◇武漢輕工大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機學(xué)院 張婷婷

本文以概率論與數(shù)理統(tǒng)計的實際應(yīng)用作為出發(fā)點，根據(jù)此課程的特點和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，進(jìn)行教學(xué)探討和改革，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力的目的。

1 引言

概率論與數(shù)理統(tǒng)計是研究和揭示隨機現(xiàn)象統(tǒng)計規(guī)律性的一門學(xué)科，它的應(yīng)用幾乎遍及所有的科學(xué)領(lǐng)域。由于它在自然科學(xué)，社會科學(xué)，管理，經(jīng)濟，金融等各個領(lǐng)域有著如此廣泛的應(yīng)用，因此它被作為高等院校各個專業(yè)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程之一。同時，它也是學(xué)生進(jìn)行相關(guān)后續(xù)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)[1]。

概率論起源于博弈問題“如果兩人賭博提前結(jié)束，該如何分配賭金”。帕斯卡與費馬通信討論了這一問題，于1654年共同建立了概率論的第一個基本概念—數(shù)學(xué)期望。后來，惠更斯，伯努利，高斯，泊松等對概率論理論的建立做出了奠基性的貢獻(xiàn)，特別是拉普拉斯實現(xiàn)了由組合技巧向分析方法的過渡，開辟了概率論發(fā)展的新時期。然而，以概率論為基礎(chǔ)，以統(tǒng)計推斷為內(nèi)容的現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)，直到二十世紀(jì)才逐漸成熟，英國數(shù)學(xué)家費希爾是將現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計作為一門獨立學(xué)科的奠基人。概率論與數(shù)理統(tǒng)計方法的掌握和理論的形成對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力占據(jù)著極其重要的位置[2]。

概率論是數(shù)學(xué)的一個分支，它研究的是隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律，不同于高等數(shù)學(xué)，線性代數(shù)等研究確定性現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支。由于其內(nèi)容體系龐大，且具有抽象性，邏輯性強，應(yīng)用性強等特點，學(xué)生普遍感到概念抽象，解決實際問題難以找到切入點，難以實現(xiàn)將理論運用到實踐。因此，我們應(yīng)根據(jù)此課程的特點和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，進(jìn)行教學(xué)探討和改革，從而培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力[3]。

2 注重數(shù)理統(tǒng)計部分的教學(xué)，加強數(shù)理統(tǒng)計的應(yīng)用

數(shù)理統(tǒng)計課程教學(xué)是以概率論的內(nèi)容為基礎(chǔ)，因此在教學(xué)過程中先進(jìn)行概率論的學(xué)習(xí)，其中很大一部分時間均用在概率論的教學(xué)上，對于數(shù)理統(tǒng)計部分只介紹了參數(shù)估計和假設(shè)檢驗部分，對其它內(nèi)容如方差分析，回歸分析，回歸模型等并未涉及。很多學(xué)生在獲得原始數(shù)據(jù)之后，由于缺乏足夠的統(tǒng)計知識，從而不會分析數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)信息。這導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生只會計算概率，而不會分析數(shù)據(jù)。

統(tǒng)計和現(xiàn)實生活密切相連，哪里有數(shù)據(jù)，哪里就有統(tǒng)計。我們應(yīng)該改變“重概率，輕統(tǒng)計”的思想，減少概率知識的理論和難度的教學(xué)，刪除復(fù)雜的古典概型概率的計算，復(fù)雜的概率分布函數(shù)的計算，著重掌握概率里各種離散型和連續(xù)型分布，從直觀和易于理解的角度學(xué)習(xí)概率論知識。數(shù)理統(tǒng)計以概率論為基礎(chǔ)，在介紹數(shù)理統(tǒng)計部分時，應(yīng)加強統(tǒng)計推斷，統(tǒng)計預(yù)測，和統(tǒng)計決策等知識的介紹，通過加強數(shù)理統(tǒng)計思想和原理的介紹，注重加強學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和處理的能力。

3 加強實踐教學(xué)，融入數(shù)學(xué)建模的思想

概率論與數(shù)理統(tǒng)計中蘊含著極其豐富的數(shù)學(xué)方法，其中模型化方法貫穿于教學(xué)全過程，如古典概型，伯努利概型，正態(tài)分布，方差分析，回歸分析等。在實際問題研究過程中，如果隨機因素對研究對象的影響必須考慮，我們就應(yīng)建立隨機性的概率模型，再利用概率統(tǒng)計里的數(shù)學(xué)方法解決問題。如傳送系統(tǒng)的效率，報童賣報訣竅，隨機存貯策略，軋鋼中的浪費，隨機人口模型等這類問題都是常見的概率模型的例子。因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)增加數(shù)學(xué)模型的滲入，掌握利用概率統(tǒng)計建模的全過程。即“實際問題—模型建立—軟件求解—模型分析—模型解釋—模型檢驗—模型應(yīng)用”。為了更好的將數(shù)學(xué)模型融入到概率統(tǒng)計這門課程中，我們可以采取案列分析的方法。將實際問題數(shù)學(xué)化，在解決問題過程中，掌握相應(yīng)的理論和方法，這樣不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還可以鍛煉他們將理論知識應(yīng)用到實踐的能力。另外，我們還要合理的采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來輔助教學(xué)。比如，在統(tǒng)計模型中，采用SPSS，SAS等統(tǒng)計軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計結(jié)果分析及進(jìn)行統(tǒng)計推斷，數(shù)據(jù)擬合，數(shù)據(jù)模擬等方面的實驗。通過實際案例分析能夠加強他們將理論運用到實踐的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

4 注重概率統(tǒng)計在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用

人工智能在上個世紀(jì)早已提出，礙于計算機硬件性能而遲遲不得發(fā)展。隨著計算機性能的改進(jìn)，計算機能夠認(rèn)識圖片中的事物、能夠聽懂人類的指令、能夠自主聊天等。借助于計算機相關(guān)理論與計算能力，讓計算機能夠利用數(shù)字來認(rèn)識和分析世界，并作出自己的判斷與決策。人工智能給我們帶來的便利已經(jīng)融入了我們生活的方方面面，主要包括機器學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)，大數(shù)據(jù)分析及語音識別等。人工智能算法可以說是很多數(shù)學(xué)理論的計算機學(xué)科應(yīng)用。其主流算法“深度學(xué)習(xí)”，可以說是概率論與數(shù)理統(tǒng)計、微積分、線性代數(shù)融合的產(chǎn)物。在人工智能相關(guān)的算法領(lǐng)域中，概率統(tǒng)計里的方法能夠使算法準(zhǔn)確度和置信度得到很大的提高，在數(shù)據(jù)分析過程中，能夠?qū)τ嬎氵^程和結(jié)果進(jìn)行很大程度的優(yōu)化。概率為人工智能提供隨機性，為預(yù)測提供基礎(chǔ)；而統(tǒng)計則對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，讓結(jié)果更好的滿足我們的要求，更具有普適性和一般性，以便于我們進(jìn)行應(yīng)用。

5 運用現(xiàn)代教學(xué)手段，教學(xué)手段多樣化

概率統(tǒng)計屬于應(yīng)用性強的數(shù)學(xué)課程，可以采用板書和多媒體相結(jié)合的方式。在概率統(tǒng)計的教學(xué)活動過程中，實際題目信息和文字較多，非常有必要借助于現(xiàn)代媒體技術(shù)及統(tǒng)計軟件，制作內(nèi)容、聲音、圖形、圖像相結(jié)合的課件進(jìn)行教學(xué)，利用SPSS等統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計推斷，加深學(xué)生對概念、定理的理解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。對于大數(shù)定律和中心極限定理等理論性強及推導(dǎo)枯燥乏味的內(nèi)容，可以采用計算機的圖形技術(shù)和模擬仿真技術(shù)，加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的重點和難點的理解。

6 線上教學(xué)和線下教學(xué)相輔相成

2020年突如其來的一場疫情，“停課不停教”讓我們?nèi)骈_展了線上教學(xué)。在疫情期間，利用網(wǎng)絡(luò)平臺開展概率統(tǒng)計的日常線上教學(xué)工作，疫情結(jié)束后實現(xiàn)線上教學(xué)和線下教學(xué)的相互融合來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力是非常有意義的。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，我們注重概念及理論的掌握和理解，線上教學(xué)過程中，我們可以通過設(shè)置一些實際問題，提供一些深入及前沿的資料，利用線下掌握的理論進(jìn)行分析并采用一些軟件來解決實際問題。這樣大大提高了學(xué)生將理論運用到實際的能力，從才真正實現(xiàn)學(xué)以致用。

7 結(jié)束語

在教學(xué)活動中，只有增強學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，才會使課堂教學(xué)更生動，學(xué)生才能更好地將所學(xué)知識加以應(yīng)用，才能提高他們解決實際問題的能力。