新工科背景下的《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》教學(xué)

林鵬 朱志雯

摘要：新工科對人才培養(yǎng)提出了更高的要求，作為一門重要的公共基礎(chǔ)課，《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》在人才培養(yǎng)中起到重要的作用。文章結(jié)合《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》課程的特點(diǎn)，有針對性地提出了提高教育質(zhì)量的改革方案。

關(guān)鍵詞：新工科；概率統(tǒng)計(jì)；數(shù)學(xué)教育

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）28-0140-02

一、引言

2017年以來教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”，由此，新工科進(jìn)入了人們的視野[1]。新工科指的是新工科專業(yè)，主要指針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)工科專業(yè)。新工科專業(yè)是以智能制造、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人等用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造。新工科以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，新工科的建設(shè)，一方面要設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，另一方面要推動(dòng)現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新。新經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的新工科更加凸顯學(xué)科交叉與綜合的特點(diǎn)，綜合性大學(xué)發(fā)展出的以理科為基礎(chǔ)的工科具有新工科的特點(diǎn)。相對于傳統(tǒng)的工科人才，新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。

數(shù)學(xué)教育是工科教育的基礎(chǔ)，而概率統(tǒng)計(jì)是數(shù)學(xué)教育的重要組成部分，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。如何進(jìn)一步增強(qiáng)工科學(xué)生對于概率統(tǒng)計(jì)方法的理解與應(yīng)用能力已成為新工科數(shù)學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要的課題。本文結(jié)合新工科對人才培養(yǎng)的新要求，對概率統(tǒng)計(jì)課程改革和建設(shè)進(jìn)行了探討。

二、加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的改革與創(chuàng)新

以往的概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中較多地注重對學(xué)生的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、定理的證明，而忽略了對統(tǒng)計(jì)思想的講授、統(tǒng)計(jì)方法的靈活使用，其結(jié)果是很多同學(xué)不知道大多數(shù)概率統(tǒng)計(jì)模型的來源和背景，對實(shí)際問題不能找到合理的數(shù)據(jù)分析方法，以至于在統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用方面有很大欠缺。新工科對應(yīng)用型人才的高要求促使教師不斷進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（一）重新梳理教學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)

概率統(tǒng)計(jì)模型都是來源于生活實(shí)際，因此，概率統(tǒng)計(jì)知識的講授都應(yīng)從實(shí)際問題的研究引入[2]。比如對古典概型的介紹、隨機(jī)變量的分布等知識點(diǎn)的講解，結(jié)合本部分概率統(tǒng)計(jì)發(fā)展史更能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。概率的重點(diǎn)是對隨機(jī)變量的研究，因此應(yīng)適當(dāng)減少古典概型的計(jì)算和訓(xùn)練，增加隨機(jī)變量分布的引入介紹、性質(zhì)討論和應(yīng)用練習(xí)。統(tǒng)計(jì)主要有參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)兩大內(nèi)容。在公共課學(xué)時(shí)的限制下應(yīng)減少統(tǒng)計(jì)量的推導(dǎo)，完善統(tǒng)計(jì)思想的闡述和統(tǒng)計(jì)方法的使用，提高學(xué)生對概率統(tǒng)計(jì)的理解，增強(qiáng)其解決實(shí)際問題的能力。

（二）選用合適的教學(xué)實(shí)例

概率統(tǒng)計(jì)的思想要通過實(shí)例演示來闡述，因此，好的實(shí)例能夠使學(xué)生更好地理解講授內(nèi)容。一方面可以篩選優(yōu)秀的概率統(tǒng)計(jì)教材，另一方面對教材的內(nèi)容和例題，在教學(xué)中可根據(jù)學(xué)生的具體專業(yè)合理利用，并加以改進(jìn)，做到因材施教。

（三）引入前沿統(tǒng)計(jì)方法

概率統(tǒng)計(jì)是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，它與不同的專業(yè)可以結(jié)合產(chǎn)生不同的統(tǒng)計(jì)研究方法。比如在生命科學(xué)中，數(shù)據(jù)類型通常是變量個(gè)數(shù)多于觀測個(gè)數(shù)，因此不能使用傳統(tǒng)的估計(jì)方法，而要使用壓縮統(tǒng)計(jì)方法。這時(shí)教師可以適當(dāng)介紹使用廣泛的數(shù)據(jù)壓縮估計(jì)技術(shù)。同理，經(jīng)濟(jì)管理的學(xué)生可以適當(dāng)學(xué)點(diǎn)回歸分析，建筑工程可介紹些多元統(tǒng)計(jì)等。這樣一方面拓展了學(xué)生的視野，另一方面使學(xué)生認(rèn)識到概率統(tǒng)計(jì)在各自專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)的積極性。

三、教學(xué)模式的改進(jìn)

實(shí)踐證明，傳統(tǒng)的老師講、學(xué)生聽這種“滿堂灌、注入式”的教學(xué)模式和方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代化的教學(xué)要求，很難取得令人滿意的教學(xué)效果。采用啟發(fā)式、結(jié)合案例的教學(xué)模式和方法，不但可以由淺入深，由直觀到抽象，使學(xué)生真正掌握概率統(tǒng)計(jì)的概念和方法，從中獲得學(xué)習(xí)樂趣，而且還可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使其變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)[3]。如何將實(shí)際問題數(shù)學(xué)化，又怎樣利用概率與統(tǒng)計(jì)這個(gè)工具解決實(shí)際問題是概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)的重點(diǎn)。在解決與日常生活有關(guān)的實(shí)際問題中不但加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且加深學(xué)生對知識的理解和掌握。

（一）案例教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)法適當(dāng)結(jié)合案例教學(xué)，其教學(xué)效果已經(jīng)得到了廣泛的肯定。概率統(tǒng)計(jì)的教學(xué)尤其適合案例教學(xué)法。以估計(jì)理論為例，教師可以結(jié)合學(xué)生專業(yè)，選取貼近生產(chǎn)實(shí)際的典型專業(yè)案例，通過討論學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生主動(dòng)參與課堂討論，積極思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)使學(xué)生能夠更好地結(jié)合專業(yè)課程學(xué)習(xí)，將不同課程的理論融會(huì)貫通，提高其實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

（二）信息化教學(xué)

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出大量新式教育方式。其中信息化教學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用。教育信息化是指在教育中應(yīng)用信息技術(shù)手段，使教育環(huán)節(jié)數(shù)字化，從而提高教育質(zhì)量和效率，形成適應(yīng)信息社會(huì)要求的新教育模式。結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)知識點(diǎn)較多的特征，一方面要通過統(tǒng)計(jì)軟件的使用進(jìn)一步提高課堂效率（結(jié)合不同的專業(yè)需求可以使用不同的統(tǒng)計(jì)軟件，如經(jīng)濟(jì)使用SPSS、化學(xué)使用Matlab、醫(yī)學(xué)使用R等。在授課過程中，若條件允許，可以適當(dāng)安排一些統(tǒng)計(jì)軟件的上機(jī)實(shí)驗(yàn)以幫助學(xué)生理解），另一方面可以通過加強(qiáng)課程的信息化建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，一些拓展知識可以通過課件、視頻、微課等形式自學(xué)。

四、加強(qiáng)師資培訓(xùn)

教育的實(shí)施要依靠教師來實(shí)現(xiàn)，因此教師的教學(xué)能力對于教學(xué)效果起到?jīng)Q定性的作用。要想培養(yǎng)出適合新工科要求的優(yōu)秀人才，就需要不斷加強(qiáng)對教師的培訓(xùn)和鍛煉。

（一）派遣教師進(jìn)修助課

積極開展學(xué)術(shù)交流，一方面可以邀請專家到校交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；另一方面定期派遣教師學(xué)習(xí)兄弟院校的優(yōu)秀教育理念和方法，促進(jìn)教師教學(xué)育人能力的整體提高。

（二）選派教師進(jìn)入企業(yè)頂崗進(jìn)修

通過在行業(yè)內(nèi)的知名企業(yè)的實(shí)踐鍛煉，了解產(chǎn)業(yè)的前沿動(dòng)態(tài)，與自身的理論知識相結(jié)合，有利于教學(xué)的有的放矢。

五、結(jié)語

新工科建設(shè)是一個(gè)具有多學(xué)科融合特性的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對教與學(xué)都提出了更高的要求，促使學(xué)校在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和師資力量等方面不斷改革優(yōu)化，才能使得培養(yǎng)的學(xué)生更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳愛華，侯永峰，楊秋波，郝杰.加快發(fā)展和建設(shè)新工科 主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017，（01）：1-9.

[2]倪中新，陳敏.注重統(tǒng)計(jì)思想的現(xiàn)代工科概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)方法[J].大學(xué)數(shù)學(xué)，2004，（02）：21-23.

[3]李寒梅.案例教學(xué)在教師教育課堂教學(xué)中的觀察與啟示[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，（06）：70-72.