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進入21世紀,隨著我國市場化步伐的加快,社會對新知識的需求日益增加,無論是國民經濟管理,還是公司企業乃至個人的經營、投資決策,都越來越依賴于數量分析,依賴于統計方法,統計方法已成為管理、經貿、金融等許多學科領域科學研究的重要方法。教育部也將《統計學》課程列為財經類專業本、??茖I的核心必修課程之一。力圖通過《統計學》的學習,使學生掌握探索各學科內在的數量規律性,并用這種規律性的解釋來研究各學科內在的規律。同時,由于統計學所倡導的尊重客觀實事,通過調查研究用實事說話,這也有利于培養學生的實事求是的學習、工作和科學研究精神
一、《統計學》課程教學面臨的挑戰
1、內容日益豐富。長期以來,在我國存在兩門相互獨立的統計學——數理統計學和社會經濟統計學,分別隸屬于數學學科和經濟學學科。20世紀80年代以來,建立包括數理統計學和社會經濟統計學在內的大統計學,逐步成為我國統計學界的共識。1992年11月,國家技術監督局正式批準統計學上升為一級學科。國家頒布的學科分類標準已將統計學單列為一級學科。隨著大統計學思想的建立和統計學在實質學科中的應用的需要,大多數學校和老師在財經類專業的本、??茖I《統計學》教學過程中,除了保留社會經濟統計學原理中仍有現實意義的內容,如統計學的研究對象方法、統計的基本概念、統計數據的搜集整理、平均及變異指標、總量指標、相對指標、抽樣調查、時間序列、統計指數等;同時也系統的充實了統計推斷的內容,如:統計數據的分布特征、假設檢驗、方差分析、相關與回歸分析、統計決策等。這一變化使得《統計學》的內容更適合相關實質學科的發展需要。
2、學生的學習難度加大。首先、結合《統計學》的課程特點——概念多而且概念之間的關系十分復雜、公式多且計算有一定難度等。如果學生不做必要的課外閱讀、練習和實踐活動,是很難理解和掌握的。對于財經類專業的本、??茖I的學生來說,本身的專業課學習負擔已不輕。其次、對于財經類專業的本、??茖I的學生來說,由于其本專業的課程體系要求,使得學生的數學或者數理統計的基礎不是特別好,對于??茖W生來說更不用說,推斷統計將是他們學習的困難。再說,《統計學》作為專業基礎課,一般安排在一年級或二年級第一學期,在這個學習時段也是大多數??粕捅究粕τ谟嬎銠C課程和英語課程的考證時段。如果以犧牲授課內容和降低要求來減輕學生的學習負擔,顯然有悖于《統計學》課程的教學和相關專業的發展要求。所有這一切對于學生學好這一課程面臨的困難可想而知。
3、教師的教學難度加大。授課內容越來越豐富;課程難度太大可能導致學生興趣下降;在倡導學生自主性學習的背景下,授課時數大為減少(一般安排一個學期共17~19教學周,每周2~3課時);高等教育擴招后,由于師資力量一時沒有跟上,大多數學校,授課班級學生人數越來越多,一個教師跨越不同專業授課不再新鮮。這要求授課教師必須深刻領會授課內容的核心和相互關系,學會控制和駕馭課堂教學,學會激發學生的興趣,注重統計學在不同專業領域的具體應用等等。作為這門學科的授課教師特別需要認真考慮該怎么辦?
二、《統計學》教學的發展趨勢分析
1、統計學從數學技巧轉向數據分析的訓練。在計算機及計算機網絡非常普及的今天,統計計算技術不再是統計學教學的重點了。統計思想、統計應用才應該是重點。現代統計方法的實際應用離不開現代信息處理技術。統計軟件的使用,不僅使統計數據的計算和顯示變得簡單、準確,而且使統計教學由繁瑣抽象變得簡單輕松、由枯燥乏味變得趣味盎然。所以,在統計教學過程中,大量的內容只需要給學生講清楚統計基本思想、計算的原理和正確應用的條件、正確解讀計算的結果,而對大量復雜具體的計算可以交給計算機去完成。
比如方差分析,手工計算量非常大,沒有計算機軟件的支撐,是很難教學實際問題分析的。現在我們只要講清楚方差分析要做什么,為什么方差分析要解決的中心問題是判斷有無條件誤差,而原假設又是K種不同水平下總體的理論均值是否相等,檢驗結果表示什么等就可以了,大計算量的工作讓計算機去完成。
2、通過統計實踐學習統計。也就是以學生為中心,通過課堂現場教學、引導學生先讀后寫再議、模擬實驗、利用課余時間完成項目、利用假期時間,通過參加學校組織的某些團隊、小組或自己組織去開展一些與專業有關的活動,如社會調查、專題研究、提供咨詢、參與企業管理等方法。全方位地激發學生的學習興趣、培養學生的專業能力、方法能力和社會能力。
比如依同學們在設計調查問卷和調查方案的基礎上,讓他們組成若干調查小組(如以寢室為單位),在校園內真正進行一次統計調查活動,從具體調查對象和單位的確定,樣本的抽?。ú灰欢ㄒ艽螅?,問卷的發放、回收與審核,數據輸入與資料整理,估計與分析,一直到調查報告的編寫,調查總結或體會的形成,全部由同學自己來完成。這樣,同學們就親身參與了統計調查、統計整理和統計分析(含統計推斷)的整個過程,效果很好。
三、基于EXCEL的《統計學》教學設想
如何從煩瑣的數理統計技巧轉向數據處理的訓練,同時還要使學生容易掌握并有機會輔之于實踐。教師的導向是第一位的,要求必須選擇容易獲得而且普及性比較強的統計分析軟件,并在課堂教學和引導學生實踐中廣泛采用。
(一)微軟公司開發的EXCEL軟件無疑是我們最好的選擇
專業的統計分析軟件SPSS、SAS、BMDP、SYSTAT其功能固然強大,統計分析的專業性、權威性不可否認,但是對于沒有開設統計學專業的院校這些軟件并不常用,如果學生要進行自主性學習也比較難以找到相應的工具,此外專業統計分析軟件的英文操作界面,也讓中國人用起來不是很順手。微軟公司開發的EXCEL軟件作為一款優秀的表格軟件,其提供的統計分析功能雖然比不上專業統計軟件,但它比專業統計軟件易學易用,便于掌握。在Windows操作系統極為流行的今天,EXCEL也是隨處可見。對于《統計學》這門課程而言,利用EXCEL提供的統計函數和分析工具,結合電子表格技術,已能滿足統計方面的要求。
(二)基于EXCEL的《統計學》教學設想
1、在教學內容上,依據EXCEL的函數功能、電子表格功能、數據分析功能,結合統計學原理的基本理論和方法,整合教學內容。比如傳統的統計學原理教學過程中,對統計數據的搜集主要強調統計報表制度,在EXCEL環境應該更注重抽樣推斷,EXCEL提供的隨機抽樣工具使得抽樣調查不再是十分復雜的技術,統計圖也可以被廣泛運用于對數據的描述;再比如現有統計學教材很多都講根據整理的數據計算平均數時,都用加權平均的方法,當用組距式變量數列計算平均數時,用組中值作為各組的代表值進行計算。我們知道,組中值作為各組的代表值是假定各組變量值在組內是均勻分布的,如果實際數據與這一假定相吻合,計算結果比較準確,否則誤差比較大。事實上實際數據往往就不是均勻分布的,因此用組中值計算的平均數都是近似的,而且相同資料編制的不同變量數列計算的平均數還不相等。其實為了編制變量數列,我們必須輸入原始數據,EXCEL的有關程序可以得到準確平均數,哪里還有必要按加權算術平均的方法計算近似的平均數呢?那么有沒有必要編制變量數列、特別是組距式變量數列呢?有沒有必要按加權的方法計算平均數呢?我們認為有必要,但是組距式變量數列的主要功能不再是提供計算資料了,而是用于表現資料的分布狀況和進行分析用;加權平均方法主要是介紹和要求學生掌握加權平均的思想,用于綜合評價分析中。
2、案例教學成為《統計學》課程的重要內容。案例教學法不僅可以將理論與實際緊密聯系起來,使學生在課堂上就能接觸到大量的實際問題,而且對提高學生綜合分析和解決實際問題的能力大有幫助。結合學生所學專業精選案例教學,比如對于金融專業的學生可以設計用幾何平均數計算投資的平均收益率、運用標志變異指標考察投資組合的風險大小等。對于經管專業的學生,精選抽樣推斷、假設檢驗、方差分析對于控制產品質量,經營決策等方面的案例,深入淺出地介紹這些方法的基本思想、并用EXCEL進行分析。既激發了學生的興趣、擴大了學生的視野,也使統計學的課堂不再是教師一塊黑板、一支粉筆、一本教材、一張嘴巴就能將一門專業課程從頭講到尾。
3、改革考試方式和內容,合理評定學生成績。考試是教學過程中的一個重要環節,是檢驗學生學習情況,評估教學質量的手段。對于《統計學原理》的考試,多年以來一直沿用閉卷筆試的方式。這種考試方式對于保證教學質量,維持正常的教學秩序起到了一定的作用,但也存在著缺陷,離考試內容和方式應更加適應素質教育,特別是應有利于學生的創造能力的培養之目的相差較遠。在過去的《統計學》教學中,基本運算能力被認為是首要的培養目標,教科書中的各種例題主要是向學生展示如何運用公式進行計算,各類輔導書中充斥著五花八門的計算技巧。從而導致了學生在學習《統計學》課程的過程中,為應付考試搞題海戰術,把精力過多的花在了概念、公式的死記硬背上。這與財經類專業培養新世紀高素質的經濟管理人才是格格不入的。為此,需要對《統計學》考試進行了改革,主要包括兩個方面:一是考試內容與要求不僅體現出《統計學》的基本知識和基本運算以及推理能力,還注重了學生各種能力的考查,尤其是創新能力。二是考試模式不具一格,除了普遍采用的閉卷考試外,還在教學中用討論、答辯和小論文的方式進行考核,采取靈活多樣的考試組織形式。學生成績的測評根據學生參與教學活動的程度、學習過程中提交的讀書報告、上機操作和卷面考試成績等綜合評定。這樣,可以引導學生在學好基礎知識的基礎上,注重技能訓練與能力培養。
參考文獻:
[1]謝安邦.高等教育學[M].北京:高等教育出版社,1999.
1轉變教育觀念
利用現代化學習工具學習當今社會發展所需要的知識是時代的要求,因此應轉變教育思想和更新教育觀念,改變以往的教學方式、學習方式和學習內容,探索適應現代社會、經濟、科技及文化發展的教育觀念和人才培養模式,形成培養適合21世紀所需要人才的教學體系.醫藥院校的數學應以應用為主要目的,應改變以掌握基本知識、基本理論及基本方法為目的的方式,把教學重點轉移到講解數理統計學概念、思考方法、形成及應用背景等,引導學生思考數理統計學的思維特征,理解數理統計學思想,引導學生應用數理統計學方法解決實際問題,以達到學以致用的目的.學好和用好醫藥數理統計學并不需要高深的數學知識,而是要促使學生在學習數理統計學的時候改變思維模式,使學生從醫藥學的形象思維模式向數理統計學的抽象思維和邏輯推斷模式轉變,并結合教材中例題的講解、學生自身實例資料的分析及作業的批閱使學生理解和掌握統計學中的基本概念、基本方法、統計符號及公式等.
2精簡和更新教學內容
在教學內容方面做到突出實用性,適當地減少或減弱概率論部分的理論性和難度,以直觀、趣味和易于理解的方式把概率論作為數理統計的基礎知識加以介紹.在假設檢驗部分注意闡述數理統計方法的思想、應用的背景及應用中所需的條件,重點講解假設檢驗應該如何選取原假設和備擇假設,如何對得出的結論進行合理的解釋;在參數估計部分著重地講解參數估計在實際應用中的重要性、合理性及應用中應注意的問題,區間估計中置信區間的理解及單側置信限在應用中的意義等;在方差分析部分講清楚引進方差分析的意義、假設檢驗的方法對多個總體進行多次t檢驗時的缺點、方差分析應用的條件及合理解釋檢驗結果等;在回歸分析部分注意闡述量與量之間的關系、回歸方程的理論意義及對回歸方程結果在應用中的解釋等.目前SPSS軟件是國際醫學論文中應用最廣泛的統計軟件[2],國內的大部分醫學期刊也要求論文數據統計分析要應用統計軟件處理,統計檢驗結果要用P值來表示,更要求學生了解統計軟件的使用方法,做到正確使用統計軟件.
3互動式的教學方法培養應用、創新型人才
傳統的教學方式是知識傳授型教學,即教師在課堂上灌輸知識,在有限的時間內按教學大綱要求把大量的教學內容盡可能地講授完畢,不能有效地調動學生對學習的主動性,忽視學生應用能力的發展,結果導致學生把主要精力投入到統計計算上,很難有時間去深入分析統計結果.互動式教學方法要求教師在教學中充分發揮教師的主導作用,同時讓學生處于教學的中心,在加強課堂討論的同時,由教員歸納總結,充分調動學生的學習興趣,提高學生的主動性和創造性.統計學應用能力的培養主要指可正確選擇和應用統計分析方法解決醫藥學科學研究和醫藥工作中的實際問題[3].為了避免學生濫用及錯用統計方法,教師要重點講清各種方法的適用條件及特點.在考試方法上亦采用開卷考試,使學生不再花大量時間去推敲和死記那些復雜的公式,不再難于分清和理解符號及公式.通過幾年來的改革實踐,發現上述教學內容、方法及手段的改革增強了學生的學習興趣,使學生真正體會到數理統計學的內容在醫藥及日常生活中的應用價值,激發學生的創造性思維,取得了良好的效果.
[參考文獻]
2軟件介紹
在強調學生為主體的實踐式教學設計中,教師設計案例的求解一般要選擇合適的軟件進行輔助,當前數學軟件眾多、功能強大,如綜合性軟件Mat-lab,統計專業軟件SPSS、SAS等。對于專業數學軟件一般要先進行軟件的學習才能用來解決實際問題,對于概率論與數理統計這樣一門獨立的課程,顯然不宜專門來進行軟件的培訓,為了應對實踐教學課堂應用,簡單易學且容易配置的軟件能最大限度實現教學任務。在此以Excel為例介紹案例式教學和利用Excel進行軟件試驗的一點嘗試。Excel使用簡便,基本不涉及程序的編制,在圖形化界面下進行操作,且具備有強大的圖形功能,便于概率結果的呈現和分析。Excel有豐富的概率函數,能幫助用戶進行各種類型的概率計算,或進行隨機模擬來學習概率論與數理統計。Excel可以計算大部分常用理論分布的概率密度函數PDF、累積分布函數CDF以及模擬產生服從常用概率分布的隨機數據。如果能夠正確使用,Excel可以成為非常強大的學習工具。選用Excel作為概率論與數理統計教學輔助軟件的另一個原因是作為微軟Office工具之一,大部分學生均了解Excel的使用,因此不用進行軟件的教學即可用來解決實際問題,在學習過程中也能進一步促進學生對軟件的使用增強他們解決實際問題的能力。下面介紹一個利用Excel輔助的案例式實驗教學設計實例。為了使數學實驗背景貼近學生的學習生活,以考試中選擇題成績分析為例。背景分析:考試是每個學生都經歷的學習過程,其中選擇題是經常遇到的類型,選擇題的設計與概率知識之間有密切的關系。通過與學生密切相關的問題引入概率教學,能極大激發學生的學習興趣。問題設計:選擇題在解答時不同于填空題或者解答題,因為在完全不會的情況下仍有可能靠猜測得到正確的答案,那如何來評估選擇題在考試中的效度,可以使用什么樣的概率論與數理統計的基本知識予以研究?
3實驗教學案例設計
首先提出基本假設,考試時一個選擇題有4個選項,僅有一個選項是正確的,如果不會做就隨機作答,因此在不會做題的情況下隨機選擇答案有25%的可能性得到正確答案,即從卷面上看該題做對了,對于老師來說,按照成績評價學生實際知識水平非常重要,因此需要評估在答案正確的前提下求學生實際會做該題的概率。圖像顯示出選擇題答案正確而顯示被試者會做該題的概率一直大于被試者實際會做該題的概率,說明選擇題容易高估被試者的水平,為了有效區分被試者的不同程度,需要適當調節題目的難度來區分被試者是不是真的會做。作為一個例子,若學生會做與不會做的概率相同,取x=0.5,則容易計算出P(A|B)=0.8,即實際會做概率為0.5時,選擇題表現出來的得分可能為0.8分。對于數學實驗來說,讓學生自己對該案例進一步討論,親自實踐在軟件輔助下的概率解題,對促進學生將理論用于實際非常重要。在課堂講授的基礎上,可以將學生自學內容引申到用隨機變量的分布律和分布函數來研究在實際考試中選擇題得分情況演示,結合二項分布理論研究選擇題對學習評價的情況。評價借助于Excel軟件設計如下實驗。假設某項考試由100道選擇題組成,每道題1分,學生會做該題的概率為x(實際問題中相當于難度系數為1-x),當x=0的時候,被試者對考試內容完全不會,每題都隨機選擇,可以看成服從參數為(100,0.25)的二項分布,使用Excel中的BINOM-DIST()函數進行二項分布概率密度值和分布函數值的計算來演示考試結果。函數用法為:BINOM-DIST(k,n,p,FALSE/TRUE),其中k表示回答正確的題目數量,可以使用單元格自動生成,n,p為二項分布的參數。n表示總試驗次數,p表示每次試驗中事件出現的次數即答對題的概率。后面的參數FALSE/TRUE用來說明是計算概率密度函數和是計算分布函數。如BINOMDIST(A2,100,0.25,FALSE)表示對A2單元格中的自變量計算參數為(100,0.25)的二項分布概率密度函數值。使用Ex-cel的自動填充功能,便可方便生成該二項分布的概率密度表。為方便調節二項分布參數,可以將參數(n,p)用單元格的絕對引用代替,改變參數單元格的數值就能得到不同二項分布的概率密度表格。Excel還可以對概率密度表和分布函數表生成條形圖和線圖,若試題難度系數0.5,學生事實會做的題目應該有50道,因此會做的題目有50道,另外不會做的隨機選擇,正確率0.25,因此回答正確的題數為12.5,兩者相加可知最終得62.5分的概率最大。
1.2教師教學分析目前,大多數獨立學院由于受到教學資源的限制,很多課程都采用大班教學,概率論與數理統計課程也不例外,在各系部,一個專業或幾個專業百人以上一起上課的現象很普遍,這給教師的教學帶來了不少壓力,因為在同一個教室上課的學生的基礎參差不齊,學習的需求也不一樣,經常會出現這樣的情況,要求不盡相同,有的學生要求簡單一些,講的慢一些,有的學生要求更加深入一些,覺得簡單了,這種情況的出現會讓老師無所適從,久而久之會影響教學質量。另外,學生人數多,使得教師工作量激增,整體忙于備課、上課、改作業、答疑,幾乎沒有時間進行教學方法的研究,長期以往,必然會影響教學質量。教學總是按部就班,理論偏強,實踐過少,不利于學生全面發展??傊?,教學方式和教學模式單一,教師主要是以傳統的教學模式為主,教師是主動的施教者,學生是被動的接受者,忽視了教學互動,不能把學生學習興趣、學習主動性激發出來。
1.3學生學法分析概率論與數理統計這門課程有著其特殊性,在處理問題的思想方法上與學生以前學過的其他數學課程不一樣,概念高度抽象,理論體系的邏輯嚴謹,很難以理解。學生在學習過程中沒有及時轉變思維方式,缺乏自信。而且,學生仍然是被動的接受者,在學完高等數學和線性代數后,覺得沒有什么實質性的應用,就是做不完的題海,依然覺得數學課程枯燥無味,害怕數學,厭惡數學。老師布置作業就做一點,不布置作業,就不會主動去做,普遍存在抄襲作業的情況。特別是很多學生高等數學就學得不好,而概率論與數理統計課程的學習過程中會大量用到高等數學的知識,比如定積分、二重積分等,這樣使得一部分學生對概率論與數理統計的學習更加茫然、畏懼和排斥,影響學習積極性。當學生真的遇到這樣的問題時就會覺得高等數學都沒有學好,那概率論與數理統計就更不會了,他們就會理所當然的直接放棄對概率論與數理統計課程的學習。
2獨立學院概率論與數理統計教學改革的思考
2.1教學內容上合理優化傳統模式為了貫徹落實“以學生為本”的原則,達到理解概率論與數理統計的思想并運用其解決實際問題的能力。考慮到學生數學基礎相對薄弱的現實,在教學過程中應該針對具體情況,對教學內容進行優化,注意概念的直觀化和模型的形象化、注重思想方法的滲透。獨立學院以培養更多的應用型人才為目的,我們應該鼓勵學生學以致用,加強與實踐的聯系。在實際的教學過程中,加強對例題的分析,盡量做到舉一反三的作用。針對不同專業,結合相關實例進行講解。結合具體的知識點引導就生活中的實例或簡單的數學建模競賽題目進行建模,培養學生應用的能力。鼓勵學生參加各種數學建模競賽。
2.2教學方法上進行改革創新近年來,獨立學院的課堂教學已經作了一些改進,有的課程增加了課堂提問,在學生回答問題時及時做到師生互動;有的已經引進實踐內容;有的實行在課堂討論環節,等等。所有這些方法收到了一些效果,但是,還沒有從根本上改變學生學生的學習被動性。為了提高學生學習的學習積極性,在教學方法上,我們可以進行啟發式教學、研究式、案例式教學等多樣化教學方法。概率論與數理統計中有一些內容可以類比教學,大多數有相同的思想,逐步滲入的特點。從而,可以用類比的方法進行啟發式教學。比如,一維隨機變量和二維隨機變量的教學,置信區間和假設檢驗的教學。有一些內容可以進行研究式的教學,比如:概率論是研究隨機現象的一門學科,那我們可以問怎么研究隨機現象,從而引出隨機試驗的概念,我們通過隨機試驗研究隨機現象,在可以問,隨機試驗研究什么啊,引出隨機試驗的所有結果組成的集合為樣本空間,等等。這樣一步一步就引出許多新的概念。而具體到案例教學,就有很多實例,比如,我們在銀行接受服務等待的時間,買彩票中大獎,買到不合格產品,消協怎么認定,扔硬幣為什么出現正反面的概率是二分之一等,我們都可以用概率論與數理統計的知識加以驗證或解釋。通過改變學生學習的積極性、主動性來不斷改進我們的教學方法。教學有法,但無定法,貴在得法。抽象的數學概念、公式的介紹要做到能用簡單明了,通俗易懂的方式幫助學生接受和理解,同時能靈活運用,從而提高學生學習的興趣和自信,增強學習的能動性和主動性,培養創新意識和實踐能力。
2.3全力提高學生學習效率針對獨立學院的特點,學生學習的目的主要有兩個:一是對概率論與數理統計基礎知識的掌握;二是綜合能力的養成,能做到學以致用。對于第一個目的,可以通過平常教師的講授、自學、()答疑等緊密配合,最終達到目的。對于第二個目的,可對學生從多方面進行綜合能力的培養。在教學過程中,要注意概率論與數理統計與相關學科之間的聯系,讓學生了解概率論與數理統計在各自專業學科中的知識背景,消除學生學習概率論與數理統計的盲目性,增強學習信心,提高學習效率。要讓學生身臨其境地介入到知識的創造過程。教師可以讓學生們提交數學建模報告,以規模較大,與專業課相關或學生感興趣的實例為問題。學生可以進行分組,相互討論、分析、尋求解決的方法,得到相關結論,寫出完整的報告,這樣,學生親身體驗,每個人發揮自己的特長,同時也提高了學習的效率。我們應該鼓勵學生課后多與老師交流,使學生鞏固應用知識,及時解決疑難雜癥。與學生的交流可能通過網絡交流,打破傳統的空間和時間的限制,盡可能高效、快速地解決學生遇到的實際困難,使學生課后的學習能得心應手,能使學生學到的知識得到加強與拓展。
3獨立學院學生學習概率統計需要注意的問題
課程代碼318.009.1編寫時間
課程名稱數理統計
英文名稱Statistics
學分數3周學時3+1
任課教師*徐先進開課院系**數學學院
預修課程
課程性質:
本課程為數學學院本科生開設,是概率論基礎的繼續,介紹數理統計學的基礎知識。
基本要求和教學目的:
課程基本內容簡介:
數理統計是一門理論研究與數學實踐相結合的學科,它區別于概率論基礎部分,不從概率空間出發,而是考慮如何給隨機現象裝配一個概率空間。
數理統計學研究數據資料的收集、整理、分析和推斷,廣泛地應用于社會科學、工程技術和自然科學中。
教學方式:
教材和教學參考資料:
作者教材名稱出版社出版年月
教材概率論,第二冊,數理統計(兩分冊)人民教育出版社1979
參考資料陳希孺數理統計引論科學出版社1981
峁詩松,王靜龍,濮曉龍高等數理統計高等教育出版社,施普林格出版社1998,2003
J.O.BergerStatisticaldecisiontheoryandBayesionanalysis,2ndedition
中譯本:賈乃光譯,統計決策理論和貝葉斯分析Springer-Verlag,NewYork
中國統計出版社1985
1988
教學內容安排:
第一章引論
本章的教學目的是闡述數理統計學的基本問題,介紹數理統計學的基本概念。指出了現階段的教學內容是研究如何利用一定的資料對所關心的問題作出盡可能精確可靠的結論,而不是考慮如何設計獲得數據的試驗。
統計量是從數據中提取信息的工具。本章介紹了兩種常用求估計量的方法,介紹了刻畫統計量性能的一致最小方差的概念。
§1統計學的基本問題
§2數理統計學的基本概念
§3求估計量的兩種常用方法
§4一致最小方差無偏估計
第二章抽樣分布
本章假定待研究的母體服從最常見的正態分布,導出了常用統計量,,的分布。本章的結論是對小樣本討論的,由于正態分布的特殊性,它們也可作為大樣本情形的極限分布。
本章還介紹了與正態母體相聯系的柯赫倫定理與費歇定理。
§1正態母體子樣的線性函數的分布
§2分布
§3分布和分布
§4正態母體子樣均值和方差的分布
第三章假設檢驗(I)
本章的教學目的是讓學生認識到參數估計、假設檢驗和區間估計是針對問題的不同性質而作的三種統計推斷,掌握并正確理解顯著性檢驗問題的處理步驟。在本章的執行過程中,給出了一些典型的假設檢驗問題的分析和理解,以幫助學生掌握和運用這一統計思想。
本章介紹了具有一般意義的廣義似然比檢驗。
§1引言
§2正態母體參數的檢驗
§3正態母體參數的置信區間
§4多項分布的檢驗
§5廣義似然比檢驗
第四章線性統計推斷
本章主要討論數理統計學中兩類重要的問題,線性模型和回歸分析,介紹了處理另一類問題的方差分析。在數學過程中,解釋了在復雜問題中使用線性模型的合理性,也分析了統計假設在實際問題中的意義。
在本章的執行過程中,比較了回歸分析與線性模型的異同點。
§1最小二乘法
§2回歸分析
§3方差分析
第五章點估計
本章從理論的角度討論了一致最小方差無偏估計的性質。介紹了一些尋找一致最小方差無偏估計的方法。
2教學的生活性
課堂教學的生活化,即通過生活中具體的實例討論概率的應用,建立形象問題和抽象思維之間的聯系。概率論與數理統計是一門實用性很強的科學,在具體實際情況和數學概念、定理、公式之間建立正確的聯系,成為現在學生面臨的主要難題。教師在教學過程中可以分析一些具體的實例,使學生了解怎樣應用數學知識解決實際問題。比如分析問題“根據以往的臨床記錄,某種診斷癌癥的試驗具有如下的效果:若被診斷者患有癌癥,則試驗反應為陽性的試驗反應為陽性的概率為0.95,若被診斷者沒有患有癌癥,則試驗反應為陰性的概率為0.95,且被試驗的人患有癌癥的概率為0.005,問如果被試驗者反應為陽性,他患有癌癥的概率為多大?”這是一個題目很長的實際問題,學生一般無從下手,解決問題的關鍵在于了解題目中涉及幾個條件和幾個隨機事件,只要準確描述隨機事件就可以把實際問題轉化為概率問題。實際問題的多次訓練有助于培養學生用數學語言描述實際問題的能力。
3教學的啟發性
教學的啟發性即給學生思考的時間,等學生無法想明白的時候再去開導。具體來說就是老師對上課提出的問題給出學生思考的時間,在學生主動思考之后,幫助學生開啟思路。“填鴨式”,“滿堂灌”的教學方法最容易使學生失去學習興趣??鬃釉弧安粦嵅粏?,不悱不發”,說的就是要啟發學生思維,引導學生思路。比如,講授全概率公式之前引入實例:有一批同一型號的產品,已知其中由一廠生產的占30%,二廠生產的占50%,三廠生產的占20%,又知這三個廠的產品次品率分別為2%,1%,1%,問從這批產品中任取一件是次品的概率是多少?撇開概率知識不談,把這個問題純粹看成一個數學問題,也可以用中學知識解決,給學生幾分鐘思考的時間并適當引導學生使用數形結合的方法討論,我們把產品在三個工廠的生產及次品情況轉化為產品分布圖,學生就很容易地知道從這批產品中任取一件次品的概率就是黑色橢圓區域在整個矩形內所占的比例,經過分析就可以得到全概率公式。該方法不僅能夠加深學生對該問題的印象,還有助于學生對復雜全概率公式的理解。
二、運用數理統計,提高企業管理水平
為了推動企業健康發展,提高經濟、社會效益,必須加強企業管理,提高管理水平,這一過程離不開數理統計工具的運用。主要體現在如下方面:
1.產品質量控制
企業所生產產品的質量并非一成不變,每批次產品的質量多多少少都存在差異性,這主要是由于諸多隨機、難以控制的以及突發性可控等因素引發的。若產品生產過程只受到隨機因素的影響,則稱該過程為統計控制狀態,此時其質量特征值服從正態分布,依據正態分布的性質可知,生產過程以"千分之三"為依據進行質量控制,以便實現事前控制,避免不合格產品出現,有助于企業經濟效益的大幅提升。
2.產品質量管理
采用質量控制圖旨在對生產工序進行監控,確保其處于統計控制狀態下,最大限度地減少不合格產品出現,但是,產品最終檢驗仍很有必要。對所有產品進行檢驗是難以實現的,此時,需要運用數理統計中的"小概率事件原則",采用一次抽樣檢驗對產品合格與否進行推斷。
3.管理決策分析
1939年,統計學家瓦爾特首次提出了"決策理論"進行假設檢驗及參數估計。制定決策四大步驟如下:一是明確決策制定目標;二是找出可行性的方案;三是選擇方案;四是對已選方案加以評價。決策分析需要以中心準則--期望值方法為依據,進行最優方案的選擇,并按照最優方案加以執行。隨著信息咨詢公司的大量出現,若決策過程中開展了試驗、調查,獲取了附加信息,即可對先驗概率進行修正,獲取后驗概率,該概率涵蓋了所有經驗和方法,并吸收借鑒了試驗與調查信息,能夠正確加以決策,極大地提升了企業管理決策的期望效益。
《醫藥數理統計學》是高等醫學院校及農科院校等部分專業要學的基礎課程及必修課程,也是許多專業招收研究生的必考科目之一?!夺t藥數理統計學》是一門講述隨機現象和應用性極強的課程,它有獨特的思維方式和計算技巧。與學生學過的高等數學的思考方式不同,兩者思想體系差別較大,學生除了具備高等數學的基本知識外,還應具備語文知識、邏輯學知識,是大家公認的一門較難的課程。此課程中隨機變量理論特別是一些習題,學生常常感到困惑,缺乏思路,難以下手。為了提高學生的學習興趣,提高教學質量,有必要對教學方法進行進一步研究。
1教學過程中應采取的思想和做法
由于此門課程的講解注重應用因此應著重于對基本概念、基本理論和思想方法的講解,淡化定理的嚴格證明,給學生更多的自主思考空間,激發學生的學習欲望,提高教學質量。
2《醫藥數理統計學》課程部分難點重點的教學措施
2.1隨機變量的分布函數
隨機變量分布函數的定義有現代數學中泛函分析的初步思想,因此分布函數的定義是學習過程中遇到的一個主要難點。學生比較難理解,在教學中我們強化分布函數的講解和應用,在求隨機變量函數的分布時強調分布函數的作用,讓學生多練習使用分布函數,這樣收到了較好的效果。當他們接受了分布函數的定義之后,也就潛移默化地有一點現代數學思想。
2.2大數定律與中心極限定理
大數定律與中心極限定理是概率論的兩個重要理論,對它們的理解是接受概率思想的標志。它們都是極限問題,需要極限的思想和任意小的概念。只靠語言敘述、定理證明是很難理解它們的。我們在教學中淡化定理的證明,著重于定理的分析理解,例如,作某種觀察或試驗時,不可避免地會受到許多因素的影響,如環境、情緒、儀器的偏移、主觀感覺等等。它們每一個因素對觀察結果的影響都很小,但是它們綜合起來構成了觀察誤差。觀察誤差是一個隨機變量,它是很多微小的獨立隨機變量的總和。按中心極限定理,這個總和(隨機變量)應服從正態分布。結合實際例子,使大數定律的思想在學生頭腦中自然形成。多舉一些與醫藥學聯系緊密的例題和習題。
2.3最大似然估計方法
最大似然估計的思想方法不容易掌握,求解過程也比較煩瑣,而它又是實際中很有意義的估計方法。用實際生活中的一些例子:一個老獵人帶領一個新手進山打獵,遇見一只飛跑的兔子,他們各發一彈,兔子被打中了,但身上只中一彈,到底是誰打中的呢?憑知覺絕大多數人認為是老獵手打中的;醫生看病,在問明病人的癥狀后(包括必要的一些檢查),作出診斷時總是對那些可能直接引起這些癥狀的疾病多加考慮等,通過實例來引起學生的學習興趣,引導學生產生初步的最大概率的想法。這種選擇一個參數使得實驗結果具有最大概率的思想就是極大似然法的基本思想,使學生將直觀想法化成理論表示,建立模型函數,最后找出估計量。這樣由直觀到抽象的過程,能使學生更快更好地掌握極大似然估計的方法。
2.4假設檢驗的思想方法
假設檢驗是依據經典數學的反正法原理,結合概率論中的小概率原理進行統計分析和推斷的方法。理解它的難度大,往往學生會套公式做,但不會解釋,更不能解決新遇到的問題。對此可采取多將實例,細講分析過程,講明白小概率事件原理,同時注重學生思考,調動其積極性踴躍回答問題以加深學生的理解。
3提高《醫藥數理統計學》學習效果,保證學習質量,對學生的學與教師的教提出幾點建議
3.1善于歸納
本課程內容較為散亂,每個問題都有不同背景,系統歸結,找出共性,有利于整體掌握所學內容。例如:古典概型所求概率是隨機事件在樣本空間所占比例,是隨機事件樣本點數與樣本點總數之比,幾何概型雖然對象不同(樣本點無窮多個,不可數),所求概率是兩個幾何體度量之比,但也是隨機事件在樣本空間所占比例,兩者本質思路都是一樣的,搞清這一點,對全面掌握知識很有幫助。
學科交叉,提高認識
本課程雖然內容獨特,但我們將概率視為函數之后,就可以用《數學分析》方法進行研究,廣泛應用極限、導數、積分之后,不僅處理問題嚴格科學,更提高了對問題的理解認識。
3.3加強練習,掌握技巧
在教學中要加強課后練習,對例題及課后習題作精心選取,重點選擇既具有實用背景又能對闡明基本概念、基本方法有幫助、能夠提高學生興趣的例題和習題,利用課堂討論、思考練習、課外答疑、批改講評作業等各個教學環節,加深學生對課程內容的理解和掌握。結合概率與數理統計應用性較強的特點,在課堂教學中,注意收集醫藥學以及經濟生活中的實例,并根據各章節的內容選擇適當的案例服務于教學,將理論教學與實際案例有機地結合起來,使得課堂講解生動清晰,已達到良好的教學效果。案例教學法不僅可以將理論與實際緊密聯系起來,使學生在課堂上就能接觸到大量的實際問題,而且對提高學生綜合分析和解決實際問題的能力大有幫助。通過案例教學可以促進學生全面看問題,從數量的角度分析事物的變化規律,使概率與數理統計的思想和方法在現實工程或經濟活動中得到更好的應用,發揮其應有的作用。獨立完成作業是學生學好本課程的一項重要的、必不可少的工作。通過對課后習題的練習,逐步加深對課程中各種概念理解,熟悉各種基本解題方法,達到基本掌握本課程主要內容的目的。很多學生在學習了統計方法,也記憶了很多公式以后,很茫然,不知該選用哪種方法來處理資料。例如:為了比較兩種安眠藥的療效,將20名年齡、性別、病情等狀況大體相同的失眠病患者隨機平分為兩組,分別服用新舊兩種安眠藥,測得的睡眠延長時數如下表。
新藥組xi1.90.81.10.1-0.14.45.51.64.63.4
舊藥組yi0.00.7-0.2-1.2-0.12.03.70.83.42.4
假定兩組睡眠延長時數均服從正態分布且方差齊性,試檢驗兩種安眠藥的療效是否有顯著性差異?很多學生發現兩組樣本含量相同,往往采用配對設計資料的t檢驗,這說明學生還沒有真正理解這種設計方法的內涵。配對設計的每對數據要求測自同一個個體(稱為自身配對設計)或同一個來源的兩個個體(稱為同源配對設計)或條件相近的兩個個體(稱為條件相近者配對設計)。題中從失眠病患者這一總體中隨機抽取20例受試對象,然后隨機平分為兩組,是典型的成組設計。如果題中說20例患者按照某一條件(對結果有影響的非處理因素)配成10對,然后把每對中的兩個個體隨機分到新藥組和舊藥組中,問新舊兩種藥物對睡眠延長時數效果有無差別,這才是配對設計,所以學生一定要明白實驗的設計方案,這是正確選用統計方法的前提。
3.4聯系實際,培養興趣
調動學生的學習積極性,本課程產生的背景,是迫切解決當時實際問題的需要。當今社會環境中,醫藥學、生物學、經濟等大量問題都可以用概率方法研究解決,讓學生們做一些相關資料處理工作,把所學的統計方法用到實際中,理論聯系實際,大大提高了他們學習的興趣。在每講授一種統計分析方法后,學生除了完成基本作業外,還要要求學生到圖書館查閱文獻,找出運用所學統計方法進行資料分析的文獻例子,這樣學生不僅學會查閱文獻,而且通過查閱文獻這一過程,對所學的統計方法也有了更深的理解,有的同學還對一些雜志的文章所用的統計方法提出質疑,這樣大大調動了學生學習的積極性,逐漸認為統計學其實是很實用、很有趣的一門課程。
3.5在《醫藥數理統計學》的教學中引入CAI是教學中的一個重要舉措
CAI的引入,將為學生提供一個因材施教、具有創造性的學習環境,可以大大增加信息量。但CAI教學是一種輔助教學手段,不能取代教師在課堂中的主導地位。教師的人格魅力和語言魅力是任何機器都無法取代的,一節課是否能吸引學生,不在于CAI課件的吸引力,而在于教師的講課方法和教師的語言魅力,教師不可在教學的全部過程應用CAI課件,不適合過多地用課件進行講授,會影響他們的理解和掌握,從而影響教學質量。
【參考文獻】
2因材施教教學法
在教學過程中,教師要時刻注意學生理解知識的情況,應根據不同班級具體情況對教學內容和手段采取適當調整,可使得教學方法靈活多變.開課之前應通過不同途徑了解該班學生的情況,通過所得信息制訂總體教學計劃.教學過程中也應該主動與學生交流,得到學生的反饋意見,課下也應該對作業情況進行適當總結,調整課時進度.比如應用數學專業學生,專業性質要求在教學中適當加強難度,多安排一些理論推導,強調概念的嚴密性和邏輯性,其他專業學生,應注重實際運用,特別是與統計相關軟件的應用,使得其能盡快處理實際問題.
3“辯誤”教學法
數理統計的大部分概念比較抽象,學生理解上容易產生困難,因而會出現一些常規錯誤.在教學過程中,可選擇一些典型的例子,通過實例分析,使學生正確理解數理統計中的概念,提高教學效果.如介紹檢驗的P值概念,教材的定義是“利用觀測值能夠做出拒絕原假設的最小顯著性水平”.就可以選擇書中具體例子,通過選擇不同顯著性水平ɑ,得出接受原假設還是拒絕原假設的結論.通過比較,加深學生對這一概念的理解.辯誤教學能給學生留下深刻印象,引導學生從正反兩方面分析比較問題,正確理解其概念,而不僅僅是對概念的死記硬背.
二、數學建模思想融入課堂教學
教師在講授概率論與數理統計課程時,面臨著非常重要的任務。如何讓學生通過學習增強對本課程的理解,并將知識合理地運用到實踐中,是擺在教師面前的問題。教師要將數學建模思想合理地融入到課堂。
(一)課堂教學側重實例
概率論與數理統計課程是運用性很強的一門課程。因此,將教學內容與實例想結合,可以有效提高學生的理解力,加深學生對知識點的印象。例如,在講授概率加法公式的時候,可以用“三個臭皮匠問題”作為為實例?!叭齻€臭皮匠賽過諸葛亮”是對多人有效合作的一種贊美,我們可以把這個問題引入到數學中來,從概率的計算方面驗證它的正確性。首先可以建立起數學模型,三個臭皮匠能否賽過諸葛亮,主要是看他們解決實際問題的能力是否有差距,歸結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個臭皮匠單獨解決某問題,其中i=1,2,3,每個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,學生既感受到了數學建模的樂趣,也在輕松的氛圍中學習到了概率知識。這種貼近實際生活的教學方式,不但可以提高學生學習概率的積極性,也可以增強教師從事素質教育的理念。
(二)開設數學實驗課
數學實驗一般要結合數學模型,以數學軟件為平臺,模擬實驗環境進行教學。發展到今天,計算機軟件已經很成熟,一般的統計計算都可以由計算機軟件來完成。SPSS、SAS、MABTE等軟件已經廣泛得到了運用,較大數據量的案例,如統計推斷、數據模擬技術等方面的問題,都可以用這些軟件來處理。通過數學實驗,不但可以體現數學建模的全過程,還能增強學生的應用意識,促使他們主動學習概率論與數理統計知識。學生通過軟件的學習與運用,增強了動手能力,解決實際問題的能力也會有所增強。
(三)使用新的教學方法
眾所周知,傳統的填鴨式的教學方法很難取得好的教學效果,已經不適應現代教學的要求。實踐證明,結合案例的教學方法可以由淺入深,從直觀到抽象,具有一定的啟發性。學生可以從中變被動為主動,加深對知識的理解。這種教學方法還能讓學生的眼光從課堂上轉移到日常生活,進行發散思維,學生會進一步發揮主觀能動性,思考如何將實際問題數學化,如何結合概率論與統計知識解決實際問題,等等。在這種情況下,學生的興趣提高了,教學效率自然也會得到提高。
(四)建立合理的學習方式
概率論與數理統計教學不能一味地照本宣科。數學建模并無固定模式,它需要的更多是技能的綜合。教師在實際教學過程中,不應該以課本為標準,而應該多引導學生自主解決實際問題,讓學生去查閱相關背景資料,以提高其自學能力。教師可以適當補充一些前言的數學知識,讓一些新觀念和新方法開闊學生的視野。在處理習題問題上,教師要適當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,要讓學生自己動手分析數據、建立模型。教師應該經常開展專題討論,引導學生勇于提出自己的見解,加強學生間的交流與互助。例如,在講授二項分布知識時,為了加深學生對知識的領悟,教師可以用“盥洗室問題”為實例來講授二項式的實際運用。問題:宿舍樓內的盥洗室處于用水高峰時,經常要排隊等待,學生對此意見很大。學校領導決定把它當作一道數學題來解答,希望學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個水龍頭,宿舍樓內有500個學生,用水高峰期為2小時(120分鐘),平均每個學生用水時間為12分鐘,等待時間一般不超過12分鐘,但經常等待會讓學生失去耐心。學生希望100次用水中等待的次數不超過10次。解決方法:設X為某時刻用水的學生人數,先找到X服從什么分布。500個學生中,每個學生的用水概率是0.1,現在X人用水,與獨立實驗序列類似,比較適合用二項分布,因此設X服從二項分布,n=500,p=0.1,用概率公式表示為P(X=K)=CKnPK(1-P)n-K。接下來計算概率,主要關注不需要等待的概率(即X<50),P(X<50)=∑49K=0CKnPK(1-P)n-K,這個二項式分布是一個初步的模型,可按二項分布來計算。由于n較大(n=500),直接用二項分布計算過于復雜,我們可以利用兩種簡化近似公式來計算(泊松分布和正態分布)。經過查正態分布表,我們可以算出x=58,這說明水龍頭的個數在59~62這個范圍時,學生等待的時間概率比較合理。
三、課后練習反饋數學建模思想
數學課程離不開課后練習,課后作業是其重要的組成部分,對于鞏固課堂知識、進一步理解所學理論具有重要作用。因此,教師要把握好課后練習環節。概率論與數理統計這門課涉及到很多隨機試驗,一般的統計規律都需要在隨機試驗中找到結果。例如通過投擲骰子或硬幣可以理解頻率與概率的關系,通過雙色球的抽樣可以理解隨機事件中的相互獨立性,統計一本書上的錯別字可以判斷其是否符合泊松分布等。通過親自做實驗,學生們不但能探求到隨機現象的規律性,還能進一步鞏固所學的統計理論。除了一般的練習題以外,教師可以適當增加一些與日常生活密切相關的概率統計題目,這些題目往往趣味性較強。例如,在知道彩票的抽獎方法和中獎規則后,可以明確三個問題:(1)摸彩票的次序與中獎概率是否相關?(2)假如彩票的總量是100萬張,則一、二等獎的中獎概率是多少?(3)一個人打算買彩票,在何種情況下中獎概率大一些?這種課后練習對于學生趣味的提高很有幫助。
四、考核方式折射數學建模思想
作為一門課程,肯定需要考核,這是教學過程中的一個必然環節。課程考核是評估教學質量的重要方式。概率論與數理統計課程傳統的考試一般采用期末閉卷考試,教師通常按固定的內容出題。這種情況下,學生為了應付考試,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際運用。學生的綜合成績雖然也包括平時成績,但期末閉卷考試往往占據很大比例。就是是平時成績,其主要還是考核學生課后的習題完成情況。因此,考核實際就成了習題考試。對于學生在課后的實驗,考核中往往很少涉及。這會導致學生逐漸脫離日常實際,更注重課堂考勤和作業。要改變這種情況,有必要改變傳統的考核方式。靈活多變的考核方式才更有利于調動學生的積極性,激發他們各方面的潛能??己丝梢赃m當增加平時成績所占的比重,比如,平時成績可以占總成績的30%以上。平時成績主要采用開放性考核,由課后實驗或課外實踐組成。教師可以提出一些實踐問題,讓學生自主去解決。學生可以單獨完成任務,也可以組隊進行,最后提交一份研究報告,教師在此基礎上進行評定。