时间:2022-09-11 01:43:51
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇数学概率统计论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
在高校概率统计教材中,从数学文化的角度对概率统计教学进行诠释已经得到数学教育界的普遍重视,教材在数学文化价值教育方面起到至关重要的作用。高校概率统计教材在数学文化教育方面也做了大量的工作,我们以盛骤等人主编的《概率论与数理统计》(第四版)、缪全生主编的《概率与统计》(第三版)和同济大学应用数学系主编的《工程数学—概率统计简明教程》三本教材(后文中分别以教材一、教材二、教材三称之)作为例子,它们在数学文化渗透方面的特点体现在:
(1)教材设计更注重生活和技术应用领域背景的渗透
在内容编排方面,每个知识点都能注意以生活实际或当前的技术应用问题作为背景予以介绍,强调知识的直观性和应用背景,强调实际问题的解决,使得学生有比较直观的认识,能提高学生的学习兴趣和学习热情。如在介绍条件概率的定义时,教材几乎都能从掷硬币、掷骰子等简单的生活实际出发,从特殊到普遍地引出条件概率的定义。内容背景涉及较多的是产品质量分析模型(如质量、寿命、含量、误差等方面),教材一和教材三比教材二涉及应用背景的面更加广泛、量更大。在例题和习题设计方面,教材注重以解决有经济、社会、工程技术等方面实际背景的问题为主,旨在提高学生的实际应用能力。在所统计的三本教材中,具有应用背景的例题占总的例题数超过了50%,习题中有应用背景的题目在50%左右,特别是以自然科学为应用背景的题目占了绝大多数
(2)紧密结合信息技术的发展,提高统计计算能力的培养
加强数理统计的内容,注重统计方法在实际工作中的应用。如增加了假设检验问题中的P值检验法和一些统计图的应用,还介绍了bootstrap方法在数据处理方面的应用。增加Excel软件和“宏”数据分析工具的使用。信息技术的发展给概率统计的研究赋予更强大的工具,没有现代的专业统计分析软件作为研究工具,概率统计问题的研究是不可想像的,在概率统计教材中适当引入统计软件的运用是必要的。虽然现在统计分析软件的功能很强大,但需要经过专业的学习才能掌握,为适应概率统计的入门使用,盛骤等人主编的《概率论与数理统计》(第四版)中就增加了Ex-cel软件和“宏”数据分析工具在概率统计中的应用,特别是在数理统计方面的运用,这对没有经过专业统计软件学习的学生和使用者有很大的帮助。
2.高校概率统计教材数学文化元素渗透中存在的问题
(1)教材中数学史的呈现太少
呈现方式不明朗数学史的学习,能使学生了解数学在推动社会发展方面和社会发展之间的相互作用,能使学生了解数学科学的思想体系、数学的美学价值和数学家的创新精神等因素。教材中的定义、定理、法则和公式都是数学家们经过上百年甚至上千年的历史锤炼后的完美逻辑体系,这种完美的形式忽略了曲折复杂的数学发现过程,但正是这种过程隐含着丰富的数学文化元素。如对概率定义的引入,三本概率统计教材几乎都是这样表达“历史上有人做过……其结果如表……”,然后在表格中列出历史上的几个有关频率的试验,甚至有些教材只是用简短的语言一带而过,然后给出概率的统计定义,紧接着就给出概率的其他定义。这样的表达,学生缺乏对概率定义公理化过程的认识,也失去了一次培养学生提高学习概率统计兴趣与热情的机会。更重要的是,概率定义的形成本身就是数学抽象化过程的典型例子,在这个过程中,学生可以体会到数学的抽象特性和方法。遗憾的是,目前高校概率统计教材中出现数学史的地方实在太少了。据统计,教材一、教材二和教材三中出现数学史的地方仅有频率的定义中提到的德摩根、蒲丰和皮尔逊等人抛硬币试验的介绍或一些试验数据;教材二在引言中则对概率论的发展历史作了一个简介。三本教材中对数理统计的历史介绍等于0,其实概率统计教材中能出现数学史的地方比比皆是,教材可以充分利用这些素材进行呈现。
(2)应用背景相对薄弱
概率统计是一门实践性强、应用性广的学科,当前高校教材都注重生活和技术应用领域背景的渗透,社会科学的应用背景相对薄弱。这样的知识呈现方式,对提高学生的学习兴趣和应用意识都有很大的帮助。但数学文化背景的方式是多样,如重要数学名人物传、数学发展事件记、重要数学成果和概率统计在社会科学方面的应用等内容,这是体现数学文化价值的一种有效方式,也是学生从中获取数学思想方法、体会数学精神和体验数学美的重要途径,遗憾的是当前高校概率统计教材在这方面还比较缺乏。
(3)多元文化缺失
概率统计已经成为现代社会、经济、管理等学科的重要工具,高校概率统计教材在体现这些领域的应用方面有较大的篇幅,但与学生相关生活文化背景的联接方面显得不够,这容易导致学生认为很多概率统计的知识与他们生活或工作相隔遥远甚至没有关联,严重影响了学生学习概率统计的兴趣和态度。
二、概率统计教材设计
中凸显数学文化的思考现行的概率统计教材的知识系统逻辑体系已经经过多年的验证,证明是可行的。数学文化视野下的教材设计目的是,如何在现行教材的知识体系中体现数学文化的元素,数学文化很大一部分是内隐的,这就要求我们不能单纯把数学文化内隐的知识部分相关内容简单地累加到教材里面去,而应该有机地结合在概率统计外显的知识内容中去。下面谈几点构想。
1.关注数学史在教材中的作用
概率统计教材的内容安排要适当兼顾知识发现的历史,使学生能够领略到数学内容发现的过程,体会到数学知识发现过程所蕴含的数学思想、数学方法和数学精神,有利于学生数学知识体系的建构和优秀品质的形成。如在介绍“概率”的定义时,教材的编排最好能介绍概率定义形成的三个历史阶段:概率的统计定义、古典定义和公理化定义。使学生在学习概率的定义时能了解概率定义形成的历史,了解贝朗特悖论的意义,得到数学螺旋上升抽象过程的感悟,掌握数学思维的方法,从而学会批判、质疑、独立和严谨的思维品质。在学习DeMoivre-Laplace定理时可以介绍DeMoivre等人在二项分布正态逼近的研究工作,这项研究是数理统计学的基础,也是概率统计思想的重要体现,重温这段历史可以启迪学生的思维、激发学生的兴趣。回归与相关分析的发现对数理统计学发展的影响是极其重大的,这个统计模型的应用,使统计学由统计描述时期进入了统计推断的时期,它促使一个严谨的统计学框架的形成,学习该知识点内容时,很有必要向学生介绍回归与相关分析的产生历程。其实,概率统计中还有很多地方可以进行数学史介绍的,学生在了解这些知识产生的过程中将会得到浓厚的数学思维熏陶。
2.强调知识与文化的有机融合
概率统计的数学文化部分呈现要以导引的形式出现,而不能把相关内容简单地累加到教材中去,从而保护学生自我探索热情,使数学文化真正植根于学生的知识建构中去。如在“概率的基本概念”部分,有必要介绍概率定义形成的三个历史阶段,但在具体的教材呈现中,没有必要把这些历史材料详细地罗列到教材中去,如果只是简单地把数学史料添加到教材里面去,只能增加教材的容量,导致教材臃肿,变成数学史的堆积而已。而应该是在循序渐进介绍概率定义的同时,适当采用简洁和引导性的语言,营造一种宽松的数学学习环境,引导学生学会自己查找相关学习资源,让学生既能感受到概率定义的发展历史,也能掌握如何通过查找资料来进一步验证和了解这种发展的详细情况的能力。又如,在“假设检验”这一章,可以介绍历史上威尔登检验骰子是否均匀的试验,但没必要陈述这个试验的详细过程,可以以问题的形式把威尔登与皮尔逊对试验结果的争论呈现出来,使学生既能了解假设检验产生的这段历史,也可以重温探索科学的过程。
数学建模主要是借助调查、数据收集、假设提出,简化抽象等一系列流程构建的反映实际问题数量关系的学科,将数学建模思想融入到概率统计教学中,不仅能够帮助学生更好地理解与掌握理论知识,同时对于提高学生运用数学思想解决实际问题的能力大有裨益。可以说,概率统计教学与数学建模思想的融入具有重要的理论以及现实意义。
1.教学内容实例的侧重
在大学数学教育体系中最为重要的一个目标就是培养学生建模、解模的能力,但是在传统概率统计教学中,教师大多注重学生的计算能力训练以及数学公式推导,而常常忽视利用已学知识进行实际问题的解决,使得大多数学生的应用能力无法得到提高。所以,为了能够在教学中提高学生应用概率与统计的实际能力,教师应在教学内容设计中吸收与融入与实际问题息息相关的题目,使学生在课堂中不仅能够轻松学习概率知识,增加学习主动性,同时能够尝试到数学建模的乐趣,提高自身数学素养。例如,在古典型概率问题的教学中,为了加深学生对于该部分知识的理解,教师可以引入彩票概率的实际问题,通过引导学生分析各等奖的中奖概率,使学生获得极高的建模、解模能力。
2.在教学方法中融入数学建模思想
在概率统计教学中,教师还需要在教学方法中融入数学建模思想。首先,采取启发式教学方法。在课堂教学中,教师应引导学生利用已学知识开展认识活动,在问题发现、分析、解决的一系列锻炼中获得概率统计知识的自觉领悟。其次,采取讲授与讨论相结合的教学方法。在课堂中,讲授是最为基本的教学方式,不过单一的讲授很可能导致课堂的枯燥,所以课堂中还需要适当穿插一些讨论,使学生在活跃的氛围中激活思维,延伸知识面。再次,采取案例分析的教学方法。案例分析是在概率统计教学中融入数学建模思想的一种有效方法。在教学中应用的案例应进行精选,其不仅需要具有典型性,同时还需要具备一定的新颖性以及针对性,通过缩短实际应用与数学方法间的距离,使学生学习数学的兴趣被大大激发。最后,采取现代教育技术的教学方法。在概率统计的问题中常常需要较大的数据处理运算量,所以为了简化问题,使学生掌握一定的统计软件具有重要意义。通过结合具体的概率统计案例,在学生面前演示统计软件中的基本功能,为提高学生掌握统计方法以及实际操作能力奠定坚实基础。知识的获取并不是单纯的认识过程,其更应偏向于创造,在不断强调知识发现的过程中帮助学生认识科学本质、掌握学习方法。
3.在概率统计教学中融入数学建模思想的案例分析
2教学的生活性
课堂教学的生活化,即通过生活中具体的实例讨论概率的应用,建立形象问题和抽象思维之间的联系。概率论与数理统计是一门实用性很强的科学,在具体实际情况和数学概念、定理、公式之间建立正确的联系,成为现在学生面临的主要难题。教师在教学过程中可以分析一些具体的实例,使学生了解怎样应用数学知识解决实际问题。比如分析问题“根据以往的临床记录,某种诊断癌症的试验具有如下的效果:若被诊断者患有癌症,则试验反应为阳性的试验反应为阳性的概率为0.95,若被诊断者没有患有癌症,则试验反应为阴性的概率为0.95,且被试验的人患有癌症的概率为0.005,问如果被试验者反应为阳性,他患有癌症的概率为多大?”这是一个题目很长的实际问题,学生一般无从下手,解决问题的关键在于了解题目中涉及几个条件和几个随机事件,只要准确描述随机事件就可以把实际问题转化为概率问题。实际问题的多次训练有助于培养学生用数学语言描述实际问题的能力。
3教学的启发性
教学的启发性即给学生思考的时间,等学生无法想明白的时候再去开导。具体来说就是老师对上课提出的问题给出学生思考的时间,在学生主动思考之后,帮助学生开启思路。“填鸭式”,“满堂灌”的教学方法最容易使学生失去学习兴趣。孔子曰“不愤不启,不悱不发”,说的就是要启发学生思维,引导学生思路。比如,讲授全概率公式之前引入实例:有一批同一型号的产品,已知其中由一厂生产的占30%,二厂生产的占50%,三厂生产的占20%,又知这三个厂的产品次品率分别为2%,1%,1%,问从这批产品中任取一件是次品的概率是多少?撇开概率知识不谈,把这个问题纯粹看成一个数学问题,也可以用中学知识解决,给学生几分钟思考的时间并适当引导学生使用数形结合的方法讨论,我们把产品在三个工厂的生产及次品情况转化为产品分布图,学生就很容易地知道从这批产品中任取一件次品的概率就是黑色椭圆区域在整个矩形内所占的比例,经过分析就可以得到全概率公式。该方法不仅能够加深学生对该问题的印象,还有助于学生对复杂全概率公式的理解。
二、开放学生思维,明确教学目的
在数学教学过程中,学生是是教学的主体,每个人都有自己的思维能力,所以教师必须明确教学目的,使学生的思维得到尽可能的开放,促进学生探索创新能力的不断提高。因此,教师在选择案例时,要综合评估学生的学习能力,对概率的概念、公式进行仔细讲解,将统计知识点贯穿到整个课堂教学,使案例突出教学重点,达到知识点融汇教学的教学目的。开放课堂教学,不仅可以使学生掌熟练握更多的概率论与数理统计知识点,更能拉近学生与作者、学生与自己的师生距离,使师生之间的感情更加融洽,从而大大提高教学质量的目的。
三、有效组织教学,提高综合能力
在数学学习是整个过程中,打好基础是非重要的,因此,在概率论与数理统计的教学中运用案例教学,教师要有效组织教学,促进学生综合能力的提高。针对概率论与数理统计的难点和易点,循序渐进的提升难度,让学生熟练掌握每个知识点,培养学生敏捷的数学思维能力,不断开阔学生的视野,使学生的概率论与数理统计分析能力变得更强,从而达到提高教学质量的目的。例如:针对篮球投篮问题,根据球队人数的变化来计算投篮的概率,从最简单的计算开始,随着人数的变化,计算复杂程度也变得越来越高。这就是一个概率论与数理统计知识点逐渐加深的案例,通过这个案例教学,学生的思维能力可以不断增强,综合能力也会得到不断提高。
四、课后教学总结,不断改革创新
概率论与数理统计的教学中,案例教学方法应用的课后总结,是教师对课堂教学不足的完善,可以有效保证案例教学的教学质量,不断创新教学方法和模式,同时促进教师自我的不断提升。课后总结,分为学生的总结和教师的总结,学生通过总结,可以对案例教学进行仔细的分析,培养学生处理问题和解决问题的思路,提升学生实践动手能力;教师总结时,对重点知识进行再度印象加深,促进学生不断探索和创新,从而促进教师教学的不断创新。
纵观新课标人教版初中数学统计与概率章节,笔者始终感觉用键盘问题做数学模拟实验的教学载体,学生探究热情低调,究其原因主要是缺乏农村学生数学生活化的体验。通过几年尝试教学与改进,我们发现初中数学模拟实验求概率的设计与应用可从以下角度思考和探索。
一、初中数学模拟实验设计原则。
1、生活性。试验内容要贴近学生生活,有利于学生经验思考与探索,内容的组织要处理好过程与结果的关系,直观与抽象的关系,生活化、情景化与知识化的关系.课程内容的呈现应注意层次化和多样化,以满足学生的不同学习需要.[1]
2、广泛性。避免以点代面,全盘考虑初中数学论文初中数学论文,分点试验。让抽样结果尽可能反映是按研究对象的共性特征。
3、随意性。每次实验方案的实施不提前预设,围绕方案任意活动,并直接获得需要的数据。
4、活动性。有效的数学教学活动是教师教与学生学的统一,学生是数学活动的主体,教师是数学活动的组织者与引导者,通过活动“致力于改变学生学习方式,使学生乐意并有更多精力投入到现实的、探索性的数学活动中去”,才能还学习真正动机――因活动而快乐,因快乐而学习.[2]
二、初中数学模拟实验的适用条件。
由于随机事件的结果具有不可预测性,往往解决相关实际问题难以从根本上把握。分清初中数学模拟实验的适用条件,是进行有效设计和准确应用的关键毕业论文格式范文期刊网。
通过对模拟实验相关事件的综合分析,以及与列举法求概率相关事件的对比,我们不难发现模拟实验求事件的概率适用条件包括每次实验的所有可能结果不是有限个或每次实验的各种结果发生的可能性不相等。[3]
三、初中数学模拟实验的设计程序[4]与过程
1、确定设计方案(如投飞镖、做记号、数数量、抛硬币、掷骰子、转转盘、等)。
2、拟定统计栏目(总数、频数、频率)。
3、统计相关数据, 计算频率与数据规律分析。
在做大量重复试验时,可事先根据概率要达到的精确度确定数据表中频率保留的数位。计算频率一般保留两位或三位小数。
4、估计事件概率,获得最有价值的数据(用频率估计概率)。
通常用频率估计出来的概率要比数据表中的频率保留的数位要少,一般要求的概率精度达到一位小数就可以了。
四、初中数学模拟实验的应用拓展(举例)
例1求不规则物体的面积。(投飞镖)
设计方案:小明在操场上做游戏,他发现地上有一个不规则的封闭图形ABC,为了知道它的面积,小明在封闭图形内画出了一个半径为1米的圆,在不远处向圈内掷飞标初中数学论文初中数学论文,[5]且记录如下:
统计图表:
投飞镖总次数
50
100
150
200
300
投中物体次数
投中物体频率
纵观新课标人教版初中数学统计与概率章节,笔者始终感觉用键盘问题做数学模拟实验的教学载体,学生探究热情低调,究其原因主要是缺乏农村学生数学生活化的体验。通过几年尝试教学与改进,我们发现初中数学模拟实验求概率的设计与应用可从以下角度思考和探索。
一、初中数学模拟实验设计原则。
1、生活性。试验内容要贴近学生生活,有利于学生经验思考与探索,内容的组织要处理好过程与结果的关系,直观与抽象的关系,生活化、情景化与知识化的关系.课程内容的呈现应注意层次化和多样化,以满足学生的不同学习需要.[1]
2、广泛性。避免以点代面,全盘考虑初中数学论文初中数学论文,分点试验。让抽样结果尽可能反映是按研究对象的共性特征。
3、随意性。每次实验方案的实施不提前预设,围绕方案任意活动,并直接获得需要的数据。
4、活动性。有效的数学教学活动是教师教与学生学的统一,学生是数学活动的主体,教师是数学活动的组织者与引导者,通过活动“致力于改变学生学习方式,使学生乐意并有更多精力投入到现实的、探索性的数学活动中去”,才能还学习真正动机――因活动而快乐,因快乐而学习.[2]
二、初中数学模拟实验的适用条件。
由于随机事件的结果具有不可预测性,往往解决相关实际问题难以从根本上把握。分清初中数学模拟实验的适用条件,是进行有效设计和准确应用的关键毕业论文格式范文期刊网。
通过对模拟实验相关事件的综合分析,以及与列举法求概率相关事件的对比,我们不难发现模拟实验求事件的概率适用条件包括每次实验的所有可能结果不是有限个或每次实验的各种结果发生的可能性不相等。[3]
三、初中数学模拟实验的设计程序[4]与过程
1、确定设计方案(如投飞镖、做记号、数数量、抛硬币、掷骰子、转转盘、等)。
2、拟定统计栏目(总数、频数、频率)。
3、统计相关数据, 计算频率与数据规律分析。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)31-0083-02
一、传统概率统计教学中的问题
(一)重概率轻统计
我国概率统计教学中普遍存在“重概率轻统计”的问题,具体表现为:(1)大多数工科院校概率统计课程只能讲授到参数估计中的点估计部分。因为学时较少,统计推断中重要的区间估计和假设检验只能作为自学内容。(2)大部分教师对于概率部分内容非常熟练,但是统计部分内容较为生疏。
造成这种现象的原因主要有以下几点:(1)公共基础课概率统计学时一般较少,例如安徽理工大学概率统计课一般为48学时;(2)统计推断部分内容,实用性很强,计算量也比较大,动辄数百个数据。因此,如果不借助软件仅靠人工计算确实难度很大。(3)考研概率部分的试题一般不考统计部分内容。
(二)重理论轻应用
概率统计特别是统计推断部分的内容有着很强的应用背景,例如:近些年的全国大学生数学建模大赛的赛题,几乎都涉及到统计学的内容。对已给数据进行初步的检验、分析比较、分类筛选、总结回归等,这些都是评阅要点中明确指出的重要得分点。由于教学中没有涉及统计推断部分的内容,造成很多参赛学生只能临场边学边做,十分被动。
由于长期轻视统计应用的教学,造成很多数学专业的学生在毕业设计时选题范围十分狭小,很难写出高水平的毕业论文。
(三)重解题技巧,轻视对学生动手能力的培养
长期以来概率统计相关习题主要以手工计算为主,因此过分强调解题技巧。例如,古典概型的题型中需要很多排列组合的技巧、计算一些连续型变量的函数型分布和函数型数字特征时需要用到很多积分技巧等。但是很多实际的问题,例如以统计推断为背景的题型,往往更加强调学生的动手能力。包括对大数据的处理能力(分析数据、标准化数据等),以及借助常用软件计算一些常用统计量的值等。由于平时疏于这方面的教学,很多学生遇到一些简单的实际问题往往束手无策。
二、多种数学软件辅助教学的优点
引入多种数学软件辅助教学的优点主要体现在以下方面。
1.概率统计总课时有限,不可能系统地学习某一特定的统计软件。针对不同问题的特点,选择最为有效、最简单的数学软件来解决。这样可以节约大量的时间,增加效率。本文在第四部分会结合实例进一步说明。
2.通过多种软件的使用,可以最大程度地扩展学生的知识面,使学生学到在传统课堂教学中无法获取的实用知识。
三、多种数学软件辅助教学的具体措施
具体如何来改善传统概率统计教学,提高教学效率和学生的实际动手能力?各学校可以根据具体实际情况结和自身条件因地适宜地选择不同的措施。下面给出一些建设性的意见。
1.开设概率统计教学实验课。概率统计总课时并不多,课堂时间在专门介绍应用以及各种软件的使用确实时间不够。因此,可以在原有的课时基础上专门增加3~4次实验课,结合各种软件讨论和解决概率统计别是统计部分内容。
2.录制教学视频或者直接收集相关资料。因为各学校的课时都比较紧张,如果无法开设单独的实验课可以录制视频,或者直接给学生提供相关的资料。最好能够建立相关的监察机制,这样可以更好地引导和督促学生自主学习。
3.开展相关的毕业设计和毕业论文。在高年级学生中的毕业设计和毕业论文选题中有针对性地加入一些统计类型的课题。
4.利用数学建模平台建立跨学科交流平台。每年一次的全国大学生数学建模比赛给各学科提供了一个重要合作契机。统计学在数学建模中有着举足轻重的作用,几乎每年都会有与数据处理、数据检验和分析等相关的题目。可以把历年来有关概率统计内容的题目在学生中进行推广,也能提高学生的概率统计实际应用能力。
五、结束语
通过本文第四部分可以看出,很多概率统计的问题如果借助数学软件来解决可以省去很多烦琐的计算过程,有利于解决更加复杂的实际问题。如果能够在平时教学中加入适当的数学实验课,学习相关软件的使用,不仅可以提高学生的学习兴趣而且还可以一举解决传统教学中的诸多问题。
参考文献:
[1]唐国强.Excel在概率计算中的应用[J].安阳大学学报,2003,3(1):55-57.
[2]李晓毅,徐兆棣.概率统计教学与数学建模思想的融入[J].沈阳师范大学学报,2008,26(2):245-247.
[3]韦程东,唐君兰,陈志强.在概率论与数理统计教学中融入数学建模思想的探索与实践[J].高教论坛,2008,(2):98-100.
目前,数学类专业(数学与应用数学、信息与计算科学)的许多学生反映数学课程太抽象,并误认为数学课程没有应用价值,由此导致学习兴趣缺失。而且,数学类专业的培养方案中实践环节少,导致学生的动手能力差。如何激发学生的数学学习兴趣,提高创新能力和实践能力?我们认真分析归纳,寻找解决办法。经过调研、讨论和数年研究,我们认为:特别要提高课堂教学质量(Quality),抓好第一课堂,联合学工,创建若干数学社团(community),搞活第二课堂,营造良好学风,夯实学生的数学基础,然后搭建若干平台,采取系列措施,通过有导师指导的大学生创新(Innovation)训练项目,提高学生的创新能力,开拓实习基地,开展实训实习活动,提高学生的数学实践(Practice)动手能力,在此基A上,进行延伸与拓展,完成有特色的毕业论文(The.sis)(设计)。以上模式我们简称为QCIPT教学模式。
一、数学类专业QCIPT模式中课堂质量(Quality)的提升
如何提高课堂质量是课程教学的核心问题。目前我们努力在不更改现有培养方案的基础上,分析课程设置、教师的授课现状和现有培养模式,提高课堂教学质量,提高学生对知识的融会贯通。“第一课堂”建设的着力点是教师。对此,我们的思路分为两块:一是教师技能,提高教师的教学技能,特别是青年教师的教学基本功,增加课堂吸引力;二是教师思路,加大课程建设力度,注重课程群建设,注重教师之间的交流。
(一)提升教师的教学技能
通过参与教学活动、学习和交流等多种途径,提升教师特别是青年教师的教学技能。定期举办教学基本功比赛,同时要求教师参加各类教学比赛,比如微课程比赛,教案设计大赛。通过比赛,规范备课流程、教案的书写、课堂教姿教态、课堂组织等一系列教学环节。
鼓励教师每年参与相关课程的教学研讨会,观看相关课程的视频公开课,鼓励青年教师参加教育部教师发展中心举办的网络培训,并撰写心得体会。
组织教师聆听名师讲座。名师们的教育理念体现先进的教育教学思想,他们对每一节课的设计都有独到之处,不步人后尘,不因循守旧,不照搬别人的教案,不复制别人的思路,努力把课讲出新意,在某些方面有所突破,能引起同行们产生学习仿效的欲望。还要求教师相互观摩教学,取长补短,应用到自己的教学过程中去。同时定期开展数学系内部的教学研讨活动,特别是同一类型课程的老师(比如:分析类课程,上机实践类课程等)相互交流教学进度、学生作业情况、课堂纪律、学风等教学具体事务。
(二)加大课程建设力度,构建课程群
以课程建设为契机,提高该门课程的课堂教学质量。我们要特别关注若干在培养方案中的起着衔接作用的课程,构建课程群,实施联合建设。比如:我们注意到“数学与应用数学”专业以及“信息与计算科学”专业中“概率论与数理统计”是一门理论与应用并重的学科。一方面,它需要扎实的数学理论,比如“数学分析”和“实变函数”的理论知识;同时,“概率论与数理统计”的应用性强,其中许多统计思想被用作数学建模的工具,用来分析问题和解决问题。于是,“数学分析”“实变函数”“概率论与数理统计”和“数学建模”这4门课程可以构建成一个小的课程群,实施联合建设,相互促进。这种课程群,不是若干门课程的简单相加,也不是某门课程的系列课,而是按照课程之间的理论联系和理论应用联系而组建起来的若干门课程。以此“小课程群”为平台,将数学类专业的部分课程拧成整体,搭建学生对这部分课程的知识网络,使其做到融会贯通,教师对此课程群的课程实施联合课程建设,同时以此为经验辐射到数学类专业的其他课程。
我们开展课程联合建设的具体思路如下:
1.建设形式
在联合建设的组织形式上,除课程群负责人外,课程群中的各门课程均设置有负责老师,同时作为成员参加课程群中其余课程的课程建设。
2.建设内容
在建设内容上,特别注重各门课程知识结构的联系,将知识的相互关联性和相互融合性体现在具体的教学活动中:制定教学大纲、教学日历和考试出题规范,制作教学课件和教案,编写教学辅导书等教学活动。具体来说:
(1)课程群中各门课程都要有详尽的纸质版教案,并且根据教学情况依据相应学科的最新发展及时更新完善。教案的撰写要注重两个联系:一是本课程内部诸多知识点之间的相互联系;二是本课程中的知识点和关联课程中知识点的联系,比如分析中确定性结论和随机性现象中统计规律性之间的联系。
(2)多媒体课件的制作。使用多媒体,就要充分发挥其优势:特别注重知识点的直观背景和动画的直观展示,同时,利用多媒体信息量丰富的特点,要及时穿较课程群中相关课程的知识点。
3.课程群中知识点的融合方式多样化
(1)“引人”式:由已学关联课程的“旧知识”引入新学课程的“新知识”。
(2)“对比”式:将关联课程的知识点和现学课程的相关知识点进行对比,用以巩固旧知识,学习新知识。比如,讲述概率论中随机变量列的“以概率收敛”和“以分布收敛”,可以综合比较数学分析中“数列的收敛性”,实变函数论中的“以测度收敛”和“几乎处处收敛”等。
(3)“启发”式:通过现有课程的知识点,启发诱导学生去思考,提前感受并使用另一关联课程的思想方法:比如,学习完概率论中的“中心极限定理”之后,用多媒体技术向学生演示“高尔顿板的小球试验”,然后启发学生使用概率论工具和数学建模的思想,通过严密的理论推导来解释这一随机现象。
二、打造数学类社团(C0mmunity),搞活第二课堂,营造良好学风
提高课堂教学质量,搞好第一课堂是提高学生培养质量的重要因素,然而,如何让学生实现由“要我学”到“我要学”这种能动性的转变?我们认为,按照循序渐进的思路,开辟第二课堂,营造良好学风会起到很重要的作用。具体的思路如下:
(一)组建课程兴趣小组,提高学生的课程学习水平
我们注意到当代不少学生思维活跃、热衷课外活动。于是依据学生兴趣爱好由学生自愿报名,然后授课教师考核评定,组建相关课程的兴趣小组(通常由该门课程学习优异的同学组成),其中组长一名,负责平时的互助提高活动。
一方面,课程兴趣小组在老师指导下定期讨论教师布置的思考题或者补充教材,这些内容是课本中理论内容的拓展升级,或者是利用课堂上的理论知识去动手解决一个实际问题,这类实际问题通常具有趣味性和可操作性。比如,在概率统计课程的教学中,让课程兴趣小组的同学在老师指导下讨论概率论起源中的“分赌本”问题,课堂上讲完“中心极限定理”的内容之后,要求兴趣小组解释“Galton板试验”中的小球的下落未知问题,并编程重新实现。课程兴趣小组开展的这些活动,使成员对课本知识得到巩固和提高,同时带有生活背景和趣味性的问题分析可以提高学生的学习兴趣,利用课程兴趣小组成员的辐射作用和所营造的氛围,带动全班同学对该门课程的学习兴趣和主观能动性的提高。
另一方面,课程兴趣小组协助教师答疑辅导该门课程的后M生,减少不及格率,帮助更多的同学顺利通过该门课程的考试。
(二)组建数学类的学生社团,营造良好学风
在课程兴趣小组的基础上,课程建设负责人特别是课程群建设负责人和学工处的老师一起组建、完善数学类的学生社团。比如:组建大学生数学协会,大学生数学建模协会,大学生统计协会,大学生科学计算协会等。每个社团都有指导老师,主体是学生,面向全校学生开放,通过学生主动申请入会。协会的组织机构由学生构成,定期开展活动:如协会招新,老会员对新会员的经验交流会,数学类课题探讨,数学知识竞赛,数学建模竞赛,统计建模竞赛和编程设计大赛等,开展丰富多彩的趣味数学知识竞赛,并对往届竞赛的优秀作品进行讲解等。
在开展活动的过程中,院系会根据数学类社团的需要提供相应的硬件和软件方面的帮助与指导。开展活动中,学生申请后,数学类专业在课余时间会面向数学类协会会员开放数学实验室,让学生动手使用数学软件,对实现问题进行数值分析和模拟,培养学生的动手能力。比如,让学生对收集的数据做统计分析,自己编程实现数学动画等。同时,指导老师也会定期和学生碰面,讨论问题,给予指导。比如,对定期开展的数学竞赛,数学建模竞赛(全国的、北美的)、全国统计建模竞赛等,指导老师会在赛前给予学生一些必要的竞赛辅导,每年暑期,指导老师会对参赛学生集中培训。数学系教师和数学类社团负责人定期举办校级数学类竞赛(由指导老师出题,阅卷,讲评,选拔),比如学校的数学知识竞赛、数学建模竞赛。
这样利用社团,在教师指导下,成员间开展互相帮助,通过“传、带、帮”形成良性互动,通过各种数学类竞赛,提高学生的动手实践能力和分析解决问题的能力。“第二课堂”的开辟,不仅巩固了学生学习的课本知识,增加了学生学习的主观能动性,基础薄弱的学生学习成绩得到了提高,优秀生也部分实现了自我价值,表达能力、交流能力和组织能力等综合素质也得到了提升,体现了“教书是为了育人”的理念。
三、开展大学生创新(Innovation)性训练。培养学生的创新能力
对于学有余力的学生,特别是数学类社团的负责人以及打算继续深造的学生,在“第二课堂”开展的基础上,参与导师的科研课题,在老师的指导下,进行大学生创新性训练。这些创新性项目是以学校、北京市或者国家的“大学生创新性训练项目”为平台来开展的。每个项目由5名学生组成,其中1人担任该项目的负责人,选派指导教师1名,项目的研究经费1万元左右,期限是1至2年。指导教师要求具有高级职称或者具有博士学位的优秀讲师。
借鉴兄弟院校的做法,我们的内容和思路是:先安排学生协助研究生开展科研工作,然后在导师指导下过渡到对某个具体问题开展探索性研究;在研究课题的选择上,教师根据学生的知识储备、学习能力和兴趣爱好,布置不同层次的科研问题。在研究训练过程中,要求学生参加研究生的课题讨论班、听取相关的课程讲座并参加相关的学术会议。实施过程中,为加强过程的管理与监督:要求创新项目训练组每月至少交2次活动记录(内容为讨论的问题与方法),1次指导记录(教师指导的内容),每个学期提交1份项目进展总结;导师指导学生写出符合规范的学术论文,最后通过项目答辩的形式来考核项目能否正常结题。
四、开展实习实训(Practice)。培养学生的实践动手能力
对于志在毕业后立即就业的学生,数学系为他们搭建与数学类相应的实习实训平台,提高他们的实践动手能力。数学系教师联系企事业的相关单位,建立合作联系,开拓数学类实习基地。先期组织学生接受实训教育:了解实习基地里相关项目中用到的数学类问题、需要的软件开发技术与编程语言,同时在校内的实践性课程教学中,也做好协调工作;然后根据学生对相关技能的掌握情况,结合实习基地的项目开展情况,组建若干实习小组,进行分层次的实习。每个实习小组配备两个导师,一个是校外的实习基地导师,一个是校内的导师,学生辅导员与班主任在学生实习基地与学校之间进行沟通协调工作。定期开展项目进展汇报加强督查,及时解决项目进行过程中遇到的问题,确保项目如期完成。实习工作也为后期的毕业设计和找工作打下基础。
概率论与数理统计是定量研究随机现象规律性的数学学科。随着科学技术的发展,概率论与数理统计已广泛引用于农业院校各专业的科学研究中。目前中国的农业院校都开设了概率论与数理统计,虽然课程概念比较抽象,计算繁杂,学起来较困难,但这是应用性最强的大学数学课程之一。不过近年来,伴随着高校课程改革,高等农林院校本科生教学计划中概率论与数理统计课程的教学学时不断减少,所以必须对此课程的教学方式和方法进行改革。
全国大学生数学建模本文由收集整理竞赛创办于1992年,每年一届,目前已成为全国高校规模最大的基础性学科竞赛,也是世界上规模最大的数学建模竞赛。随着竞赛的推广,数学建模被越来越多的教师与学生所熟悉。所谓数学模型,是指现实世界中的实际问题用数学语言表达出来,即建立数学模型,然后求解,以此解决现实问题的数学知识应用过程。将数学建模运用于数学教学有利于培养学生的洞察能力、联想能力、数学语言翻译能力、综合应用分析能力和创新能力,此教学模式的运用切合新时代培养通专并用,全面发展的高素质人才的需要。笔者认为,在当前的概率论和数理统计课程中可适当增加数学建模思想,培养学生的创新能力和应用能力,激发学生的学习兴趣,这也是本论文的切入点。
二 农业院校概率论与数理统计教学中存在的问题
1.中学与大学数学教育内容的脱节
中学课改后的毕业生开始进入大学,课程改革中对数学课程的知识范围和要求改动了很多,学生们已经学习过部分概率论的知识,但中学时学习概率的思维方式与大学数学不同,很多学生依旧用中学的学习方式学习概率论与数理统计,造成了他们学习上产生挫败感。
2.教师的教育观念缺乏与时俱进
大部分大学数学教师并没有意识到中学课程改革对这门课程和学生们的影响,依旧按照传统教学方式讲授,注重定理、推论、证明、计算,而新一代的大学生很难快速适应新的学习方式,所以增加了学生的学习难度。
3.教学内容缺乏应用性
概率论和数理统计的教学过于强调基本理论,缺乏对农业科学的交叉性应用研究。农科专业的学生普遍感觉学数学对将来的生活工作没有用处,所以导致学生缺乏学习的动力和兴趣,只是为了通过考试而学习。
4.考核方式过于死板
多年来,概率论和数理统计的考核方式始终一成不变,偏重于期末的闭卷考试,试卷主要考查计算和一些固定模式的应用题型,导致学生死记硬背、应付考试,不利于激发学生的创新兴趣。
三 建模思想在概率论和数理统计课程上的应用
针对以上问题,建议改革教学方式,通过引入数学建模思想激发学生的创新思维。
1.改变教学内容,增加应用型教学的引入
首先,提倡教师了解中学课改中影响概率论与数理统计的内容,充分利用学生已学过的概率论知识,避免重复教学,但要强调中学数学与大学数学不同的思考方式。在教学内容中吸收和融入与实际农业科学研究问题有关的应用性题目。历年全国大学生数学建模竞赛题目中不乏农科专业相关的题目,如“作物生长的施肥效果问题”(1992年a题)、“dna序列的分类问题”(2000年a题)、“葡萄酒的评价”(2012年a题)等。这些题目都与现实农业生产生活密切相关,在解决这些问题过程中能很好地锻炼学生自主地、能动地认识、理解问题的能力。
但是,如果直接把数学建模的题引入日常教学中,将面临下列问题:(1)数学建模竞赛的题目一般是涉及面很广,需要很多专业知识和良好的数学功底,而农科院校的学生的数学基础薄弱,在没经过培训的情况下解决竞赛题目困难较大;(2)要较好地解决建模题目需要大量的时间,这在课时有限的概率论与统计课程中不可能实现。
上述两个问题的解决思路:(1)如果直接运用竞赛原题,可以把重点放在(1)(2)两个比较简单的问题上,删除题目中与这两个问题没有关系的条件,或简化题目背景以适应课堂教学;(2)引入一些数学建模集训小题目,这些题目类似于课后习题,但实用性更强,甚至可以留作课后作业,引导学生分组讨论,学生共同完成。
2.改变教学方法,引入相关教学统计软件
教学方法方面,重心不能一味地放在定理、证明、计算上,应抛弃“满堂灌”的教学方法,采用启发、归纳的教学模式,通过建模思想的引入,使学生由浅入深、由直观到抽象地认识概率论和数理统计在实践中的应用,真正掌握数学概念和方法,并从中获得学习上的乐趣。
数学实验课在农业院校中开展的相对较少,大多以选修课的形式出现,笔者建议在概率论与数理统计课程中安排1~2次实验课,讲授统计软件的应用。随着近代计算机技术的迅速发展,软件技术日益成熟,概率论与数理统计中很多计算问题都可以借助于软件操作。农科高校的学生普遍计算能力不强,尤其是建模例子中的数据样本量比较大,计算过程复杂,学生手算起来比较困难。现有的统计软件,如sas、spss等世界通用的软件,可以解决较大数据量的概率与统计方面的题目,如数据处理、数据拟合、参数估计、假设检验、方差分析、回归分析等问题,而且一般的菜单操作就可以解决这类问题。学生学习一些简单的软件应用,可以增强他们的应用意识和动手解决实际问题的能力,反过来促使学生主动学好概率论与数理统计的理论知识。
3.改变学习观念,提高学生的学习兴趣
建模思路的引入,能有效改变大学生的“数学无用论”。作为教师,我们应根据课程的主要知识点,与相关专业教师加强交流合作,搜集整理大量的农科专业问题,并用建模的方法进行解决。当然,课程的教学不一定都需要完整地解决一类问题,只要题目背景来自农科专业或采用农科数据,就能在很大程度上调动学生的学习积极性,让他们知道将来的学习和生活中确实能用到概率论与数理统计的相关知识。
4.改变考核方式和方法
概率论和数理统计是一门实用性较强的学科,特别是数理统计方面的题目,若采用传统的阅卷考核方式考查,只会导致学生用死记硬背、题海战术等方法应付考试,导致学生被动学习,缺乏学习的兴趣。
小学阶段“统计与概率”的主要内容有:①描述统计。包括整理数据、统计图表等;②数据的代表。平均数、中位数、众数;③可能性。
这些内容的教学主要是帮助学生逐渐建立起数据分析的观念,“统计与概率”是与生活联系,又有学生可以操作实践的内容,比较容易体现新课标的理念。下面结合一些教学实例,谈谈信息技术在小学数学统计与概率教学中的应用。
1、信息技术在小学数学统计知识教学中的应用。
小学数学统计知识,从数学活动看,主要经历如下一些学习:对数据的统计活动有初步的体验、解读和制作简单的统计图表、在活动中获得对一些简单的统计量(如平均数、众数、中数等)的意义理解等等。
在这些内容的教学组织中,信息技术有以下应用:
1.1利用信息技术, 能够设计并呈现符合小学生生活经验的特定情境。
内容的组织与呈现要充分考虑到小学生已有的日常经验与他们的现实生活,使小学生在现实的和经验的活动中去获得初步的体验。
例如,小学生对统计全过程的理解可能是有困难的,因为他们习惯的是面对已经给定的甚至是已经被处理过的一些数据进行思考和判断。因此,可以根据小学生的日常经验和兴趣,去设计并呈现一些特定情境下的现实问题,让他们通过自己的多次尝试去不断体验。
如在教学《组织比赛》一课,就利用信息技术创设了一个游戏情境:“小朋友在操场做游戏,要从跳绳、套圈、拍球和踢毽子四种活动中选一种进行比赛。要选哪种活动更好呢?”开始时,小学生们可能会依照自己的喜好随意判断期刊网,但是,多次的交流后就会体验到这样是不行的,因为联欢会是大家一起参加的活动。于是,他们就会尝试着先调查每一个人的口味和喜好。可是,面对一大堆杂乱的数据怎么办呢?这时已经构建的分类与排列思想就会提供帮助,他们就将调查得来的那些数据,构成了一幅扇形统计图。接下来,学生们进一步讨论,喜欢哪一种活动的同学多些?同学们比较喜欢的集中在哪几种活动?喜欢哪一种(和几种)活动的同学最少?于是,不仅帮助学生对“组织比赛”的行为选择提供了帮助,而且对统计与统计量的意义也提供了理解上的帮助。
1.2利用信息技术,强化数学活动过程。
课程教学要有利于学生的动手操作,使学生在经历一个数学活动的过程中去体验和理解知识的内在意义。因此在教学组织的过程中,不要将一些统计知识简单地当作对那些表示概念的词汇的识记,或者将它简单地当作一种程序性的技能来反复操练,而要尽可能地用一些活动来组织,以增加学生在学习过程中的体验。
例如,统计图表的认识不只是一个简单的认识问题,而是有制作、对比过程中体验和理解统计图表意义的问题,即不是一个简单的数据堆砌的过程,而是一个对数据理解的过程。
在教学《扇形统计图》中,先出是上面两个图形,利用信息技术向学生呈现了;然后让学生学会如何将同一信息分别制作成条形统计图和扇形统计图,让学生经历观察、思考、讨论等数学活动,从图中获取一些有用的信息,并对比各自的优缺点,从而进一步理解和认识扇形统计图的意义。
1.3利用信息技术,将知识运用于现实情境。
小学生对统计知识的学习,重点并不是能记住几个概念,能计算几个习题,能制作几个统计图表,关键是要能学会一些初步的和简单的统计思想和统计方法,能将知识运用于现实情境。小学生可以在这些问题解决的过程中,有效地获取知识和技能,增进理解;运用数学知识发现和解决一系列现实生活问题;处理由课程其他领域或其他学科提出的问题;对数学内部的规律和原理进行探索研究等。
如在Excel中可以设计以下练习题期刊网,帮助学生分析问题,运用所学知识解决问题。
下面是某校运动队跳绳测试情况的记录单。(以每分钟跳过次数计算)
编号
成绩
编号
成绩
编号
成绩
编号
成绩
1
39
11
38
21
44
31
44
2
40
12
43
22
36
32
34
3
44
13
37
23
39
33
50
4
43
14
45
24
42
34
43
5
34
15
46
25
29
35
36
6
43
16
38
26
50
36
37
7
37
17
35
27
37
37
45
8
47
18
45
28
43
38
44
9
45
19
48
29
39
39
38
10
42
20
39
30