MATLAB引入概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐探究

蔡希文

學(xué)習(xí)概率的分析和統(tǒng)計的主要目的就是為了通過統(tǒng)計分析，得出相關(guān)數(shù)據(jù)背后隱藏的重要信息，從而獲得對于某個事件的最終認識和評價，為決策提供有效的參考。這就好比是中獎概率的計算一樣，而MATLAB數(shù)學(xué)軟件則是專門針對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析的一款數(shù)學(xué)軟件，將MATLAB數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用到概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中，能夠有效強化概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐成效，促使數(shù)學(xué)的概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐不斷獲得突破。本文介紹了MATLAB數(shù)學(xué)軟件及其優(yōu)勢，分析目前將MATLAB引入數(shù)學(xué)概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中存在的問題，并探究將MATLAB引入概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)實踐的有效途徑。

以往的數(shù)學(xué)概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)主要是通過具體的統(tǒng)計和計算公式，對于相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計和分析，得出最終的分析結(jié)果，發(fā)揮數(shù)學(xué)概率和統(tǒng)計的功能。但是在眾多的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和概率運算中，需要記住大量的計算公式，不同的概率類型和統(tǒng)計學(xué)知識，要求學(xué)習(xí)者必須要在大量的公式中以最快的速度調(diào)出有用的公式，進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和概率計算，這無疑是增加了學(xué)習(xí)者的負擔，在未來的統(tǒng)計和概率計算工作中，將進一步實現(xiàn)現(xiàn)代化、信息化，強調(diào)利用信息技術(shù)進行概率的計算和統(tǒng)計，因此，當前概率論和數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)要轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，積極引入創(chuàng)新的教學(xué)途徑，借助科技發(fā)展的成果，做好概率和數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)工作。

1 MATLAB的內(nèi)涵和優(yōu)勢

實際上，MATLAB是一種商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，該軟件是由美國的一家軟件公司開發(fā)的，能夠?qū)崿F(xiàn)算法開發(fā)、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)分析、可視化等高級的數(shù)字技術(shù)功能，其中包含了交互式環(huán)境和計算語言。該商業(yè)數(shù)學(xué)軟件是MATRIX以及LABORATORY的合成詞，翻譯過來就是指矩陣工廠，這種矩陣工廠研發(fā)和使用主要是針對科學(xué)計算、數(shù)字可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。這款商業(yè)數(shù)字軟件集眾多技術(shù)和功能與一身，軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)值分析、數(shù)據(jù)計算、矩陣排列和計算、建模和仿真、可視化等目標，是目前眾多行業(yè)發(fā)展中需要用到的一款有效數(shù)據(jù)計算和分析系統(tǒng)，軟件突破了傳統(tǒng)的非交互式程序設(shè)計語言的編輯模式，是現(xiàn)代科技進步和發(fā)展優(yōu)化的產(chǎn)物。目前，該商業(yè)數(shù)學(xué)軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于工程的數(shù)據(jù)計算和分析、設(shè)計控制、數(shù)字成圖、信號處理、信號檢測、金融建模及分析等眾多方面的研究和設(shè)計工作中，帶來了顯著的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。

MATLAB自身具有眾多的優(yōu)勢，其一，軟件具備高效精準的符號計算和數(shù)據(jù)計算分析功能，能夠讓用戶免去以往復(fù)雜冗長的數(shù)據(jù)計算，只需要借助這一數(shù)字軟件，就能實現(xiàn)相關(guān)計算，獲取準確的計算結(jié)果；其二，軟件能夠針對圖形進行有效處理，能夠?qū)?shù)據(jù)的計算結(jié)果和編程，實施可視化的技術(shù)處理；其三，系統(tǒng)中的用戶界面設(shè)置和語言表達都十分自然，沒有太多專業(yè)化的描述，讓用戶對于數(shù)字軟件的運用變得更加簡單易懂；其四，軟件自帶的應(yīng)用工具箱具有眾多的功能，方便用戶在軟件使用中進行相關(guān)工具的使用和操作。

2 將MATLAB引入概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)實踐中存在的問題

2.1缺乏有效認識，課程引入發(fā)展緩慢

現(xiàn)階段，已經(jīng)有一些院校在概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中開始引入MATLAB軟件，希望通過軟件系統(tǒng)的引入，讓概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)更加具有針對性，學(xué)生無需再花費較多的時間進行課程相關(guān)計算公式的背誦和記憶，讓他們從復(fù)雜的數(shù)字計算中獲得了解放，能夠有更多的心思放在課程的專業(yè)學(xué)習(xí)中。但是，真正做到將MATLAB軟件引入概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)中的院校卻是屈指可數(shù)的，很多院校缺乏對于這一軟件引入的認識，依然采取傳統(tǒng)的教學(xué)方式進行教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大，每天需要花費大量的實踐在數(shù)字計算中，不利于學(xué)生將更多的精力放在課程的專業(yè)提升上。

2.2缺乏對于軟件的應(yīng)用能力，軟件使用效果不理想

一些學(xué)校引入了MATLAB軟件，但是在概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中，真正將軟件靈活運用的并不多，這是因為很多學(xué)校的師生對于MATLAB軟件的認識并不到位，他們對于MATLAB軟件的軟件功能、相關(guān)技術(shù)等不了解，以至于他們在教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中，雖然引入了MATLAB軟件，但是軟件的實際應(yīng)用并不多，在很多院校的在概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中，MATLAB軟件實際上只是一種擺設(shè)，并沒有真正發(fā)揮效用。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多教師在具體教學(xué)中，并沒有注重實用這些軟件。一方面，因為有些教師自身對軟件的硬件操作并不熟悉，自身專業(yè)操作技能水平有限；另一方面，有些教師并沒有積極響應(yīng)學(xué)校教育教學(xué)工作改革的號召，在教學(xué)中，并沒有注重現(xiàn)代化教學(xué)軟件和手段的使用，仍然是以傳統(tǒng)教學(xué)模式比較常見。這些均嚴重制約著教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量的提升，也不利于教學(xué)最高戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。

2.3師資教學(xué)能力有限，教學(xué)專業(yè)性不強

利用MATLAB軟件進行概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐，不僅要求教師要具備良好的課程教學(xué)能力，更要有創(chuàng)新教學(xué)思維，對于MATLAB軟件了解并能熟練使用，這樣才能通過課程教學(xué)的開展和軟件的適當引入，為學(xué)生提供一種創(chuàng)新的計算和分析解決方式，但是很顯然，目前很多概率論與數(shù)理統(tǒng)計的課程教師并不具備這樣的能力，整體上來看，相關(guān)課程教師的總體師資水平有限，無法利用好于MATLAB軟件，輔助概率論與數(shù)理統(tǒng)計的教學(xué)實踐。教師自身在提升和發(fā)展自己專業(yè)教學(xué)能力方面，并不夠重視，導(dǎo)致整個教學(xué)實踐無法取得理想的效果。

3 將MATLAB引入概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)實踐的有效途徑

3.1提升軟件應(yīng)用認識，促進課程與軟件的有效融合

現(xiàn)階段，學(xué)校要認識到MATLAB軟件的引入對于概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)實踐的積極作用，盡可能進行課程教學(xué)優(yōu)化，提升軟件的應(yīng)用和認識，促進將MATLAB在概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)實踐中的引入，加緊課程教學(xué)和軟件應(yīng)用的融合，致力于將學(xué)生從復(fù)雜沉重的數(shù)字計算和分析中解放出來，提升課程學(xué)習(xí)效率。

3.2加強教師培訓(xùn)，提升綜合教學(xué)能力

將MATLAB引入概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中，對于現(xiàn)階段很多的數(shù)學(xué)教師而言，都是一種極大的挑戰(zhàn)，因為MATLAB涉及的相關(guān)知識、其軟件運用原理、內(nèi)部知識結(jié)構(gòu)等對于大部分數(shù)學(xué)教師而言幾乎是聞所未聞的，要他們在概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中有效應(yīng)用MATLAB這一教學(xué)數(shù)學(xué)軟件，需要教師自身就掌握并能熟練運用MATLAB軟件，還要有將MATLAB數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)課程教學(xué)相聯(lián)系的能力，在課程教學(xué)實踐中有效尋求教學(xué)與軟件的契合點，為MATLAB在概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐中的自然引入做好鋪墊。因此，要針對數(shù)學(xué)教師開展概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐創(chuàng)新以及MATLAB的引入的專題培訓(xùn)教學(xué)活動，讓更多的數(shù)學(xué)老師掌握使用信息技術(shù)輔助教學(xué)的操作，確保教師在今后的每一節(jié)數(shù)學(xué)課程教學(xué)中，都有信息技術(shù)的融入，不僅僅是停留在PPT上，形式更加的多樣，內(nèi)容也更豐富。有幾何畫板的演示，有微課的知識點講解，還有flash的動畫展現(xiàn)。信息技術(shù)的融入讓學(xué)生更直觀更形象地理解和掌握知識，也讓課堂的容量更大。確實，信息技術(shù)已經(jīng)成數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)不可或缺的手段，高校通過開展MATLAB軟件應(yīng)用和概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐創(chuàng)新的活動，為廣大數(shù)學(xué)教師搭建數(shù)學(xué)教學(xué)經(jīng)驗和技巧的交流平臺。

目前，數(shù)學(xué)課程教學(xué)正處于深化新課改的關(guān)鍵時刻，數(shù)學(xué)概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐課程、課堂教學(xué)都應(yīng)做出相應(yīng)的改變來適應(yīng)新的形勢，針對數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)背景下的數(shù)學(xué)教師專題培訓(xùn)活動開展，讓更多優(yōu)秀的數(shù)學(xué)老師同臺競技，和專家一起交流，非常難得，也非常有意義，對于提升現(xiàn)階段數(shù)學(xué)教師教學(xué)綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力具有不可替代的作用。

總結(jié)：MATLAB軟件是一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與處理的有效工具。在進行數(shù)學(xué)概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐課程的教學(xué)中，學(xué)校要提升對于MATLAB軟件的認識，促進對于軟件的應(yīng)用，通過培訓(xùn)教師對于軟件的理解和使用能力，促進MATLAB軟件有效輔助概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學(xué)的實踐，提升課程教學(xué)成效。

（作者單位：信陽農(nóng)林學(xué)院）