理论联系实际,提高《水文统计学》教学质量

1、理论联系实际，提高水文统计学教学质量 水文统计学是根据水文现象的特点，将概率论与数理统计 的原理和方法应用于水文数据的分析并做出推断的学科。其主要 研究对象为各种水文特征值，如年洪峰流量、年径流量、各种雨 量、泥沙、水位等。水文现象除受由日地关系所确定的周期性因 素、由物理关系所制约的确定性因素的影响外，还受到大量随机 因素的影响。因此，概率统计方法便成为分析水文现象，揭示其 统计规律的重要手段。水文统计学为工程水文、 水文分析与计算 提供计算的基本理论与方法。通过工程水文及水文分析与计算， 水文统计学对工程的水文设计数据的合理性有很大影响，从而有 重要的社会经济意义。 水文统计学这门课程就是

2、介绍水文统计学这一学科的 专业课，是水文与水资源工程专业一门重要的专业基础课，它具 有较强的理论性和实用性， 是研究水文现象的有力工具， 在水文 生产和科研中应用十分广泛。 根据教学计划，该课程安排在大三 上学期，在水文专业学生学完概率论与数理统计后开课，是 水文专业学生从公共基础课学习过渡到专业课学习的一个桥梁， 是学习其他专业课程（如水文预报、水文水利计算等） 的基础。因此，该课程学习效果的好坏，不仅直接影响其他水文 专业课的学习，而且对学生毕业后从事生产实践和科学研究都将 产生重要影响。 然而，由于这门课程比较抽象，在实际教学过程中，学生 普遍反映这门课程比较难学、基本概念比较抽象、不易

3、掌握、数 学基础要求高。笔者从事水文统计学已有几年，在这几年的 教学过程中，和学生一起学习，小有收获，在此笔者就如何理论 联系实际，以提高本课程的教学效果作一些理论探讨。 一、理论联系实际，激发学习兴趣 我校水文专业水文统计学这门课程选用的教材是河海 大学黄振平老师编写的水文统计学。该教材是国家十五规划 系列教材，是黄振平老师多年从事水文统计教学的经验总结。该 教材比较系统地介绍了水文工作中常用的概率论与数理统计原 理与方法，由概率论、数理统计、误差分析以及随机过程四部分 组成。全书条理清晰，叙述简练通俗，循序渐进。书中例题较多， 每章配有适量习题，书后还附有习题答案和常用数表。 应该说选 用

4、这本书作为水文统计学的教材最合适不过了，但令我意外 的是，在第一次上课的时候，预习了的学生提出这样一个问题： 黄振平老师的水文统计学前面八章和他们刚刚学完的概率 论与数理统计很相似，他们觉得没有必要重新学一门名字不同， 但内容相似的课程。课后，我仔细对比了水文统计学与概 率论与数理统计，确实从内容上看，这两本书有太多的相似之 初，但仔细比较，两者还是有不同之处。 最大的不同就是两者的侧重点不同。概率论与数理统计是 研究随机现象统计规律的一门学科，具有严密的系统性和逻辑 性；而水文统计学是结合水文现象的实际，介绍概率论与数 理统计的基本概念与原理，其中大部分内容和方法属于概率论与 数理统计的具体

5、应用。由此看出，水文统计学不同于一般的概率 论与数理统计，它是从水文工作的实际需要出发， 在适当注意数 学理论的严密性和系统性的前提下，更注重理论与方法的应用。 将水文统计学与概率论与数理统计联系起来是因 为：水文现象同其它一切自然现象一样，在其发生发展过程中， 既有确定性的一面，也有随机性的一面。水文统计学就是研究水 文现象随机性的科学，它广泛应用于水文学的各个方面， 如在水 文测验中，站网的规划，测验规范的制定，测验误差的分析等； 此外，在水文水利计算的规划设计及运行管理等领域，也都要用 到概率统计方法。这就决定了要想学好 水文统计学这门课程， 我们必须理论联系实际，当然首先是要理论联系实

6、际激发学生的 学习兴趣。 在弄清楚水文统计学与概率论与数理统计的区别 与联系后，第二次课上笔者首先列举了大量的水文统计学在 水文工作中的应用实例。比如，举世瞩目的三峡工程，它的坝高 是如何确定的？在一个流域， 怎样合理布置测站，以最经济的方 式控制整个流域的水文要素？在听完这些生动的实例后，学 生终于明白这门课程和他们刚刚学完的 概率论与数理统计 不 一样。以前在概率论与数理统计中枯燥的知识、不知道怎么 用的知识，现在看起来都这么有用，因此学习这门功课的兴趣大 、理论联系实际，理解抽象概念 水文统计学中的许多概念和理论往往与大量的实际问题紧 密联系， 这使得这些概念与理论都具有十分明确的实际意

7、义。 水 文统计学中的许多概率统计理论与方法不仅在水文领域中被广 泛应用，而且在工业、农业、军事、交通、通讯、卫生等很多行 业都大放异彩。因此，在教学过程中理论联系实际，不仅能激发 学生学习本课程的兴趣， 还能帮助学生理解这些抽象的概念与理 论。 1 实际上，在长期的学习和社会时间中，学生都已具备一些 概率统计方面的感性认识， 仅仅是还没上升到理论高度而已。 比 如最简单、 最公平的解决分配问题的方法“抓阄”。 大多数 人都愿意用“抓阄”的方法来解决有关“分配”问题， 这是因为 他们意识到每人“抽中”的机会是相等的。再比如竞技运动中， 通过抛硬币决定发球的先后， 这是因为抛硬币出现正面和反面的

8、 可能性一样大。诸如此类的问题在我们生活中很常见，所以，如 果在教学过程中借助学生已有的知识和生活经验介绍有关概念 往往能帮组他们理解这些抽象的概念， 取得较好的教学效果。 最 明显的一个案例是结合实际让学生理解极大似然原理。 极大似然 原理在参数估计中的应用十分重要， 这个原理也比较抽象， 因此 在介绍极大似然原理时， 先让学生考虑如下问题： 一个盒子里有 红、白两种颜色的球 100个，已知其中 10 个为一种颜色，另外 90 个另一种颜色。现从中任取一球为红球，试估计盒中白球有 几个？ 2 几乎所有的学生都能估计出盒中白球有 10 个。部分学 生张还能给出理由： 经验告诉我们取出的球应该为

9、数量占绝对优 势的那种颜色球， 因为抽到数量占绝对优势的球的可能性比另一 种球大得多， 而从盒中取出一球为红球， 因而盒中红球应该比白 球多，由此可以估计盒中白球数为 10 个。实际上这就应用了极 大似然原理的基本思想：如果在一次随机试验中某一事件发生 了，则可认为在诸多可能发生的事件中该事件发生的可能性最 大。由此看出， 大多数学生都已经具备了极大似然估计的基本知 识。通过理论联系实际，通过这样一个简单、具体的实例可以让 学生很快理解并掌握该原理。 三、理论联系实际，介绍统计软件 水文统计学中的一些原理很简单，可要应用于水文实际， 若不借助计算机， 常常无法实现。 这是因为水文数据的数据量一

10、 般很大，若没有计算机做辅助计算工具，单凭人工计算，简单的 问题也很难解决。最明显的一个例子，是在线性回归的计算中， 一方面我们要让学生掌握线性回归计算的原理以及解题步骤， 在 这个内容的讲解过程中，我们通常只列出几对数据进行演示讲 解；另一方面我们要让学生知道，在实际计算中，通常数据量是 很大的， 也就是数据的对数是很大的， 这个时候我们必须借助计 算机进行计算，最简单、最常用的一个软件就是EXCEL应用 EXCELS件自带的计算及函数功能我们常常可以忽略数据量的多 少，这也是我们在实际中解决问题之道。相比之下，后者应该是 学生掌握的重点， 因此， 在教学过程中我们应该让学生在掌握基 本原理

11、的基础上，重点掌握用 EXCEL软件解决统计问题的方法。 实践也证明， 这方面的教学大部分学生都很感兴趣， 认为在以后 的深造和工作过程中很有实用价值，教学反映良好。 在学生掌握以上知识的基础上，可进一步理论联系实际， 向他们介绍一些专业的统计软件，如 SIGMASTA、T MATL A、B SPSS 等，以进一步激发他们学习本课程的兴趣， 同时鼓励学有余力的 学生利用课余时间学习这些统计软件。 四、理论联系实际，以科研促教学 在前面我们已经讲到，水文统计学在水文工作实际中有很 多应用。这种应用如果只停留在口头上，一方面学生认同、重视 的程度不够； 另一方面， 学生对具体怎么应用统计学的知识解决 实际水文问题还是不清楚， 因此，有必要拿出具体的水文科研项 目，以此为案例进行讲解。 在本学期的水文统计教学过程中，恰好有这么一个机会。 当时我校附近某水文站正在进行水位流量关系单值化处理研究， 另一方面， 学校正在鼓励学生申报大学生创新实验计划。 于是我 将这两者结合起来