摘要：統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法是以數(shù)據(jù)為研究對象、以計算機及網(wǎng)絡(luò)為平臺、通過統(tǒng)計理論建立模型并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測的學(xué)科，該課程的學(xué)習(xí)有助于提升學(xué)生的實踐意識和應(yīng)用意識，滿足大數(shù)據(jù)時代下對統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析人才的需求。本文在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，以應(yīng)用人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，以統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析方向的學(xué)生為服務(wù)對象，深入挖掘統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法在專業(yè)課程體系中的地位和作用，構(gòu)建了適應(yīng)于數(shù)據(jù)分析背景的課堂教學(xué)和實驗教學(xué)體系，有助于提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，培養(yǎng)多元化創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：統(tǒng)計學(xué)習(xí)；數(shù)據(jù)分析；機器學(xué)習(xí)算法；大數(shù)據(jù)

中圖分類號：O213.9

《統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法》作為介于數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和機器學(xué)習(xí)三者之間的一門應(yīng)用課程，是統(tǒng)計學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門綜合性課程，該課程全面地介紹大數(shù)據(jù)背景下的各類統(tǒng)計學(xué)習(xí)算法，包括分類與標(biāo)注問題、自然語言處理、文本數(shù)據(jù)挖掘等數(shù)據(jù)分析模型與方法，使學(xué)生掌握統(tǒng)計學(xué)習(xí)和機器學(xué)習(xí)的基本思想和基本方法，并能夠使用Python語言和scikit-learn、numpy、scipy等機器學(xué)習(xí)庫進(jìn)行算法編程和數(shù)據(jù)分析[1-4]。

該課程屬于交叉學(xué)科，覆蓋多門先修課程，如概率統(tǒng)計、運籌優(yōu)化、編程語言等，要求學(xué)生有較強的數(shù)學(xué)建模和實踐編程能力，而且課程本身涉及的理論知識多、推導(dǎo)過程復(fù)雜，因此在教學(xué)中應(yīng)重點著眼于從知識學(xué)習(xí)到研究技能培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，注重學(xué)生獨立研究和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，采用討論式、啟發(fā)式的教學(xué)方式，去思考基本理論、模型、推導(dǎo)過程的實際含義，使學(xué)生“知其然，更知其所以然”，并能有機會接觸到研究熱點和前沿問題的來龍去脈，意義重大。在目前的課程開展過程中，主要存在以下一些問題，亟需在教學(xué)改革中逐步改進(jìn).

1統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法教學(xué)現(xiàn)狀

1.1教材內(nèi)容抽象，教學(xué)模式固化

目前我校在統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法課程教學(xué)中使用的教材是李航教授編著的《統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法》，參考書為周志華教授編著的《機器學(xué)習(xí)》和加雷斯·詹姆斯等編著的《統(tǒng)計學(xué)習(xí)導(dǎo)論—基于R應(yīng)用》，內(nèi)容涉及監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)以及強化學(xué)習(xí)等，包括經(jīng)典的機器學(xué)習(xí)方法（決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、樸素貝葉斯法、決策樹、邏輯斯諦回歸與大熵模型、支持向量機、提升方法、EM算法等），以及特征選擇、聚類方法、主成分分析、概率圖模型等。授課內(nèi)容涉及高等數(shù)學(xué)、概率論、統(tǒng)計學(xué)、最優(yōu)化、信息論、機器學(xué)習(xí)等各個領(lǐng)域的知識，理論性和實踐性都很強，并且處于不斷的發(fā)展更新過程中，教材講述較為抽象，內(nèi)容集中于從公式上推導(dǎo)各類算法的數(shù)學(xué)模型，模型結(jié)構(gòu)和求解算法復(fù)雜，實驗方法和實驗數(shù)據(jù)比較欠缺，使得初學(xué)者面對模型中深奧的數(shù)學(xué)理論望而卻步。

目前我校在統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法課程的教學(xué)中一直采用傳統(tǒng)的教師課堂講授、學(xué)生被動聽講的方式，重教師講授、輕學(xué)生參與，但由于理論知識枯燥，學(xué)生對模型的歸納形式、算法的理論推導(dǎo)僅限于淺層面理解，難以深入或系統(tǒng)性地理解模型背后的知識內(nèi)涵，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來深感抽象，因此學(xué)習(xí)積極性難以被調(diào)動。

1.2課堂教學(xué)與實際應(yīng)用脫節(jié)

統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法是實踐應(yīng)用性很強的課程，我校面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用方向的高年級本科生以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析方向的研究生開設(shè)了這門課程，課程教學(xué)學(xué)時為32學(xué)時，本科生配以課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)，研究生的教學(xué)實踐僅以課后實驗的方式開展。受課時所限，目前教學(xué)中存在重理論推導(dǎo)、輕應(yīng)用實踐的局限，課堂學(xué)時主要用于向?qū)W生講解理論知識，少有操作演示，教學(xué)形式太過單一，師生難以產(chǎn)生有效溝通和互動，在教學(xué)中容易出現(xiàn)各種問題，例如學(xué)生能夠理解理論但在實踐中無從下手；實驗內(nèi)容較少、實驗數(shù)據(jù)量過小，導(dǎo)致教學(xué)與實踐沒有真正達(dá)到結(jié)合，學(xué)生也很難感受到所學(xué)知識如何進(jìn)行實際應(yīng)用。

2教學(xué)現(xiàn)狀的探索

在以往的教學(xué)改革中，統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法教學(xué)團隊采用過翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)形式。首先由教師錄制教學(xué)視頻分享給學(xué)生，學(xué)生在上課前通過學(xué)習(xí)通平臺自主學(xué)習(xí)線上視頻，可以任由學(xué)生來決定視頻的播放終止，對于學(xué)生自身不了解的知識點，可以單獨重復(fù)播放，然后通過課前小測實施反饋過程化考核結(jié)果，促使一些學(xué)習(xí)進(jìn)度比較慢的學(xué)生提前預(yù)習(xí)，之后再回到課堂中進(jìn)行師生之間、生生之間面對面的學(xué)習(xí)成果交流。這樣的教學(xué)方法較之從前調(diào)整了課堂內(nèi)外時間比例，給予了學(xué)生更大的學(xué)習(xí)自主權(quán)，更加強調(diào)學(xué)生課前學(xué)習(xí)和師生的課堂互動，學(xué)生有更多時間專注于主動實踐學(xué)習(xí)，從而獲得更深層次的理解，方便教師針對學(xué)生自學(xué)情況因材施教，提高課堂效率。

在大數(shù)據(jù)應(yīng)用的導(dǎo)向下，數(shù)據(jù)分析算法和技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用在各個社會和科技領(lǐng)域，教師授課時亟需注意授課內(nèi)容的時效性和應(yīng)用性，對教學(xué)內(nèi)容做出及時更新，將科技前沿方法及其應(yīng)用引入課堂中，同時引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注最新的學(xué)術(shù)成果和產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用，主動思考這些成果中運用了哪些課堂所學(xué)知識。在這樣的背景下，項目式案例教學(xué)尤為適應(yīng)統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法課程的教學(xué)體系。本課程教學(xué)方法改革著眼于從知識學(xué)習(xí)到研究技能培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，注重學(xué)生獨立研究和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，采用討論式、啟發(fā)式的教學(xué)方式，去思考基本理論、模型、公式背后的意義，使學(xué)生接觸到研究熱點和前沿問題的來龍去脈。

此外，鼓勵學(xué)生在課外參加Kaggle、天池、和鯨社區(qū)等各類數(shù)據(jù)科學(xué)競賽活動，此類數(shù)據(jù)科學(xué)競賽能夠涵蓋python應(yīng)用、機器學(xué)習(xí)、計算機視覺、自然語言處理等多領(lǐng)域，融合項目案例，考察知識面較廣，形式較多樣化，有利于做到“以賽促學(xué)、以賽促教、賽創(chuàng)融合”，以便讓更多有創(chuàng)造力、有奮斗精神的學(xué)生接觸到前沿應(yīng)用，學(xué)到高、精、深的專業(yè)知識與技能，在專業(yè)“論劍”中突破知識局限，提升跨學(xué)科交叉融合的實踐能力。同時，該類競賽也給教師提供了互相學(xué)習(xí)交流的平臺，教師通過參加或指導(dǎo)學(xué)生參與競賽，積累了大量的實踐經(jīng)驗和更優(yōu)秀的教學(xué)資源，加強了教學(xué)和實踐的深度融合，有益于提升專業(yè)能力提升和教學(xué)質(zhì)量。

3教學(xué)內(nèi)容和方法的改革實踐

對高年級本科生和研究生來說，需要投入更多時間到科研課題和項目中，而這些科研項目多與相關(guān)的行業(yè)背景有一定聯(lián)系[5-7]。結(jié)合近年的教學(xué)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，多數(shù)選課學(xué)生會在后續(xù)的科研階段應(yīng)用該課程所學(xué)的數(shù)據(jù)分析算法展開課題研究。因此，該課程的教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)用能力優(yōu)劣直接影響到研究生在科研過程中的論文選題與研究路線，做好統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法的教學(xué)改革，提高其教學(xué)質(zhì)量迫在眉睫。下面主要分析《統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法》在教學(xué)內(nèi)容和手段上所采用的項目式案例教學(xué)方法，在每一種算法的學(xué)習(xí)階段，教師首先針對相應(yīng)的知識點準(zhǔn)備豐富的實際案例，由易到難、循序漸進(jìn)完成算法地建模過程和模型求解等理論知識的講解，然后通過學(xué)生分組、教師輔助的形式，由學(xué)生獨立完成編程和案例求解，并進(jìn)行小組成果展示和答辯。具體來說，擬在以下七個經(jīng)典模型算法方面整合更適合統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法教學(xué)的完整案例，從案例背景->數(shù)據(jù)收集->數(shù)據(jù)清洗->數(shù)據(jù)插補->特征降維->算法選取->程序調(diào)試->評估模型->課堂演示等步驟逐步深化，使得學(xué)生充分掌握使用統(tǒng)計模型和方法解決實踐問題的全過程。

結(jié)語

統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法的實踐教學(xué)改革是一項長期的任務(wù)，在實際教學(xué)過程中，細(xì)化教學(xué)目的、貫穿案例驅(qū)動、強化實踐教學(xué)，依據(jù)課程內(nèi)容，重在將統(tǒng)計學(xué)習(xí)的理論研究及與課程相關(guān)的最新前沿?zé)狳c應(yīng)用引入到教學(xué)內(nèi)容中，以研促教，以賽促學(xué)，注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)與科研素質(zhì)的養(yǎng)成，使學(xué)生有效掌握精粹、消除疑惑、理解抽象的算法，從而培養(yǎng)統(tǒng)計理論基礎(chǔ)好，實踐能力強，具有深厚的專業(yè)素質(zhì)，具備解決大數(shù)據(jù)時代中實踐應(yīng)用和挑戰(zhàn)的能力，從而更好地適應(yīng)新時代需求。

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基金項目：北京信息科技大學(xué)教學(xué)改革項目（2023JGSZ）

作者簡介：王昕（1978—），女，漢族，河北邯鄲人，博士，教授，研究方向：統(tǒng)計學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析。