个人介绍
概率论与数理统计

主讲教师:曾祝明

学校: 福建工程学院
开课院系: 计算机科学与数学学院
课程英文名称: Engineering application probability
学分: 3.5
课时: 56
    随机现象是一类普遍存在的自然现象, 它遍布在各种工农业生产活动、经济活动、军事活动甚至我们的日常生活中。 概率论与数理统计是研究随机现象统计规律性的最基础的数学学科,在自然科学、社会科学和工程技术的各个领域都具有极为广泛的应用; 特别是近几十年来,随着计算机的迅速普及,概率统计在经济、管理、金融、保险、生物、医学等方面的应用更是得到长足发展。因此,概率论基础已成为高等院校各理工类专业大学生最重要的数学必修课之一,也是目前全国硕士研究生入学统一考试高等数学的必考科目。
    概率论与数理统计课程的教学内容主要涉及古典概率、近代概率的相关基本概念、理论与方法。通过这些知识的学习,可以使学生对研究随机现象的最基本的数学知识、数学方法得以较全面地认识了解的同时,培养自己的抽象思维能力、逻辑推理能力以及运用数学知识分析问题和解决随机问题的能力,提高自身的数学素质和解决实际问题的能力。
    学习概率论与数理统计,需要有具备良好的高等数学基本知识和运算技能做基础。有别于大学其它基础数学课程,对于初学者而言由于概率统计研究的对象更加广泛,涉及到的概念众多、方法新颖且应用性很强,因而常常会感到较难领会和掌握。 近些年,随着初等教育教学改革形势的发展,国内多数省份在高中数学课程的教学内容中加入了一些概率论基本概念和基本方法的学习介绍,使学生于中学阶段已对随机现象的研究有了初步的了解和认知。但实践表明,中学时期的认知大多比较粗浅,学习者务必要认真地从基本概念和基本原理的理解学习出发,踏踏实实地领会掌握数学方法思想的描述表达和推理分析。
    就内容而言,本课程的重点是掌握随机事件及其概率,随机变量及概率分布,随机变量的数字特征,大数定律和中心极限定理,常见概率分布及其抽样分布,参数估计,假设检验等内容的基本概念、基本理论和基本方法。与其它数学分支相比,本课程工程应用背景极强,要求的数学基础较深而且较广,从而基本概念较难掌握,尤其是利用随机理论和随机分析的思想方法建立解决实际问题的概率模型就成为学习的难点。为此我们根据国家教育指导委员会制订的课程教学大纲,研讨确定了课程内部体系内容的取舍,同时兼顾与其它课程的关联。
教学方法

1.注重传统教学方法与现代教学方法相结合

坚持以“学生为本,夯实基础,培养能力,提高素质”的教学指导思想,要求教师课堂上的讲解要概念清楚,理论严密、逻辑性强,符合数学课程教学的认知规律。同时,还要求教师能够站在较高的学科高度,去讲解工程应用概率的各个知识点、应用背景,使学生能够掌握基础理论知识的同时,清楚地知道知识点的数学背景和实际背景,从而使学生针对实际问题形成良好的数学思维。

由于概率论与数理统计课程理论性和应用性较强,内容较多,难度较大,而教学时数有限。采用传统教学与多媒体教学相结合的方法,可以克服学时数紧张的问题和提升教学效果。众所周知,多媒体教学不能够完全代替传统数学课的教学,特别是理论证明或演算需要教师一边推导一边讲解,使学生能一边理解一边思考教师的思维过程。而将一些动画、图形、模拟随机实验、应用案例等教学内容用电子课件或演示课件来展示,可大大提升教学效果。例如,讲解“贝努利试验、二项分布和它的应用”时,可以用课件动态地演示该随机试验的过程,使学生深刻理解什么是二项分布。又如,讲解数据的统计描述的统计思想时,可以用多媒体教学形式展示直方图和经验分布函数图形,使学生更容易理解直方图和经验分布函数图形的构图原理。总之,采用电子课件进行教学增大了课堂教学的信息量,动态的随机试验演示,可将抽象的、难以理解的内容化成直观的、易于理解的内容,而且节省了绘图时间,绘制的图形既规范又准确。

采取问题式、案例式和讨论式的教学方法。概率论与数理统计是应用性很强的学科,我们结合相关知识点和实际工程背景,编写了许多工程应用概率在通讯网络、机器学习、质量管理、可靠性、风险管理与决策、人口学等领域中的应用案例,充分展现概率统计理论与方法的实用价值。在课堂上通过提问和讨论的方式,拉近了教师与学生之间的距离,活跃课堂气氛,变学生被动学习为主动学习,起到很好的教学效果。

2.精讲,多练,注重夯实学生的基础

按单元组织教学的教学方法有利于帮助学生逐步接受和强化学习内容。每一教学单元即章节包含了课堂讲授、练习、章节习题评讲等教学环节,教师将对每一阶段的学习进行归纳和总结,及时发现问题,解决问题。新编写的教材和练习册还提供了按各教学单元组织的练习题目,特别是提供一些综合性强、灵活性大的练习题目,其目的在于重点培养学生综合运用知识的能力。近年来,期末考试的试题也增加了一些综合性强的题目。实践表明,这种方法取得了良好的教学效果。

3.注重问题解决过程,联系实际背景,激发学习兴趣,培养学生自主学习的学习方法

在教学过程中注意引入有趣的、与日常生活、工程技术相关的应用案例,激发了学生的学习兴趣和学习的主动性。例如,讲解常见分布时,注意讲清楚它们各自的应用背景,指出Poisson分布常用于描述“单位时间内到达超市的顾客数”、“单位时间内通过某路口的汽车数量”等,指数分布主要用于描述“等待(间隔)时间”、“电子元器件的使用寿命”等, 并指明它与Poisson分布的内在联系。这种讲授的方法往往能起到很好的效果,学生在学习过程中不会感觉枯燥乏味,反而对教学内容感觉充实、丰富、有兴趣,以后遇到类似的问题可以由此产生联想。

例如,数学建模竞赛练习题目——银行网点的优化设计问题,其中涉及到银行服务系统中的排队理论,需要模拟出顾客到达时间及所需要的服务时间等,部分参赛同学做这道题目热情高涨,利用课堂中所学到的知识,通过计算机计算,顺利地完成了这次竞赛任务,他们的能力得到了很大的提高。这为培养学生解决实际问题的能力提供了一个极好的机会。如果教学方法得当,通过真实的问题环境,真正参与,使学生产生真切的问题解决者的感觉,他们就会主动调查情况、设计方案,制定策略、收集信息、处理和分析数据,变被动学习为主动学习。

又如,随机模拟实验“信封与信纸的配对问题”,要求学生用计算机重现这个匹配过程,计数出正确匹配的个数,回答下面两个问题:(1)当n取到多大的时候可以认为正确匹配的概率达到了它的极限值 (2)这n封信中正确配对k封信的概率是多少?同学们为了完成以上实验任务,首先要写一个程序再现随机装信的过程,然后从装信的结果中数出成功匹配的个数,再多次重复这个过程可以得到一个成功匹配的频率。我们看了同学们的实验报告,惊喜地发现学生们的一种创新思维火花,感受到了他们自主学习的热情。有一个小组采用Matlab语言编写程序,发现“至少一个匹配成功”的概率收敛速度很快,当n=6时该事件发生的概率就基本上收敛到了极限。不仅如此,他们还发现当n>6时,k个成功匹配的概率与n没有关系,在95%的实验结果中k至多取到3。为了说明自己的观测结果的正确性,他们还给出了理论上的证明。这些实例充分表明我们的教学注重问题解决过程,理论联系实际,激发学生学习兴趣。

教学条件

1.教材使用与建设

教材建设取得了一定的成效。出版了《概率论与数理统计》(2007年7月)、《数学实验》(2009年1月)等教材,用计算机和数学软件将在基础课程中形成的思想具体地展示出来,让学生在对数学的抽象认识基础上,有更生动的感性和实际体验,为进一步学习数学建模课程奠定良好基础。选用国内外高水平参考教材,为学生的研究性学习和自主学习提供参考文献。同时编写了习题册等。

2促进学生主动学习的扩充性资料使用情况

近几年来我校图书馆和本院的资料室购买了大量的概率论基础方面的教学参考书。

建设概率论与数理统计课程的案例库,逐步推行围绕案例教学,以案例为载体,培养学生的创新思维。

通过数学建模,部分计算科学类的学生对工程应用概率方向产生了浓厚的兴趣,主动报考了计算机类专业、经济管理类专业、数学类的统计学专业的研究生。全校有越来越多的学生选修《数学实验》课程,对概率论与数理统计部分内容的兴趣也非常浓厚。这些都充分说明学生通过该课程和辅助资料的学习,增强了学生主动学习的动力,并使他们明确了今后努力学习的方向。

教学团队成员自己制作了与概率论与数理统计教材配套的电子课件,充分利用信息技术丰富的表现力,从多种角度去阐释各个部分的知识点、重点和难点,使教学内容更加形象、直观,使教学效果得以提升。该课件可供学生自主学习或复习,供上课教师参考或使用,在课件的使用上,不一刀切,充分展示每位教师的个性。使用效果良好,受到学生的欢迎和好评,为提高教学水平起到很大作用。我们强调电子课件的使用要“恰当”,并且规定青年教师头三年不要使用。强调的是“教学效果”,而不是“教学形式”。

3.网络教学环境

教学团队成员早在2009年上半年就已经开始了概率论与数理统计课程平台的建设,并在不断完善。教学大纲、电子课件、实验演示、数学家简介、自测题、参考书等网上资源供师生共享,这极大地丰富了学生的课外学习内容,开阔了学生的视野,提高了学生的学习兴趣,充实了学生的课外实践性教学环节。同时,该课程还计划实施教师在线答疑和师生交流活动,极大地增强了师生之间的双向交流互动,为学生和教师提供了一个良好的学习和交流的环境。

4.实行过程性考核方式

概率论与数理统计实施在线测试,学生一个学期要进行多次测试,占期末总成绩的50%,每学年参加在线测试人数多达30000多人次。


教学效果

(1)加强教师队伍的建设。该课程有一个稳定的教学团队,其成员形成了一个学历结构、职称结构、年龄结构较为合理,充满活力,极具责任心的教师梯队。

(2)该教学团队成员编写了工程应用概率的有关教材。该教材最大的亮点是能将“数学实验和数学建模”的思想、方法融入教材中,这是符合当前大学数学教学改革精神。

(3)“数学建模”竞赛取得不俗的成绩。近五年来,由该教学团队教师(为主)指导的福建工程学院学生在参加的“全国大学生数学建模竞赛”中取得了国家二等奖1项和省级二等奖5项的好成绩。

(4)取得了一些教学研究成果该教学团队成员获得了1项“福建工程学院教学成果一等奖”;获得了全国高校数学微课程教学设计竞赛(华东赛区)一等奖1项,二等奖3项;获得福建工程学院青年教师讲课比赛二等奖1项、三等奖2项;有1位老师被评为“校优秀教师”;并发表了多篇教学研究方面的论文。

参考教材

《工程数学·概率论与数理统计》,孟晗,同济大学出版社,2015.

随机过程基础及其应用》,赵希人,彭秀艳,哈尔滨工程大学出版社,2007.

概率论与数理统计简明教程》,同济大学应用数学系,高等教育出版社,2003.

应用概率论教程》,赵希人,赵正毅,哈尔滨工程大学出版社,2015.

《数学实验》,韩明,同济大学出版社,2009.

工程中的概率》,洪华生,邓汉忠 ,中国建筑工业出版社,2017.

教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 随机事件及其运算
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2019-11-02 6.99MB
1.2 事件的概率及其性质
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2019-11-02 7.21MB
1.3 条件概率与贝叶斯公式
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2019-11-02 11.76MB
1.4 事件的独立性与伯努利概型
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2019-11-02 52.11MB
2.1 随机变量的概念与离散型
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2019-11-02 17.33MB
2.2 随机变量的分布函数
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2.3 连续型随机变量及其概率密度
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2019-11-02 14.01MB
2.4 随机变量的函数的分布
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2019-11-02 12.43MB
 
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2019-11-02 18.22MB
3.1 二维随机变量及其分布
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3.2 边缘分布
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3.3 随机变量的独立性
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2019-11-02 12.03MB
4.1 数学期望
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4.2 方差
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4.3 协方差、相关系数与矩
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2019-11-02 20.97MB
5.1 大数定律与中心极限定理
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2019-11-02 9.36MB
6.1 抽样分布
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7.1 点估计
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