数学建模在农业院校概率论与数理统计教学中的应用研究
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作者: 颜亭玉
【摘 要】本文针对农科院校学生的特点，分析了概率论与数理统计课程教学中存在的问题，并结合数学建模思想，提出了教学改革思路，注重理论联系实际，培养学生的应用能力和创新能力。
【关键词】概率统计 数学建模 教学改革 应用创新
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）11-0031-02
一 引言
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。
针对这种现象，笔者认为应让学生在实际中学习，并将所学归还于实际。因此老师平时布置作业时应布置一些实践题型，让学生自己学会去思考。关于考核形式的改革，为了达到“以教为导，以学为主，自主解决”的教学目的，在期末检测时，应采用期末考试（50分）+论文（30分）+平时成绩（20分）的考核方法，其中课程论文要求学生自己找问题，建立模型，利用概率论与数理统计知识解决问题。这样既考查了学生对理论的掌握程度，又能将理论应用于实际中，使得学生在学习过程中更加重视知识的综合运用和创新能力的培养。笔者曾在教学班级中做过类似的尝试，即鼓励学生将建模的思想用到课程学习中，获得了明显的效果。
四 结束语
在概率与统计教学中引入数学建模思想，不但搭建起了概率与统计知识与农科应用的桥梁，而且让学生找到了自己动手收集、分析数据、建立模型、解决实际问题的乐趣，充分调动学生学习的主动性，培养学生的学习兴趣和求知欲，从而提高学生的分析问题和解决问题的能力。
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