來計(jì)算(泊松分布和正態(tài)分布)。經(jīng)過查正態(tài)分布表,我們可以算出x=58,這說明水龍頭的個(gè)數(shù)在59~62這個(gè)范圍時(shí),學(xué)生等待的時(shí)間概率比較合理。
三、課后練習(xí)反饋數(shù)學(xué)建模思想
數(shù)學(xué)課程離不開課后練習(xí),課后作業(yè)是其重要的組成部分,對于鞏固課堂知識、進(jìn)一步理解所學(xué)理論具有重要作用。因此,教師要把握好課后練習(xí)環(huán)節(jié)。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)這門課涉及到很多隨機(jī)試驗(yàn),一般的統(tǒng)計(jì)規(guī)律都需要在隨機(jī)試驗(yàn)中找到結(jié)果。例如通過投擲骰子或硬幣可以理解頻率與概率的關(guān)系,通過雙色球的抽樣可以理解隨機(jī)事件中的相互獨(dú)立性,統(tǒng)計(jì)一本書上的錯(cuò)別字可以判斷其是否符合泊松分布等。通過親自做實(shí)驗(yàn),學(xué)生們不但能探求到隨機(jī)現(xiàn)象的規(guī)律性,還能進(jìn)一步鞏固所學(xué)的統(tǒng)計(jì)理論。除了一般的練習(xí)題以外,教師可以適當(dāng)增加一些與日常生活密切相關(guān)的概率統(tǒng)計(jì)題目,這些題目往往趣味性較強(qiáng)。例如,在知道彩票的抽獎(jiǎng)方法和中獎(jiǎng)規(guī)則后,可以明確三個(gè)問題:(1)摸彩票的次序與中獎(jiǎng)概率是否相關(guān)?(2)假如彩票的總量是100萬張,則一、二等獎(jiǎng)的中獎(jiǎng)概率是多少?(3)一個(gè)人打算買彩票,在何種情況下中獎(jiǎng)概率大一些?這種課后練習(xí)對于學(xué)生趣味的提高很有幫助。
四、考核方式折射數(shù)學(xué)建模思想
作為一門課程,肯定需要考核,這是教學(xué)過程中的一個(gè)必然環(huán)節(jié)。課程考核是評估教學(xué)質(zhì)量的重要方式。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程傳統(tǒng)的考試一般采用期末閉卷考試,教師通常按固定的內(nèi)容出題。這種情況下,學(xué)生為了應(yīng)付考試,會把很多精力都用在背誦公式和概念上面,從而會忽視知識的實(shí)際運(yùn)用。學(xué)生的綜合成績雖然也包括平時(shí)成績,但期末閉卷考試往往占據(jù)很大比例。就是是平時(shí)成績,其主要還是考核學(xué)生課后的習(xí)題完成情況。因此,考核實(shí)際就成了習(xí)題考試。對于學(xué)生在課后的實(shí)驗(yàn),考核中往往很少涉及。這會導(dǎo)致學(xué)生逐漸脫離日常實(shí)際,更注重課堂考勤和作業(yè)。要改變這種情況,有必要改變傳統(tǒng)的考核方式。靈活多變的考核方式才更有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,激發(fā)他們各方面的潛能。考核可以適當(dāng)增加平時(shí)成績所占的比重,比如,平時(shí)成績可以占總成績的30%以上。平時(shí)成績主要采用開放性考核,由課后實(shí)驗(yàn)或課外實(shí)踐組成。教師可以提出一些實(shí)踐問題,讓學(xué)生自主去解決。學(xué)生可以單獨(dú)完成任務(wù),也可以組隊(duì)進(jìn)行,最后提交一份研究報(bào)告,教師在此基礎(chǔ)上進(jìn)行評定。
五、結(jié)語
關(guān)鍵詞:概率統(tǒng)計(jì);數(shù)學(xué)建模;教學(xué)
數(shù)學(xué)建模主要是借助調(diào)查、數(shù)據(jù)收集、假設(shè)提出,簡化抽象等一系列流程構(gòu)建的反映實(shí)際問題數(shù)量關(guān)系的學(xué)科,將數(shù)學(xué)建模思想融入到概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中,不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解與掌握理論知識,同時(shí)對于提高學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)思想解決實(shí)際問題的能力大有裨益。可以說,概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)與數(shù)學(xué)建模思想的融入具有重要的理論以及現(xiàn)實(shí)意義。
1.教學(xué)內(nèi)容實(shí)例的側(cè)重
在大學(xué)數(shù)學(xué)教育體系中最為重要的一個(gè)目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生建模、解模的能力,但是在傳統(tǒng)概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中,教師大多注重學(xué)生的計(jì)算能力訓(xùn)練以及數(shù)學(xué)公式推導(dǎo),而常常忽視利用已學(xué)知識進(jìn)行實(shí)際問題的解決,使得大多數(shù)學(xué)生的應(yīng)用能力無法得到提高。所以,為了能夠在教學(xué)中提高學(xué)生應(yīng)用概率與統(tǒng)計(jì)的實(shí)際能力,教師應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中吸收與融入與實(shí)際問題息息相關(guān)的題目,使學(xué)生在課堂中不僅能夠輕松學(xué)習(xí)概率知識,增加學(xué)習(xí)主動(dòng)性,同時(shí)能夠嘗試到數(shù)學(xué)建模的樂趣,提高自身數(shù)學(xué)素養(yǎng)。例如,在古典型概率問題的教學(xué)中,為了加深學(xué)生對于該部分知識的理解,教師可以引入彩票概率的實(shí)際問題,通過引導(dǎo)學(xué)生分析各等獎(jiǎng)的中獎(jiǎng)概率,使學(xué)生獲得極高的建模、解模能力。
2.在教學(xué)方法中融入數(shù)學(xué)建模思想
在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中,教師還需要在教學(xué)方法中融入數(shù)學(xué)建模思想。首先,采取啟發(fā)式教學(xué)方法。在課堂教學(xué)中,教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)知識開展認(rèn)識活動(dòng),在問題發(fā)現(xiàn)、分析、解決的一系列鍛煉中獲得概率統(tǒng)計(jì)知識的自覺領(lǐng)悟。其次,采取講授與討論相結(jié)合的教學(xué)方法。在課堂中,講授是最為基本的教學(xué)方式,不過單一的講授很可能導(dǎo)致課堂的枯燥,所以課堂中還需要適當(dāng)穿插一些討論,使學(xué)生在活躍的氛圍中激活思維,延伸知識面。再次,采取案例分析的教學(xué)方法。案例分析是在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的一種有效方法。在教學(xué)中應(yīng)用的案例應(yīng)進(jìn)行精選,其不僅需要具有典型性,同時(shí)還需要具備一定的新穎性以及針對性,通過縮短實(shí)際應(yīng)用與數(shù)學(xué)方法間的距離,使學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣被大大激發(fā)。最后,采取現(xiàn)代教育技術(shù)的教學(xué)方法。在概率統(tǒng)計(jì)的問題中常常需要較大的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算量,所以為了簡化問題,使學(xué)生掌握一定的統(tǒng)計(jì)軟件具有重要意義。通過結(jié)合具體的概率統(tǒng)計(jì)案例,在學(xué)生面前演示統(tǒng)計(jì)軟件中的基本功能,為提高學(xué)生掌握統(tǒng)計(jì)方法以及實(shí)際操作能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。知識的獲取并不是單純的認(rèn)識過程,其更應(yīng)偏向于創(chuàng)造,在不斷強(qiáng)調(diào)知識發(fā)現(xiàn)的過程中幫助學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)、掌握學(xué)習(xí)方法。
3.在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的案例分析
一個(gè)完整的數(shù)學(xué)思維必須經(jīng)過問題數(shù)學(xué)化以及數(shù)學(xué)化問題求解兩個(gè)方面,只有讓學(xué)生體驗(yàn)以及掌握到一般的數(shù)學(xué)思維方法,才能使其真正擁有利用數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。而具體分析在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的案例,能夠?yàn)橐龑?dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的數(shù)學(xué),開拓學(xué)生眼界奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。很多概率的實(shí)際問題中均存在著隨機(jī)現(xiàn)象,其可以視作許多獨(dú)立因素影響的綜合結(jié)果,近似服從于正態(tài)分布。例如,某高校擁有5000名學(xué)生,由于每天晚上打開水的人較多,所以開水房經(jīng)常出現(xiàn)排長隊(duì)的現(xiàn)象,試問應(yīng)增加多少個(gè)水龍頭才能解決該種現(xiàn)象?對于該問題的解決,教師首先應(yīng)組織學(xué)生對開水房現(xiàn)有的水龍頭個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),然后調(diào)查每一個(gè)學(xué)生在晚上需要有多長時(shí)間才能占用一個(gè)水龍頭,最后引導(dǎo)學(xué)生分析每一個(gè)學(xué)生使用水龍頭這一情況是否是相互獨(dú)立的,通過聯(lián)想中心極限定理以及考慮每個(gè)人具有占用水龍頭以及不占用水龍頭兩種情況,得到每人占用水龍頭的概率為0.01。所以,每名學(xué)生是否占用水龍頭能夠被視作一次獨(dú)立試驗(yàn),其能夠看作是一個(gè)n=5000的伯努利試驗(yàn),假設(shè)占用水龍頭的學(xué)生個(gè)數(shù)為X,那么其滿足X~B(5000,0.1),通過借助中心極限定,使得該問題被快速解決。
預(yù)計(jì)1-3個(gè)月審稿 北大期刊
中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 部級期刊
北京工業(yè)大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)系主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 省級期刊
河南省教育廳主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 部級期刊
國家教育部主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 省級期刊
黑龍江出版集團(tuán)主辦
預(yù)計(jì)1-3個(gè)月審稿 北大期刊
中華人民共和國教育部主辦