基于免费网络平台的多元统计教学创新与实践

陈伟利+陈国华+余星

摘要：文章针对多元统计分析课程理论复杂、抽象，传统教学方法效果不理想的现状，阐述了以R语言和案例分析为核心的多元统计教学实践，以团队协作平台为依托、“可重复研究”为形式的上机实践，以综合考虑撰写课程论文、实验报告与平时表现为考核方式的教学改革思路。

关键词：多元统计；可重复研究；案例教学

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1002-4107（2014）09-0023-02

基金项目：湖南人文科技学院教改项目“R语言在多元统计教学中的应用”（RKJGY1321）

一、多元统计课程的地位与教学现状

多元统计分析是统计学的一个重要分支，是从经典 的统计学中发展起来的一门研究多维数据的统计分析方法的学科。多元统计方法是一种综合分析方法，它能在多个指标互相关联的情况下发现其统计规律。多元统计方法广泛应用于自然科学、社会科学、生物医学等各行各业，因此，多元统计分析课程作为传授多元数据处理方法的主要途径成为各大院校数学专业甚至经济、管理等非数学专业必修的一门课程[1]。与其广泛的应用形成鲜明对比的是其严密的数理基础和理论推导往往成为学生学习的障碍，传统教学注重课堂理论教学，忽视实践能力的培养。随着计算机和多媒体技术的发展，传统的教学模式逐渐被打破，多媒体教学与传统教学有机结合、注重统计软件的操作与学习、强调学以致用成为多元统计分析教学改革的趋势[2]。笔者基于湖南人文科技学院培养应用型人才的培养目标采取以R语言为教辅软件，以可重复研究的案例为教学重点，以科研在线文档库为平台组织课程，强调统计思想的传递，弱化理论推导，注重应用能力培养的教学模式，取得了较好的教学效果。

二、加强软件教学

多元统计分析的方法往往涉及大量数据的处理与运算，很多问题必须通过软件操作完成。因此统计软件的选择和教学也是多元统计教学中必须面对的问题。在众多的统计软件中SAS因其功能强大而被统计专业人员所乐道，但其不菲的价格和只租不卖的销售策略阻碍了它在高校中的流行。SPSS以其”易学、易用”的特点成为许多高校统计相关课程的首选教学软件，与SPSS相关的软件教程也较多，但SPSS不具备扩展性，不能编写新算法，只能使用系统提供的功能，不利于学生创新能力的培养。R语言是一个免费的开源软件，研究人员不仅可以自由地使用系统提供的各种统计方法，可以方便地查看其源代码以便深入了解统计思想的实现过程，同时在R语言社区网站有超过3000个解决各种问题的工具包可供免费下载使用。此外研究人员可以编写自己的程序来实现自己的理论和方法，因而R语言成为发展最快的软件，深受统计师生和专业人员的欢迎[3]。基于以上优点，笔者选择R语言作为教学辅助软件。

为了减少R语言软件学习的难度，方便学生快速上手，笔者利用电脑屏幕录制软件，将R语言的语法和操作以视频的形式分模块录制下来并上传网络，方便学生在课后自主学习，提高软件操作水平。此外，为提高学生的软件操作能力，笔者有意识地搜集了一些学生感兴趣的问题（如湖南省2013年数学建模竞赛暨全国大学生数学建模选拔赛试题），用R语言作为工具去分析实现，不仅能让学生熟练掌握R语言的语法和相关函数，同时让学生看到R语言高效的解决实际问题能力，提高了学生的学习兴趣。

三、强化基于可重复研究的案例教学

（一）可重复研究的内涵

所谓可重复的（reproducible）统计研究，就是一个研究结果既可以在作者手中生成出来，也可以“移植”到他人的平台中用同样的工具重复生成出来[4]，可重复研究的思想来源于文艺化编程（Literate Programming）[5]。从形式上看，可重复研究的案例或论文是一个文字与代码的混排文档，这个混排文档称为“源文件”，从源文件可以清晰地看到案例分析的过程和相应的代码。对源文件进行处理之后就可以得到“结果文件”。通过不同的设置，这个“结果文件”既可以包含代码，也可以只包含代码运行的结果，这时的结果文件与普通的分析报告就没有区别了。在R语言中，实现可重复研究非常简单，下载免费的R语言集成环境RStudio（http：//www.rstudio.com/），安装免费的knitr包，就能够编写MarkDown格式的文档（可以方便地转换为网页形式），如果电脑上安装有latex，也可以生成tex文件，并最终得到pdf格式的文档。

（二）基于可重复研究的教学实践

为配合学校“应用型人才”的培养目标，强化学生的实践能力，系内多元统计分析课程的上机课时占到了课程学时的1/3，使学生有足够的时间上机练习。在教学实践中，充分利用课堂时间，重点讲解统计方法的基本思想和实现步骤，弱化统计理论的推导（仅就关键理论进行推导），利用多媒体和R语言，结合课本上的例题演示软件的操作和结果提取。让学生在课堂学习中达到理解统计思想，熟悉分析步骤，掌握重点理论结果，熟悉相关函数的目的。为开拓学生视野，培养初步的科学研究能力，教师通过精心选择优秀和便于操作的相关杂志论文，以典型案例的形式，利用R语言再现其结果。通过对论文的深入剖析，让学生感受科学研究的魅力，体会统计方法的作用，提高解决实际问题的能力。

切实掌握统计方法和软件操作离不开上机实践。在上机实验之前，教师通过规定实验内容，撰写实验报告提纲，总结实验方法和R语言相关函数与参数，在学生上机实验之前发给学生学习，并要求学生在实验完成之后撰写实验报告。这一做法让学生在实验之前对实验内容胸有成竹，实验过程中有章可循，又能充分发挥所学撰写实验分析报告，调动了学生学习的积极性，提高了学习效率。

四、改革考核方式与内容

课程考核是教学活动的重要组成部分，是检验学生学习效果、评估教学质量的重要手段。传统的考核方式是期末试卷与平时成绩综合得分，但这一评价方法与应用为导向的教学并不匹配。笔者采用综合课程论文、实验报告和平时表现得出最终成绩的评价方式，在实践中效果较好。将课程的最终成绩与平时的学习、实验报告的完成质量结合起来，改变了以往“一考定终身”的考核方式，最终的成绩以不同的权重分散于学习的各个阶段，有效地破除了部分学生“平时不学，考试作弊”的心理，因而更全面、公平地考查了学生的学习效果和学习态度。

五、打造网络教学平台

在信息时代的背景下，充分利用网络资源，加强师生之间的网络互动，既能改变现在大学师生间缺乏有效沟通这一现状，又能激发学生的学习兴趣，提高学习效果。笔者在搜索网络协同工具时无意中了解到科研在线的团队文档库（http：//ddl.escience.cn/），经深入了解之后发现，这一免费的平台能够基本满足网络教学这一需要。下面，结合笔者的教学实践，对这一个平台做简单介绍。

科研在线是中国科技网面向科研学者的科研应用服务门户，中国科技网是中国科学院领导下的学术性、非营利的科研计算机网络（http：//www.escience.cn/）。而团队文档库则是科研在线提供的面向团队的文档协作与管理工具。教师通过注册一个账号，创建一个团队，同时邀请所有的学生加入该团队，一个由学生和教师组成的教学系统就具有了初步的轮廓。在教学过程中，教师首先将课件、参考论文、实验要求、典型案例、软件操作方法视频等相关资料上传到文档库的公共资源部分，所有学生都可以自由地下载和学习。其次，在文档库中为每一个学生建立相应文件夹，学生平时的实验报告和课程论文都以word形式上传至自己的文件夹下，由于文档库具有版本控制的功能，学生每次都可以在同一个文件中输入相关内容，系统会自动记录不同版本之间的区别，待课程结束，只需将最终版本下载下来，就可以得到属于学生自己的实验报告手册。最后，系统中的文件都记录了版本，具有评价、分享等功能，因此教师可以对学生的报告、论文进行修改指导，对优秀的实验报告、论文可以分享给所有人学习、模仿。使用文档库的另一个重要意义在于随着教授学生人数的增长，文档库中的相关资料也会越来越多，教师通过整理选出优秀的学生实验报告和论文，不仅可以充实课程的教学资料，也可以成为课程的“知识库”，使后来的学生可以站在“前人的肩膀上”，获得更好的学习效果。

多元统计分析课程是一门应用性很强的统计课程，由于其应用的广泛性，各大高校越来越重视该课程的教学改革。笔者基于教学实践，介绍了以可重复研究为核心的案例教学和相应的考核方式，重点介绍了以科研在线文档库为平台打造的网络教学模式。随着计算机和网络技术的发展，未来的课程教学和组织中网络的成分必然会越来越大。

参考文献：

[1]葛虹，朱洪文，王淑杰.高级统计学的教学实践与思考[J].大学数学，2010，(1).

[2]朱辉.“应用多元统计分析”课程教学改革实践探索——立足于“学以致用”视角[J].统计与咨询，2012，(3).

[3]冯雪楠，崔玉杰.实用统计软件比较分析[J].北方工业大学学报，2008，(1).

[4]谢益辉.Sweave：打造一个可重复的统计研究流程[EB/OL].http：//cos.name/2010/11/reproducible-research-in-statistics/.

[5]Knuth D E.Literate programming[J].The Computer Journal，1984，27(2)：97-111.

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