基于OBE理念下正态总体均值的区间估计教学设计

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  摘  要:以OBE教育理念为指导的教学改革可以促进人才培养质量的提升。文章以OBE教育理念为背景,给出具体的教学实施过程,旨在为一线教师设计教学过程提供参考。
  关键词:OBE教育理念;区间估计;教学设计;概率论与数理统计
  《概率论与数理统计》是研究随机现象规律的一门学科,随着互联网、大数据、人工智能等技术的快速发展,高校人才培养体系也面临新的挑战。为了提高高校人才培养质量,按照成果导向的教育理念设计教学,可以把社会需求作为教学起点和终点的终极目标,按照需求制定教学大纲、设计教学过程,从而保证了教育目标与学习成果的一致性。由于本门课程的研究大多是关于教学模式和改革的宏观论述[1][2]。因此,下面具体给出一节基于OBE理念的教学设计过程。
  1  学情分析
  以作者所带两个教学班为例,图1为1、2班的《概率论与数理统计》中期测试成绩,可见中期测试成绩过分集中,没有不及格,没有高分。究其原因:
  (1)线上课堂监管不得力,教师对互联网另一端的真实状态难以把握,导致一部分学员高等数学基础不牢固,因而直接导致《概率论与数理统计》科目学习的积极性和有效性。
  (2)没有高分说明学生知识的理解和掌握不够深刻,并且对平时成绩没有引起足够的重视。因此,对平时学习的考核是下一步需要关注的课题。
  2  课程目标
  (1)理解区间估计的基本概念、基本理论,掌握其计算的基本方法;
  (2)具备解决实际生活中遇到的区间估计问题的能力;
  (3)培养学生的抽象思维能力、自学能力和知识的综合运用能力,为今后进一步从事数学应用方面的研究工作打下良好的基础。
  3 教学方法
  采用启发式、问题式教学方法,引导学生积极思考,问题来源于实际生活,让学生充分意识到学有所用。
  4  重、难点
  重点:区间估计的意义、计算;难点:区间估计的应用。
  5  设计思路
  基于学生的学情,本节课以实际问题为背景—抛出问题—深入分析—得出公式—问题解决。
  6  实施过程
  本节课是《概率论与数理统计》(浙江大学第四版)第七章第五节的内容。置信区间的问题在第七章第四节已经讲了关于已知时,的置信区间。所以,学生已经有了一定的基础,下面主要讨论的置信区间。
  6.1 的置信区间
  上节课已经对置信区间的概念有了一定的理解和掌握,引导学生自己总结求置信区间的一般步骤,学生通过小组讨论的方式总结完毕,各小组派出代表进行发言,教师做最后点评并明确基本步骤如下:
  6.1.1找统计量
  找一个含样本的函数,其中只能含带估参数,不能含其它的未知參数;
  6.1.2构造统计量与置信度的关系
  给定的置信水平,找出两个值,使得
  6.1.3解不等式
  若能从中解出,则得到是的一个置信水平为的置信区间。
  (1)问题提出。射击场上,随机取9发子弹做试验,得枪口速度的样本标准差为.如果枪口速度服从正态分布,求枪口速度的置信水平为0.9的置信区间。
  (2)建立模型。第一步:找统计量。
  因为是的无偏估计,可选取,其中只含带估参数,不含其它未知参数。
  第二步:构造统计量与置信度的关系。
  根据分布及分位点的特点,可构造如下关系:
  第三步:解不等式。
  从中解出,得
  =
  =………………………………………(*)
  (3)模型求解。将,,,,,代入(*)式中得,枪口速度的置信水平为0.9的置信区间为:
  …………………………(**)
  (4)结果说明。(**)式说明,在置信区间中任取一值作为枪口速度的标准差,其可信程度为90%。
  (5)本题引发的思考。
  (5.1)引导学生课后查资料思考(**)式区间长度过长的原因。
  (5.2)如何缩短区间长度,提高精度?
  6.2 未知时,的置信区间
  一般在实际问题当中,未知的情况较为常见,故此时讨论的置信区间更有意义。
  思考题[3]:
  为了研究某军用汽车轮胎的磨损特性,随机的选择10只轮胎,每只轮胎行驶到磨坏为止,记录所行驶的路程(单位:km)如下:
  假设以上数字来自正态总体,其中、均未知,试求的置信水平为0.95的置信区间。
  解析:该题目和学生生活紧密联系,容易产生共鸣,引导学生自己根据求置信区间的一般步骤得出结论,并对结论进行分析。
  拓展题[3]:
  在实际中常遇到已知产品的某一质量指标服从正态分布,但由于原料、设备条件、操作人员不同,或工艺过程的改变等原因,引起的总体均值、方差有所改变,我们需要知道这个变化有多大,就需要考虑两个正态总体均值差或方差比的估计,引导学生对下节内容的思考。
  例如:为了比较Ⅰ、Ⅱ两型号步枪子弹的枪口速度,随机的取Ⅰ型子弹10发,得到枪口速度的平均值为,标准差,随机的取Ⅱ型子弹20发,得到
  枪口速度的平均值为,标准差,假设两总体都可认为近似地服从正态分布,且由生产过程可认为方差相等,求两总体均值差的一个置信水平为0.95的置信区间。
  引导学生对下节课进行思考、讨论。
  7  评价方法   综合评价主要检验学生对课程目标的达成度,进而检验学习成果,满分100分,成绩以百分制记录,评价分二个大部分:
  第一部分:过程性考核。
  过程性考核总占比30%,又分三个部分。①作业提交8次,分别计分,占比20%;②章节测试占比30%;③课程小论文占比30%(课程小论文可以是与概率统计相关知识的小论文,也可结合自身特点、任职需求、对本门课的学习体会、意见建议、改进措施等);④课堂表现占比20%。这一部分主要对应课程教学目标(2)(3)。
  第二部分:终结性考试。
  终结性考试占比70%,考试以大纲为主,考核大纲要求的应知应会,题型一般包含:选择、填空、计算、应用、证明等。这一部分主要对应课程教学目标(1)。图2是1、2班《概率论与数理统计》期末成绩,成绩基本符合正态分布的趋势,中高分占比均在60%以上,平均分均在80以上,说明平时教学对学生的引导起到了较好的效果,学生对知识有了较好的掌握。
  8  小结
  思政元素:忠于党、忠于祖国。
  枪口的速度有偏差、汽车的轮胎有磨损,但是年轻人的思想不能有偏差,青春应当做到无悔、无暇。在祖国的边陲,有一群可愛的人,他们远离繁华,内心纯净,常年坚守在冰天雪地中,无怨无悔,胸膛里奔涌着滚滚热血。脚下的每一寸国土,都在用唯一的生命在捍卫。当有外敌来犯时,他们挺身而出,立于国境线上,用身体连成一座钢铁长城。他们的脑袋里只有一句话“大好河山、寸土不让!”。向英雄致敬,忠于党、忠于祖国。
  参考文献:
  [1]焦连升,马闯,刘金玉,王蕾,金铜音.OBE理念下的应用型本科高校中化工原理课程教学改革与实施——以河北民族师范学院为例[J].高教学刊,2021(07):7-12.
  [2]赵士银,周坚.OBE理念下应用型本科高校大学数学教学改革与实践研究——以线性代数为例[J].高教学刊,2021(05):153-156.
  [3]盛骤,谢式千,等.概率论与数理统计[M].北京:高等教育出版社,2008(06):176.
  课题:2021年校级教育教学计划立项项目,项目编号:(WJX2021032)
  作者简介:王佳颖(1987—  ),女,陕西咸阳人,副教授,研究方向:主要研究数学教学、数学建模与仿真方向。
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