(时间序列分析)演示教学

㊀㊀㊀㊀㊀数学学习与研究㊀２０２２ １７时间序列分析线上线下混合教学立体化教材建设时间序列分析 线上线下混合教学立体化教材建设Һ张春晓㊀姬永刚㊀（中国民航大学理学院，天津㊀３００３００）㊀㊀ʌ摘要ɔ 时间序列分析 是中国民航大学理学院统计学专业开设的核心课程，开展该课程的立体化教材建设，是当前线上线下混合创新教学模式的需要，是优化时空教学设计，加强网络资源建设，激发学生主动学习活力，提高教师授课质量的重要保证．本文针对 时间序列分析 课程教材建设存在的不足，开发以项目化和案例化为主要形式的教材蓝本，体现线上媒介形式和线下教学模式有效结合的立体化教材，旨在更好地实现统计学专业课程偏向训练学生数据分析实践技能的培养目标．ʌ关键词ɔ互联网技术；统计学专业；时间序列分析；立体化教材ʌ基金项目ɔ２０１９年中国民航大学校级精品建设课 时间序列分析 立项资助（ＣＡＵＣ－２０１９－Ｂ１－１０８）引㊀言随着移动网络㊁数据挖掘㊁人工智能等技术的快速发展，以及各种在线教育平台的迅速兴起，我国高校采用线下教学与线上教学相融合的混合教学模式已成为常态． 时间序列分析 是中国民航大学理学院统计学专业开设的核心课程，为满足 互联网＋教育 背景下建设共享资源精品课程的需要，课程组从２０１８年开始基于在线教学平台创新教学模式㊁变革课程资源建设和建立管理机制，这就对教材的立体化建设提出了新的要求和挑战．立体化教材是现代创新教学模式与网络技术结合的产物，以经典纸质教材为基础，以课程教学目标为中心，集合多层次㊁多媒介㊁多类型及多用途的教学资源和多种教学服务为内容的结构性配套教学出版物［１］．欧美高等学府在二十世纪末已有应用的立体化教材，我国在２００２年６月召开的 高等学校立体化教材建设研讨会 上，为了深入做好国家规划教材工作提出了立体化教材的建设思路与实施方法．此后历经了三个阶段的发展：第一阶段是教材学习包，第二阶段是教材资源库，最后一个阶段是形成立体化教材［２］．一本优秀的立体化教材应立足于一体化设计的共享教学平台，在表现形式上呈现全媒体形态［３］，可为教师与学生提供多种媒介形式的教材信息，进而为保障课程的线上线下时空转移教学及其拓展活动创造条件．本文拟针对 时间序列分析 精品课建设的需要，设计以项目化和案例化为主题的教材蓝本，开发体现线上媒介形式和线下教学模式有效结合的立体化教材，旨在优化教学时空设计，激发学生主动学习兴趣，提高教师教学水平，实现统计学专业偏向训练学生数据分析实践技能的培养目标．１㊀教材现状时间序列分析 课程经过多年的教学经验总结，尤其是被建设为校级精品课程后，已成为统计学专业同类课程中教学过程完善㊁教学内容丰富㊁教学手段有特色，且有显著教学效果的一门课程．但是，现有的 时间序列分析 教材仅侧重根据教学内容构建教材体系，在建设过程中仍存在以下问题：（１）教材内容完善，但缺乏整体系统设计．该课程现有教材已完善教学内容且表现形式多样化，包括纸质教材㊁教学文件（课程大纲㊁教材介绍㊁课程介绍㊁考核标准等）㊁案例集‘时间序列分析民航案例“㊁习题集‘时间序列分析习题指导“㊁实验集‘时间序列分析上机实验指导“㊁电子教案㊁网络教学视频㊁试题库等．然而，这些教学材料只是简单罗列上传在网络教学平台上，缺乏一体化的教学设计，导致各种教材内在关联性不强，缺乏网络信息技术的有效融入，甚至有部分教学材料没有起到应有的辅助作用．（２）没有完全理顺 立体化教材 及教学对象的关系，学生体验性不够．在课程立体化教材建设过程中，一方面由于教师不熟悉网络教学平台，教学材料的编排与呈现形式单一，缺乏层次化；另一方面，教师对立体化教材的需求分析限于教学大纲要求和课堂经验，没有兼顾学生课堂外的学习需求．同时，教材构成中没有实现体验性较强的教材内容（如虚拟实验和互动交流平台等），限制了知识的有效应用和实践能力的培养［３］．（３）教材编制标准不统一，尚未确立多元化的评价体系．本课程教材建设团队在整体教学设计风格上协调性不够，并且对网络技术和媒介形式掌握程度不一，导致教材内容编排格式不统一，在针对性㊁系统性和实用性等方面做得不够好，影响了立体化教材的运用效果．另外，由于该课程线上线下教学模式正处于探索发展中，缺乏规范化㊁程序化和操作性强的教材编制标准和评价标准［４］，因而立体化教材建设尚有较大的不确定性和成长空间．㊀㊀㊀㊀数学学习与研究㊀２０２２ １７（４）实验教材结构与理论内容关联密切性不够． 时间序列分析 是应用性很强的一门统计学专业课程，要求学生掌握扎实的基础理论和实践操作能力．然而在实际教学中，普遍存在着理论与实践脱节的现象［５］，不少学生修完了课程，考试拿到了高分，但在实际应用中不能学以致用．原因之一是现存教材在理论和实践上缺乏整体的架构，只能提供局部的解决方案，比如仅针对理论教学的教材及参考书，仅针对实践教学的实验指导和习题指导等．因此，该课程实验教材章节结构要和所学的理论教材知识体系相配套，实现理论和实践教学并重．２㊀ 立体化教材 建设思路针对以上不足，提出以下立体化教材设计思路：（１）瞄准专业发展定位，完成立体化教材建设整体设计．我校统计学专业致力于培养基础扎实㊁知识面宽㊁作风严实，具有实践精神和创新能力的社会和民航统计领域高素质应用型人才，因此要按照 严㊁实㊁能㊁用 的人才培养思路，开展立体化教材体系结构框架整体导向设计．一是紧盯人才的培养需求，注重教学材料的系统架构，将培养目标㊁课程内容㊁教学方法㊁线上线下资源有机融合．二是遵从知识的递进原理，将教材内容梳理为 原理＋模型＋应用 三个层级，确保知识体系由易到难㊁由单一到综合㊁由基础到创新，层层递进，步步提升［６］．三是采取模块化㊁专题化设计，将教材体系的研究内容细化为 时间序列基础理论㊁平稳与非平稳模型构建㊁预测与决策㊁民航案例 四类模块，形成教学方向明确㊁应用界面清晰㊁模块衔接合理的立体化教材架构．（２）把握课程教学的特点与规律，优化组合教材体系的内容．以时间序列预测问题为研究对象，对模型设计㊁构建㊁检验㊁应用等全过程的特点和规律进行研究，坚持 以案例为牵引㊁原理与技术并重 的理念，优化立体化教材内容，做到 三个融合 ［７］．一是理论与实践融合．理论部分系统阐述时间序列分析的基本概念㊁原理和方法，实践部分注重结合民航统计工作精选典型案例充实完善实践环节．二是一般与特殊融合．既系统阐述各类时间序列项目的基本特征㊁基本规律，又紧密结合民航统计预测与决策的特点．三是经典与创新融合．一方面继承基础理论模型，充分借鉴和吸收已有的研究成果，另一方面针对当前海量数据和信息海洋的时代，引入新的时序分析模型和预测技术，丰富和发展立体化教材的内容．（３）突出线上教学模式的需要，系统化㊁多样化呈现教材资源．依托网络㊁数据挖掘㊁多媒体等信息技术，从教师与学生双向角度出发，提供一整套最大限度满足教与学需要的系统化立体教材，主要目的是适应线上线下混合教学模式需要，提高课程教学质量和效果［４］．突出线上教学的特点与规律，有效利用ＩＴ技术，开发互联网教学平台支持下的立体化教材，使之具有网络化㊁多媒体化与便捷化的特点．教材内容既包括纸质文档㊁数据库与案例集等静态信息形式，也包括视频㊁网络流媒体㊁超级链接等动态形式［１］，将诸如电子课本㊁ＰＰＴ㊁网络教学视频㊁题库㊁互动交流平台㊁学术论坛㊁统计网站等多样化呈现，形成具有该课程特色的 立体化教材 ，使教与学的自由度㊁灵活性㊁创新性和适用性大幅提升．３㊀适应线上线下混合教学模式的 立体化教材 构建 时间序列分析 课程的立体化教材在统计学专业培养方案指导下，依托互联网技术，融合课程教学包㊁教学资源库和网络教学平台三个模块信息，构建具有系统化设计思路的课程教学资源集约平台，其建设流程如图所示．立体化教材建设流程图教材内容包括纸质主教材和数字教材㊁教学参考书，学习指导书和电子图书㊁电子教案和ＰＰＴ㊁网络教学视频㊁实验教学文档㊁数据库㊁工具软件㊁题库，民航案例库㊁统计网站㊁超链接等模块，其中六个主要模块介绍如下：（１）电子版教材．课程选用国家级规划教材‘应用时间序列分析“（中国统计出版社出版），是根据教育部统计学教学指导委员会所设计的课程体系和教学内容编写的，有非常特殊的㊁自成体系的一套分析方法，借助计算机的存储和分析功能来模拟时序分析方法的深奥数学理论和复杂运算，从而使读者可轻松掌握和运用时间序列分析方法．全书共十一章，系统地介绍了时间序列分析的基本理论㊁基本思想㊁基本方法及其应用，各章均附有思考与练习，书后还附有例题用的数据，便于教师组织教学和学生进行学习．（２）电子教案和ＰＰＴ．根据线上线下混合教学模式的需求及时更新教学资源，对教学内容㊁方法等进行重新设计，注重理论联系实际，制作电子教案和ＰＰＴ，体现经典和主流㊀㊀㊀㊀㊀数学学习与研究㊀２０２２ １７的时间序列模型和方法，并嵌入时间序列分析软件，进行民航案例教学，突出民航特色，将知识传授㊁能力培养㊁素质教育相融合．（３）线上教学视频．借助网络教学平台，对线上教学内容进行有效提炼和组织，由专业教师进行系统讲解，并按章节剪辑成与线下课程同步的教学视频，供使用者观摩和学习．本课程中的教学视频，主要通过自制视频㊁同步音频㊁手写白板及软件演示等方式，将重点知识切入案例中进行精细讲解，从而达到立体化的传播效果，实现对传统学习方式的改革，形成 课前学习㊁课中释疑㊁课后实践 相结合的自主学习模式．学生可以按照教学视频一步步操作时间序列模型，还可以根据Ｅｘｃｅｌ源数据文件进行ＳＰＳＳ或ＥＶＩＥＷＳ软件的操作练习，从而更容易掌握时间序列分析的预测与决策功能．（４）实验教学．课程组编写‘时间序列分析上机实验指导“，将其引入实践教学，培养学生从数据中发现问题㊁用时间序列分析方法分析问题和熟练运用ＳＰＳＳ和ＥＶＩＥＷＳ软件解决问题的能力．将实际时间序列预测或决策问题作为实验对象，将实验过程录成视频，放在云平台，实现从线下课堂到线上平台的转变，让学生在仿真实验室环境中进行５次共１０个课时的实验．通过软件操作使学生熟练地建立模型和应用模型，提升学生分析问题㊁解决问题的能力，为社会培养高素质㊁高层次的统计人才提供重要途径．（５）习题库．首先，本教材编写组编写了‘时间序列分析习题指导“，与课后习题相对应，使用者可以检验自己做题的过程与参考答案是否一致，并找出练习过程中的失误点，提高学习质量．其次，提供了时间序列分析主要理论知识点的试题集，帮助学生进行复习巩固．与传统的题库相比，立体化教材题库的目标更明确，内容更丰富，形式更多样．（６）民航案例集．课程组构建了体现理科统计学和民航特色的‘应用回归分析民航案例“，渗透民航经济㊁管理㊁维修㊁安全等领域．以基本型㊁提高型㊁创新型三个能力层次和应用统计学方法的实践能力训练为主线，建立了具有行业特色的统计学专业案例素材库，实现了案例结构模块化，案例内容层次化和案例教学科研一体化．借助计算机软件辅助实验㊁网络平台交流与民航案例教学相结合，实现案例教学方法多样化，教学手段现代化．在案例设计中尝试营造科学探究的情境，使学生自主㊁独立地发现生产科研实际问题，进行调查㊁搜集㊁整理与分析信息，保证学生既具有坚实的数理统计学理论与方法，又具有丰富的民航知识，还具有熟练的计算机应用技能，满足民航部门对统计人才质量的要求．此外，在网络教学平台上传了ＳＰＳＳ软件和ＥＶＩＥＷＳ软件，以及一些数据集．同时，在云平台上传了统计软件的网络教学视频，学生可利用软件进行各类时间序列分析．另外，在ＢＢ平台上提供了一些有用的网站链接，可以找到更多的统计资源，如中国统计年鉴㊁民航统计数据等．这些网络资源有效补充了本课程的教学需要，在线上线下教学中发挥了作用．４㊀结㊀论在网络集约化教学平台上构建 时间序列分析 立体化教材，突破了传统教材表现形式单一㊁知识结构滞后㊁教学手段落后等问题，补充了各类时序模型不同媒介形式的教学材料，强调对实践能力的培养． 时间序列分析 立体化教材的构建以网络教学平台ＳＰＯＣ为依托，适应线上线下混合教学模式的需要．这种新形态的 立体化教材 ，一方面重构教学内容，使教学从封闭式变为开放式，从被动单向式变为互动式；另一方面优化教学资源，将教学材料从纸质媒介转变为多媒介互动互补的集约平台［８］，从而实施 以案例为牵引㊁原理与技术并重 为核心的线上线下混合教学．立体化教材 实现了网上学习民航案例集的创新教学模式，可使学生以时间序列分析方法解决有关统计预测与决策的问题，并能正确使用多种预测方法和统计软件，从而使学生能运用时序分析方法去描述问题㊁分析问题㊁解决问题，为后续专业课程及统计实践课程打下坚实的基础，为学生未来在民航相关部门及其他社会经济部门从事数据分析㊁市场研究㊁经济预测与决策等工作提供科学的理论和方法．ʌ参考文献ɔ［１］高细明．信息技术时代高职高专商务英语立体化教材建设研究［Ｊ］．现代商贸工业，２０２０（１５）：１７６－１７７．［２］秦虹，张武升． 互联网＋教育 的本质特点和发展趋向［Ｊ］．教育研究，２０１６（６）：８－１０．［３］李科生，蒋志辉． 互联网＋ 支持下的 立体化教材 开发探讨［Ｊ］．出版科学，２０１８（１）：４３－４６．［４］高珊．全方位立体化教材建设及管理系统研究与实践［Ｄ］．长春：长春理工大学，２００４．［５］王延伟，张丽娟，景晓真．经管类本科生统计学网络实验教材的编写［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１９（６）：２５２－２５５．［６］刘君华，郑黎明．商务英语函电精品课程建设的探索与实践［Ｊ］．科技创新导报，２０１０（２７）：１４９．［７］阚丽娟，徐吉辉，宋晓博．航空装备安全工程本科新专业教材体系建设探索［Ｊ］．大学教育，２０２０（５）：１６－１９．［８］李玉青．立体教材建设的研究与实践［Ｊ］．科技资讯，２０１７（３５）：１６１，１６３．。

《时间序列分析》课程教学大纲课程编号：07245课程名称：时间序列分析英文名称：Time Series Analysis课程类型：专业方向课课程要求：限选课学时/学分：56^.5 （讲课学时：48实验学时：0上机学时：8）开课学期：7适用专业：数学与应用数学授课语言：中文课程网站：无一、课程性质与任务《时间序列分析》是高等院校应用数学类专业的一门专业理论课。

通过本门课程的教学, 使学生较系统、完整的了解线性回归理论和时间序列分析的基本理论，学会运用线性回归理论和时间序列分析理论构建数学模型，解决现实生产和生活中的实际问题。

时间序列分析的理论被广泛应用于经济学、生物医学、人口统计等多门学科领域，本课程的任务是使学生能够根据所学理论解决各个领域中的数学建模问题，并通过学习并使用统计软件Eviews,会对模型中的数据进行处理，得到符合实际的结论。

二、课程与其他课程的联系《时间序列分析》课程作为数学专业的专业课程之一，以《概率论》、《数理统计》为主要理论基础，并涉及到《数学分析》和《高等代数》的学科的应用。

该门学科紧密联系实际, 并紧跟时代发展前沿，在大数据时代，本学科能将数学系学生所学专业知识直接转化为解决数据分析问题方法和手段。

三、课程教学目标1.通过《时间序列分析》课程的学习，掌握时间序列的基本定义、模型建立前期数据处理、模型选择和建立等基本理论。

学生学会ARMA模型的预处理、模型识别、模型优化及预测。

并在该基础模型的基础上，掌握非平稳时间序列的基础知识和相应主要模型的构建。

掌握条件异方差模型的建立和应用，掌握伪回归的判定和协整理论。

要求学生能够熟练应用统计软件，如Eviews、STATA等。

（支撑毕业要求指标点4.1）2.通过学习，培养学生应用能力。

将所学的时间序列分析模型理论，利用实际数据，进行模型选择，对数据进行分析和处理，根据理论要求选择适当的模型，并能够准确进行模型建立和参数估计，并根据模型优化理论选择最优模型。