新形勢(shì)下時(shí)間序列分析課程教學(xué)改革的一些實(shí)踐

喬艦 范淑芬

摘要：目前我國(guó)教育已經(jīng)進(jìn)入“人工智能+互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式，時(shí)間序列分析課程作為一門應(yīng)用性較高的專業(yè)必修課，必須認(rèn)真進(jìn)行教學(xué)改革才能提高教學(xué)效果，讓學(xué)生學(xué)有所成，文章給出了一些該課程的教學(xué)改革嘗試和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：“人工智能+互聯(lián)網(wǎng)+教育”;翻轉(zhuǎn)課堂;案例式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）14-0185-02

一、引言

目前我國(guó)高等教育正面臨著日新月異的變革，我們已經(jīng)從“黑板+多媒體”模式、“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式跨入“人工智能+互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式，隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟與深化，傳統(tǒng)教育方式將被顛覆，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式將被革新[1]。在新形勢(shì)下，一方面，傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式正面臨著諸如微課、慕課、網(wǎng)課、翻轉(zhuǎn)課堂、教育資源云服務(wù)等教學(xué)形式的前所未有的沖擊和挑戰(zhàn)。另一方面，新時(shí)期的大學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴程度日益增強(qiáng)，學(xué)生獲取知識(shí)的途徑和方式呈現(xiàn)多元的選擇[2]，人工智能的出現(xiàn)則進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了大學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)。

時(shí)間序列分析是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉學(xué)科，是統(tǒng)計(jì)專業(yè)和經(jīng)管專業(yè)本科生的專業(yè)必修課，是統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)課程里唯一研究如何對(duì)縱向數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模的一門課程，是處理縱向數(shù)據(jù)的非常有效的一種數(shù)據(jù)處理方法。時(shí)間序列分析主要通過(guò)對(duì)已有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的觀察、分析，構(gòu)建合理的統(tǒng)計(jì)模型，確定其發(fā)展變化規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測(cè)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以此為業(yè)務(wù)決策提供依據(jù)。一方面，該課程理論基礎(chǔ)完善，課程學(xué)習(xí)涉及諸如數(shù)理統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程、差分方程、復(fù)變函數(shù)等知識(shí)內(nèi)容，另一方面，該課程應(yīng)用性較強(qiáng)，在經(jīng)濟(jì)學(xué)、金融學(xué)、社會(huì)學(xué)、氣象水文以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今經(jīng)濟(jì)、金融實(shí)證研究的主流方法[3]。

二、課程教學(xué)改革實(shí)踐

1.采用“傳統(tǒng)板書+多媒體課件+軟件實(shí)現(xiàn)+網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)方式。板書是非常傳統(tǒng)的教學(xué)方式，但通過(guò)板書進(jìn)行時(shí)間序列分析理論基礎(chǔ)的推導(dǎo)、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算過(guò)程的展示是最行之有效的教學(xué)方式。在進(jìn)行ARMA模型、ARIMA模型、條件異方差模型的理論基礎(chǔ)講解時(shí)，板書有助于學(xué)生集中精力，抓住重點(diǎn)，理清思路;在進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測(cè)、非平穩(wěn)時(shí)間序列的確定性分析、多元時(shí)間序列建模時(shí)，較小樣本量的相應(yīng)計(jì)算過(guò)程板書有助于學(xué)生加深理解，把握計(jì)算要點(diǎn)，增加互動(dòng)。在時(shí)間序列的長(zhǎng)期趨勢(shì)、季節(jié)波動(dòng)、異方差等特征講解中，多媒體課件具有無(wú)可替代的地位，通過(guò)多媒體課件展示相關(guān)定義、定理，展示相關(guān)時(shí)間序列特征，與板書相互補(bǔ)充，是展示相關(guān)時(shí)間序列特征的強(qiáng)有力手段。軟件實(shí)現(xiàn)展示是時(shí)間序列分析課程所獨(dú)有的教學(xué)方式。時(shí)間序列分析面對(duì)的數(shù)據(jù)量一般較大，且ARMA模型、ARIMA模型、條件異方差模型的參數(shù)估計(jì)過(guò)程一般較復(fù)雜，在板書講清理論基礎(chǔ)的前提下，課堂上進(jìn)行時(shí)間序列案例數(shù)據(jù)處理過(guò)程的軟件展示，有助于學(xué)生從整體理解把握時(shí)間序列分析過(guò)程，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理能力。這里的“網(wǎng)絡(luò)”指的是鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)教師指定的微課、慕課、網(wǎng)課等網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)相關(guān)授課內(nèi)容，處理習(xí)題，并進(jìn)一步研讀一些相關(guān)知識(shí)處理實(shí)際問(wèn)題的論文，該過(guò)程有助于學(xué)生從不同的角度深入理解知識(shí)點(diǎn)，鞏固理論基礎(chǔ)知識(shí)、提高學(xué)習(xí)興趣，提高對(duì)實(shí)際問(wèn)題的處理能力。

2.積極推進(jìn)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)實(shí)踐。由于課時(shí)有限，在時(shí)間序列分析課程全面實(shí)行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)是不可行的。我們?cè)跅l件異方差模型、協(xié)整分析兩節(jié)課進(jìn)行了“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)實(shí)踐的積極嘗試，提前一周就告知學(xué)生相應(yīng)章節(jié)將進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)，并將電子教案、多媒體課件、實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、相關(guān)案例數(shù)據(jù)、相關(guān)知識(shí)處理實(shí)際問(wèn)題的論文提前發(fā)給學(xué)生。授課內(nèi)容由任課教師引導(dǎo)，按照發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的步驟，學(xué)生分組討論進(jìn)行。實(shí)踐證明：“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)在提升學(xué)生時(shí)間序列分析課程學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性、學(xué)習(xí)積極性、掌握所學(xué)內(nèi)容方面確實(shí)很有成效。

3.認(rèn)真進(jìn)行知識(shí)結(jié)構(gòu)的梳理總結(jié)，讓學(xué)生切實(shí)掌握時(shí)間序列數(shù)據(jù)建模方法。授課過(guò)程中知識(shí)點(diǎn)是分散開來(lái)的，應(yīng)用過(guò)程的案例是任課教師專門挑選的。作為一門高度經(jīng)驗(yàn)性的學(xué)科，如果沒有相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)梳理，學(xué)生掌握的知識(shí)就沒有立體感，當(dāng)面對(duì)紛繁復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，學(xué)生將不知如何入手，怎樣評(píng)價(jià)模型優(yōu)劣。我們?cè)谑谡n前會(huì)給學(xué)生一張知識(shí)結(jié)構(gòu)示意圖，最后一次課會(huì)通過(guò)該示意圖對(duì)學(xué)生進(jìn)行所學(xué)知識(shí)內(nèi)容的回顧和總結(jié)，關(guān)鍵是通過(guò)該示意圖讓學(xué)生切實(shí)掌握實(shí)際時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)建模的標(biāo)準(zhǔn)程序，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)把握，提高實(shí)際解決問(wèn)題的能力。

4.積極進(jìn)行“案例式”教學(xué)。作為一門應(yīng)用性學(xué)科，授課中理論知識(shí)、軟件操作固然重要，但僅紙上談兵是不行的，一定要讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中體會(huì)，在實(shí)踐中掌握時(shí)間序列分析建模方法。在我們的教學(xué)大綱中專門留出兩節(jié)課指定進(jìn)行“案例式”教學(xué)，上學(xué)期基于中國(guó)居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)序列分析和中國(guó)人口預(yù)測(cè)兩個(gè)案例進(jìn)行了相應(yīng)案例教學(xué)，由于不指定方法，不限制過(guò)程，部分學(xué)生給出的分析方法甚至超出了授課范疇，譜分析、小波分析都用上了，兩個(gè)案例的分析討論過(guò)程，基本上將時(shí)間序列的絕大部分知識(shí)點(diǎn)都進(jìn)行了匯總，且課堂氣氛熱烈，全員參與，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果。

5.積極進(jìn)行基于時(shí)間序列分析的科研活動(dòng)。著名教育家錢偉長(zhǎng)院士曾經(jīng)指出：教學(xué)必須與科研相結(jié)合，教學(xué)沒有科研作為底子，就是一種沒有觀點(diǎn)的教育，沒有靈魂的教育。一方面我們鼓勵(lì)任課教師在教學(xué)之余，積極進(jìn)行與時(shí)間序列分析相關(guān)的研究，參加一些教材的編寫工作，在系統(tǒng)總結(jié)的基礎(chǔ)上發(fā)表相關(guān)教學(xué)或科研文章，并在教學(xué)實(shí)踐和案例分析中使用;另一方面，在指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，積極引導(dǎo)大學(xué)生以時(shí)間序列分析為研究對(duì)象來(lái)開展。

6.充分重視時(shí)間序列上機(jī)實(shí)踐課程。最初我們的時(shí)間序列分析課程是48學(xué)時(shí)授課外加8學(xué)時(shí)上機(jī)，在畢業(yè)生回訪信息反饋中，多次提出應(yīng)該增加上機(jī)課時(shí)，強(qiáng)調(diào)該課程在他們工作中的重要應(yīng)用。隨后，我們將其更改為48學(xué)時(shí)授課外加32學(xué)時(shí)上機(jī)，而且32學(xué)時(shí)的上機(jī)在授課結(jié)束時(shí)不能超過(guò)一半，進(jìn)而保證至少有16個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)生是在進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題處理過(guò)程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。進(jìn)一步我們要求學(xué)生從每年都進(jìn)行更換的8個(gè)備選問(wèn)題中自己挑選至少5個(gè)進(jìn)行課上上機(jī)實(shí)踐，并要求課下按照科技論文投稿要求整理成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

7.邀請(qǐng)從事數(shù)據(jù)分析工作的畢業(yè)生講解工作中用到的時(shí)間序列分析案例。每學(xué)期時(shí)間序列分析課程開課前，我們都會(huì)邀請(qǐng)?jiān)诰W(wǎng)絡(luò)公司、期貨證券公司或銀行金融企業(yè)從事數(shù)據(jù)分析工作的部分畢業(yè)生來(lái)到我們的課堂，講解他們運(yùn)用時(shí)間序列分析解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，盡管在校學(xué)生可能還聽不懂，但這種現(xiàn)身說(shuō)法對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果具有十分重要的意義。

8.改變課程考核方式。將原先時(shí)間序列分析課程的常規(guī)閉卷考試改為“閉卷考試+小論文”的形式，這是一項(xiàng)得到了學(xué)生充分認(rèn)可的教學(xué)改革。原先的閉卷考試突出了時(shí)間序列的理論基礎(chǔ)部分，重點(diǎn)考查了學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解。我們的小論文不指定題目，不指定方法，不給定任何數(shù)據(jù)，要求學(xué)生綜合課堂授課、上機(jī)實(shí)踐所學(xué)知識(shí)，按照實(shí)踐報(bào)告形式給出，并且要經(jīng)過(guò)查重審核。

三、總結(jié)

時(shí)間序列分析課程的學(xué)習(xí)對(duì)于學(xué)生的統(tǒng)計(jì)建模和應(yīng)用實(shí)踐具有非常重要的意義。當(dāng)前的教育新形勢(shì)，尤其是“人工智能+互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式的出現(xiàn)，要求傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式必須兼容并充分有效利用微課、慕課、網(wǎng)課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)形式，而且要結(jié)合課程自身特色，推陳出新，積極進(jìn)行教學(xué)改革的探索和實(shí)踐，只有這樣，才能真正實(shí)現(xiàn)該課程的育人目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李昭涵，金樺，劉越.人工智能開啟“互聯(lián)網(wǎng)+教育”新模式[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2016，（12）：6-10.

[2]紀(jì)志榮，何東進(jìn)，劉金福，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)《時(shí)間序列分析》課程教學(xué)改革的探索[J].教育教學(xué)論壇，2018，（16）：107-108.

[3]何書元.應(yīng)用時(shí)間序列分析[M].北京：北京大學(xué)出版社，2003.

Abstract：At present，China's education has entered the "artificial intelligence + Internet + education" mode.As a highly applicable professional compulsory course，the time series analysis course must be carefully reformed to improve the teaching effect and enable students to get achievements.This paper gives some teaching reform attempts and practices for this course.

Key words："artificial intelligence + Internet + education";flipped classroom;case study