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概率论与数理统计教学方法的探讨

  概率论与数理统计是高等院校本科生必修的数学课程之一,与生产及工程实践密切相关。不仅涉及面广,而且是许多后续专业课(如生物统计、试验设计等)的基础,是数学基础课程中应用较广泛的一门课程。概率论与数理统计是一门研究随机现象的科学,它的思想方法与学生以前接触过的任何一门学科均不相同,学生在学习过程中需要改变以往的思考方式,因此概率统计一直是学生认为比较困难的课程。而以往概率论与数理统计课程的教学中,常常是照本宣科,重视理论的系统性,强调详细的推导与证明,导致学生轻视理论联系实际、把学到的理论知识用到实际中解决实践中的概率论与数理统计问题,忽视探究实践的培养,必然导致学生缺乏创新精神和实践能力,无法适应时代的发展。这样的教学方法已明显不能满足发展的需要,因此,非常有必要对这门课程的教学方法作探讨。
  一、以学生为中心,充分发挥学生的主体能动性
  以学生为中心,就是把学生视为整个课堂教学过程中的主体和知识的主动构建者。教师不再是绝对的主导者,而是扮演着组织者、领路人、协助者和促进者的角色。在课堂教学中应该注重和谐师生关系的营造[1],做到对学生“严中有爱”。“以学生为中心”的概率论与数理统计教学是以学生为主体,针对在课堂教学中的现有问题,提出新的教学模式和方法,激发学生的学习动机,培养学生的创新能力,从而最大限度地提高概率论与数理统计的教学质量,促进学生从“知识型”人才向“创新型”人才发展。
  二、引经据典,消除学生的畏惧心理
  由于概率论与数理统计思想方法与其他数学学科不同,因此比较难以掌握。很多学生对该门课都有畏惧心理,因此在每学期的第一次课,首先可以向学生介绍概率论与数理统计的起源和发展,增强学习的趣味性,还可以介绍概率论与数理统计的一些热门运用,比如在经济、保险精算中的应用等,提高学生的学习兴趣,最后可以列举一些发生在身边的事,比如各大商场的促销活动,随处可见的彩票销售中心,马路上的车来车往,到街头小摊设奖的骗局,班上同学的生日和身高,自己接到的一个保险电话,父母的一次投资,甚至是我们经常说的一句谚语,摸球、掷骰子等游戏,使学生在愉快的氛围中开始本门课程的学习,学习积极性无疑会有很大的提高。
  三、合理设疑置障,激发学生思维[2]
  疑问式教学法是指通过提出疑问、分析疑问、解决疑问而进行教学的方法。该方法有利于激发学生的好奇心,培养学生积极思考、勇于批判、勇于超越等良好的心理素质,是贯彻启发式教学思想、培养创新能力的一种有效方法。例如:在讲概率部分时,教师可以给出概率论中的几个经典问题,并且合理设置疑问。如生日问题,在给一个有90人左右的班级授课时,可首先提出一个结论:“在座的同学中,至少有两名同学的生日相同。”这一结论表面上并不是一个问题,但学生听了以后无不产生疑问,因而迫切希望知道其中原因。又如:在讲授概率的统计定义时,由于事件A的概率P(A)是当试验次数n较大时事件A发生频率fn(A)的稳定值,因此初学者会误解为概率就是频率的极限。为避免这种情况发生,在叙述了概率的统计定义后,教师可直接提出:“由概率的统计定义,能否可简单地概括为■fn(A)=P(A)?”引导学生对极限定义的回忆及将其与概率的统计定义对比,从而不但看出了它们本质上的差别,而且对概率的统计定义的认识更清楚、更准确。有时,为了使学生对某个知识点引起重视,也可以故意设置障碍,甚至进行误导,通过纠误寻源,积极引导学生思考。例如:投两颗骰子,观察出现的点数之和,试求事件A={点数之和等于4}的概率。考虑到考察的两颗骰子出现的点数之和,因而样本空间可构造如下Ω={2,3,4,…,12},而A={4},故由概率的古典定义得P(A)=1/11。仔细分析,就可以看出结论是错的。错的原因是该样本空间中的11个基本事件的出现不是等可能的。从而注意到用概率的古典定义解题时所建立的样本空间必须满足“有限性”及“等可能性”的要求。总之,合理地、恰到好处地设疑置障可以打破学生的认知结构,激起积极思维的层层浪花。
  四、实施案例教学,理论联系实际
  案例式教学法[3]是指要求学生结合所学的理论,以实际情况为背景,对客观现象进行深入分析,指出其存在的问题、根源,并策划出解决问题的方案。这种方法有利于活跃课堂气氛,激发学生的学习热情,培养学生发现问题和应用概率统计知识解决实际问题的能力。例如两赌金分配问题[4]:1654年,赌徒德?梅累向法国数学家帕斯卡提出一个使他苦恼很久的分赌本问题:甲、乙两赌徒赌技相同,各出赌注50法郎,每次赌局中无平局。他们约定,谁先赢3局则得到全部100法郎的赌本。当甲赢了2局,乙赢了1局时,因故要中止赌博。现问这100法郎如何分才算公平?事实上,很容易设想出下面两种分法。
  (1)考虑到甲、乙两人赌技相同,平均分配赌金:即甲得50法郎,乙得50法郎。这种分法没有照顾到甲已经比乙多赢1局这个现实,对甲显然是不公平的。
  (2)考虑到已经进行的3局比赛结果,按照赌局输赢次数的比例分配赌金:甲得200/3法郎,乙得100/3法郎。这种分法没有考虑到如果继续比下去就会出现什么情形,即没有照顾2人在现有基础上对比赛结果的一种期待。那么,这更合理的第3种分法又该怎样分呢?提醒学生思考如果赌局进行下去,会出现的情况:最多只需再赌2局即可结束这场赌博。而再赌2局可能出现的所有结果以有序对表示,如(甲,乙)表示第一场赌局甲赢,第二场赌局乙赢。由于2人赌技相同,这4种情况出现的概率应相等,2场赌局结果的分布概率如下表所示。
  2局结果及概率分布
  如前3种结果发生,都是甲先赢3局,即甲赢得全部赌金100法郎,相应的概率为3/4,而甲得0法郎的概率为1/4,故甲获得的期望赌金为E(甲赢3局)=3/4×100+1/4×0=75(法郎),而乙应分得25法郎。因此,既考虑到甲已经比乙多赢一局的事实,又考虑到后续可能出现的结果,按照数学期望的思想分配赌金是比较公平的。在这个故事中,出现了“期望”这个词,也是“数学期望”这个术语名称的由来。分赌本问题的思想可以进行推广,例如应用到投资问题:甲乙两人合资办厂,经营一段时间后,甲乙两人都要单独经营或者由于某种原因不能继续合作下去,应该怎样分配经营成果;或者因为经验不善而亏损,应该如何分摊债务等相关问题。这些思考对于经管相关专业的学生是有所裨益的。在案例教学中,把教学内容和其他学科联系起来,针对不同系、不同专业的学生,采用不同的案例,与学生专业联系起来。用概率论与数理统计知识解决他们专业的一些问题,让学生感觉学有所用,学有所值。这样学生就会主动地“学”,而不是被动地“教”。精彩生动的联系学生专业的案例,需要教师挖掘。
  以上是笔者对概率论与数理统计教学方法的体会和所作的探讨,“授人以鱼,不如授人以渔”,好的教学方法对学生的学习尤其重要。在这个高速发展的社会,《概率论与数理统计》的教学要适应时代发展的需要,坚持教学改革,不断提高教学质量,积极发挥该课程在数学专业课程中的重要作用。

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