谈概率统计教学的探索——融入数学建模

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  摘 要:在概率统计教学过程中,教师要注意培养学生的数学建模意识。通过应用,教他们学会对实际生产生活问题建立概率统计模型,并独立解决问题,真正做到学以致用,提高学习兴趣。
  关键词:数学建模;概率统计;自主学习
  概率统计是一门来源于实际并服务于生产生活的学科。概率统计已成为大专院校几乎所有专业的必修课,在社会生产中的应用也日益广泛。学好这门课程对学生今后的工作是大有裨益的。在教学中,任课教师应该强调其实际应用,引导学生有意识地运用概率统计知识解决问题。
  一、树立建模意识
  “数学建模”,一言以蔽之,即将现实问题转化成数学问题,再用数学方法加以解决。这里数学的方法包括某一门或几门数学领域的理论知识,也包括数学软件等技术手段。用数学的方法得出结果之后,还要返回来解释验证实际现象,指导生产生活。
  教学中采用一些小的、具有应用性的例子,可以帮助学生理解建模的妙用。比如,如何使生产中的投入与产出效益最大化,调频收音机的频率如何选择才能使信号更清晰,化工车间里有害气体的排放,存款的现金流等问题,都可用数学建模方法给出合理的解释。
  二、概率模型的应用
  1.在讲“离散型随机变量”时,可以用简单的例子来阐明泊松分布的应用
  假设一家乐器商行每周的钢琴需求量为泊松分布,每周末进一次货来供应下周销售,那么一次进货应该进多少才能使得下周不脱销的概率达到90%。
  从多年课堂经验来看,很多学生乍一看到这个问题,就会一头雾水,不知如何跟概率方法结合。此时,教师应该多鼓励学生,大胆写出自己所思所想。等学生写好之后,教师查看学生的做法,可能会有各种问题,而这些问题反映了他们对概念理解的模糊,或者不知如何把实际问题翻译成概率语言。
  针对发现的问题,教师讲解方法。先让大家明白决策变量和随机变量的区别,这个问题很重要。在很多复杂的实际问题中,如果不明确哪些是决策变量,哪些是随机变量,根本无法解决问题。区分这两者是解决此类问题的关键所在,初学者很容易混淆。一旦区分清楚,往往先设出决策变量,作为待定未知数,即高等数学中的普通变量。然后对于随机变量,根据题目要求和概率分布的公式写出所求概率的表达式,这些都是概率论中关于随机变量及其分布的基本知识的应用。最后根据题目要求写出目标函数与约束,得出结果,并加以检验。对于复杂问题,还可进一步拓展,改变已知条件,或作出更符合实际的假设,使得结果更好地服务于实际问题。
  2.对于“正态分布”这一节内容,也可以结合实际应用问题
  例如,机械加工厂加工一批钢管,共有两道工序。第一道工序的加工结果可能导致钢管收益不同,若小于规定尺寸,则完全报废;若太长,也有部分损失。建立模型时候,可以假设误差服从正态分布,写出一根钢管的效益函数,并求出期望表达式。为了使期望最大,就需要设计好机器的规格和误差。这是一个与生产紧密结合的问题,学生们从中可以体会概率的无穷妙用,从而提了学习兴趣,增强课堂教学效益。
  三、统计软件的应用
  在计算机技术日新月异的今天,应用软件可以极大地提高工作效率,节约人的时间和精力。概率统计软件可以有效帮助人们快速做出概率计算和统计分析,常用的有Exce,spass,splus&R等。
  以spass软件教学为例,说明在课堂中如何进行软件的介绍和学习运用,可以采用由理论到操作,再到实用案例的思路进行。比如做单样本t检验:
  第一,先建立原假设,即总体均值和检验值之间无显著差异;再构造t统计量,说明自由度,计算t统计量及其对应的p值,比较p和alpha,做出拒绝还是接受原假设的判断。
  第二,介绍操作步骤,如检验我国上市公司平均资产负债比是否为0.5。
  选择菜单:Analyze—Compare means—One sample T test对话框,将待检验的变量lev移入Test variables列表框中,在对话框下方Test Value输入框中输入检验值0.5。单击Options按钮,弹出Options子对话框,在主对话框中单击OK,执行命令。最后结果显示,其中包含t统计量、自由度、p值(Sig)。若p小于0.05, 则拒绝原假设,即认为平均资产负债率不是0.5;若p大于0.05,则接受原假设,认为平均资产负债率为0.5。
  通过案例的介绍和软件操作的演示,极大地提高了学生的兴趣,激发他们解决实际问题的热情。认真掌握一门软件,在今后的工作中就多了一个得力助手,会使得工作完成效率更高。
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