在自然界與人類的社會活動中會出現(xiàn)各種各樣的現(xiàn)象,既有確定性現(xiàn)象,又有隨機現(xiàn)象。隨機現(xiàn)象在日常生活中隨處可見,概率是研究隨機現(xiàn)象規(guī)律的學(xué)科,它為人們認識客觀世界提供了重要的思維模式和解決問題的方法。
教科書把概率放在統(tǒng)計之后,體現(xiàn)了先統(tǒng)計后概率的思想,F(xiàn)代社會是信息化的社會,人們常常需要收集數(shù)據(jù),根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)提取有價值的信息,做出合理的決策。統(tǒng)計是研究如何合理收集、整理、分析數(shù)據(jù)的學(xué)科,它可以為人們制定決策提供依據(jù)。近年來,統(tǒng)計在實際中得到廣泛的應(yīng)用,用數(shù)據(jù)、圖表等說明問題更有說服力,更直觀、更容易理解。概率為統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。
由于概率統(tǒng)計的應(yīng)用性強,有利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識和動手能力,在數(shù)學(xué)課程中,加強概率統(tǒng)計的份量成為必然!镀胀高中數(shù)學(xué)課程標準(實驗)》(以下簡稱《標準》)設(shè)置了“統(tǒng)計與概率”的內(nèi)容,目的就在于發(fā)展數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,使學(xué)生體會數(shù)學(xué)在實際中的應(yīng)用價值,同時更全面地培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。
本章包括3節(jié),教學(xué)約需8課時,具體內(nèi)容和課時分配(僅供參考)如下:
3.1 隨機事件的概率 約3課時
閱讀與思考 天氣變化的認識過程
3.2 古典概型 約2課時
3.3 幾何概型 約2課時
閱讀與思考 概率和密碼
小 結(jié) 約1課時
一、教科書內(nèi)容與課程學(xué)習(xí)目標
本章知識結(jié)構(gòu)框圖如下:
本章包括以下內(nèi)容:(1)隨機事件的概率的統(tǒng)計定義,通過一些具體實例介紹概率的意義,概率的基本性質(zhì);(2)古典概型的特征及概率的計算公式;(3)幾何概型的特征及概率的計算公式;(4)利用隨機模擬的方法估計隨機事件的概率。教科書首先通過具體實例給出了隨機事件的定義,通過拋擲硬幣的試驗,觀察正面朝上的次數(shù)和比例,引出了隨機事件出現(xiàn)的頻數(shù)和頻率的定義,并且利用計算機模擬擲硬幣試驗,給出試驗結(jié)果的統(tǒng)計表和直觀的折線圖,使學(xué)生觀察到隨著試驗次數(shù)的增加,隨機事件發(fā)生的頻率穩(wěn)定在某個常數(shù)附近,從而給出概率的統(tǒng)計定義。
概率的意義是本章的重點內(nèi)容。教科書從下列幾方面解釋概率的意義:
。1)概率的大小可以用來檢驗游戲的公平性。
。2)正確理解隨機事件的概率的意義,澄清日常生活中出現(xiàn)的一些錯誤認識。例如,盡管拋擲一枚硬幣出現(xiàn)正面的概率為0.5,但連續(xù)兩次拋擲硬幣,不一定會出現(xiàn)一次正面和一次反面。又如,中獎率為 的彩票,買1 000張不一定中獎。
。3)統(tǒng)計中極大似然思想的概率解釋,在一次試驗中概率大的事件比概率小的事件出現(xiàn)的可能性更大。
(4)每天聽到的天氣預(yù)報中降水概率的解釋。
。5)用概率解釋遺傳學(xué)的機理。
通過擲骰子的試驗,給出事件之間的關(guān)系與運算,包括包含關(guān)系、相等關(guān)系、并事件、交事件、互斥事件、對立事件。利用頻率與概率的關(guān)系,由頻率的加法公式得到概率的加法公式。
通過擲硬幣和擲骰子的試驗,引入古典概型。導(dǎo)出古典概型中計算某個隨機事件的概率的公式。教科書中的4個例題都有應(yīng)用背景,學(xué)生比較熟悉,容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教科書力求在每道例題計算出隨機事件的概率后給出解釋,幫助學(xué)生更好地理解概率的意義。幾何概型是新課標增加的內(nèi)容,要求初步體會幾何概型的意義,所以教科書中選用的例題都是比較簡單的。
隨機數(shù)的產(chǎn)生與隨機模擬也是新課標增加的內(nèi)容,教科書中分兩部分介紹:第一部分是在第2節(jié),分別介紹了用計算器和計算機中的Excel軟件產(chǎn)生取整數(shù)值的隨機數(shù)的方法,這樣的隨機數(shù)可以用在簡單隨機抽樣中。第二部分是在第3節(jié),分別介紹了用計算器和計算機中的Excel軟件產(chǎn)生取均勻隨機數(shù)的方法。通過具體實例,介紹了利用隨機模擬的方法估計隨機事件的概率、估計圓周率的值、近似計算不規(guī)則圖形的面積。
通過閱讀與思考“天氣變化的認識過程”,加深學(xué)生對隨機現(xiàn)象的理解,使學(xué)生了解人類認識隨機現(xiàn)象的過程是逐步深入的。通過閱讀與思考“概率和密碼”,讓學(xué)生了解概率這門學(xué)科在實際中是十分有用的,目的是引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)概率的興趣。
二、本章編寫特點
1.聯(lián)系實際介紹概率在實際中的應(yīng)用
概率起源于現(xiàn)實生活,應(yīng)用于現(xiàn)實生活,教科書無論在背景材料、例題和閱讀與思考欄目的選材上都注意聯(lián)系實際。在介紹概率意義的部分,討論了彩票中獎率的理解,體育比賽的發(fā)球權(quán)等游戲公平性的問題,天氣預(yù)報中降水概率的理解,解釋了遺傳機理的統(tǒng)計規(guī)律。古典概型部分的例題,涉及標準化考試中單選題與多選題的討論,儲蓄卡密碼的問題,抽樣檢測產(chǎn)品是否合格的問題。隨機模擬部分的例題,包括模擬下雨概率的例題,近似計算不規(guī)則圖形的面積。閱讀與思考“天氣變化的認識過程”,介紹了天氣變化的認識過程,概率在破譯密碼與反破譯密碼中的應(yīng)用。
2.重視應(yīng)用統(tǒng)計圖與統(tǒng)計表
教科書中充分利用統(tǒng)計圖與統(tǒng)計表直觀清晰的特點,展示試驗的結(jié)果。在給出概率的統(tǒng)計定義之前,為使學(xué)生發(fā)現(xiàn)頻率的穩(wěn)定性,不僅僅讓學(xué)生動手做擲硬幣的試驗,而且通過計算機模擬擲硬幣的試驗結(jié)果的統(tǒng)計表、歷史上一些擲硬幣的試驗結(jié)果的統(tǒng)計表、擲硬幣出現(xiàn)正面的頻率隨著試驗次數(shù)的增加的折線圖等多種手段,使學(xué)生更直觀地感到頻率穩(wěn)定在一個常數(shù)附近。同時建議學(xué)生畫出全班同學(xué)試驗結(jié)果(每人10次試驗,出現(xiàn)正面的次數(shù)取值為0,1,2,…,10)的條形圖,觀察試驗結(jié)果的規(guī)律性。在介紹奧地利遺傳學(xué)家孟德爾的實驗與發(fā)現(xiàn)時給出了試驗結(jié)果的統(tǒng)計表,通過表格可以清晰看到無論是黃色豌豆與綠色豌豆的比、圓形豌豆與皺皮豌豆的比、長莖豌豆與短莖豌豆的比都接近3:1,由此可見其中具有規(guī)律性。在隨機模擬部分,使用統(tǒng)計表和統(tǒng)計圖能更好地展示試驗結(jié)果。
3.注重統(tǒng)計思想和計算結(jié)果的解釋
學(xué)習(xí)概率統(tǒng)計的知識,不是為了學(xué)會做幾道題,重點是掌握它的思想方法和用它解決實際生活中的問題。教科書中突出統(tǒng)計思想的解釋,如在概率的意義部分,利用概率解釋了統(tǒng)計中似然法的思想,解釋了遺傳機理中的統(tǒng)計規(guī)律。統(tǒng)計試驗中隨機模擬方法的原理就是用樣本估計總體的思想。在古典概型部分,每道例題在計算出隨機事件的概率后,都給出相應(yīng)結(jié)果的解釋或提出思考問題讓學(xué)生做進一步的探究。
4.注重現(xiàn)代信息技術(shù)手段的應(yīng)用
現(xiàn)代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用正在對數(shù)學(xué)課程內(nèi)容、數(shù)學(xué)教學(xué)、數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)等方面產(chǎn)生深刻的影響,信息技術(shù)工具的使用能為學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具,重視現(xiàn)代信息技術(shù)的使用是本套教科書的特點之一。由于概率統(tǒng)計本身的特點,統(tǒng)計需要分析和處理大量的數(shù)據(jù),概率中隨機模擬方法需要產(chǎn)生大量的模擬試驗結(jié)果,并需要分析和綜合試驗結(jié)果,所以現(xiàn)代信息技術(shù)的使用就顯得更為必要了。
本章介紹了利用計算器產(chǎn)生(取整數(shù)值的)隨機數(shù)和均勻隨機數(shù)的方法,利用計算機中的Excel軟件產(chǎn)生隨機數(shù)的方法,同時給出了利用Excel軟件整理試驗結(jié)果的方法。如在估計圓周率的值時,通過反復(fù)的試驗可以給出圓周率的不同估計值,從而發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果與試驗次數(shù)的關(guān)系,兩次相同的試驗結(jié)果未必相同,多次試驗結(jié)果的相對穩(wěn)定性和規(guī)律性等。
三、教學(xué)中幾個值得關(guān)注的問題
1.鼓勵學(xué)生動手操作和主動參與,讓他們在試驗、觀察、交流等活動中體會和理解隨機事件發(fā)生的不確定性及其頻率的穩(wěn)定性等相關(guān)內(nèi)容
學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變是課程改革的一個重要目標,鼓勵學(xué)生動手操作、主動參與統(tǒng)計試驗,不但能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)概率統(tǒng)計的興趣,而且學(xué)生在反復(fù)的統(tǒng)計試驗中可以更好地體會和理解統(tǒng)計思想。
在引出概率的統(tǒng)計定義時,盡管學(xué)生在初中已經(jīng)做過擲硬幣的試驗,但對試驗數(shù)據(jù)的整理和分析是比較初步的,如果學(xué)生能動手畫出條形圖和折線圖等,通過觀察與交流的方式,可以對隨機事件發(fā)生的不確定性及其頻率的穩(wěn)定性有更深入的理解。在概率的正確理解的部分,教學(xué)中可以讓學(xué)生動手做兩個試驗,連續(xù)擲兩個硬幣的試驗與邊框中有放回的摸球試驗,通過觀察與分析、交流等方式幫助學(xué)生澄清日常生活中遇到的一些錯誤認識,如連續(xù)擲兩次硬幣一定是一次正面朝上,一次反面朝上,或者某種彩票的中獎率為 ,那么買1 000張這種彩票一定能中獎等。在古典概型例3的教學(xué)中,讓學(xué)生動手做擲兩個骰子的試驗,通過對試驗結(jié)果的統(tǒng)計感受出現(xiàn)兩個1點與一個1點、一個2點的概率是不同的。
2.注意與初中概率統(tǒng)計的銜接
這一章的知識與初中內(nèi)容聯(lián)系密切,一些內(nèi)容在初中都接觸過,要與初中內(nèi)容銜接,就必須深入了解初中概率部分的內(nèi)容、要求,了解它們與這一部分內(nèi)容的聯(lián)系與區(qū)別。
從小學(xué)到初中再到高中,概率統(tǒng)計的內(nèi)容是采用逐步滲透、螺旋上升的方式。在初中,介紹了隨機事件的概念,要求會運用列舉法計算簡單隨機事件的概率,通過試驗,獲得隨機事件發(fā)生的頻率,知道大量重復(fù)試驗時頻率可作為隨機事件發(fā)生概率的估計值。由此可以看到,高中有些內(nèi)容是與初中相同的。在教學(xué)中可以用回憶復(fù)習(xí)等方式先回顧初中相應(yīng)的內(nèi)容,在此基礎(chǔ)上要有更深層次的理解。比如,在頻率與概率部分,不但知道頻率可以作為概率的近似,而且要知道頻率與概率的區(qū)別:頻率是隨機的,每次試驗得到的頻率可能是不同的,而隨機事件的概率是一個常數(shù),是隨機事件發(fā)生可能性大小的度量,它不隨每次試驗的結(jié)果改變。在初中要求會運用列舉法計算簡單隨機事件的概率,而高中提高到理解古典概型的特征,在古典概型中運用古典概型求概率的公式計算隨機事件的概率。隨機事件的關(guān)系與運算、概率的性質(zhì)、幾何概型、隨機模擬方法等是高中的新內(nèi)容,初中沒有涉及。
3.教學(xué)中要注重統(tǒng)計思想和概率的意義的解釋,而不能把重點放在復(fù)雜的計算上
一種統(tǒng)計方法只能解決部分實際問題,在面臨新的問題時,需要的是新思想。教學(xué)的目的不僅僅是為了讓學(xué)生掌握現(xiàn)有的知識,而是要培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神,所以統(tǒng)計思想的解釋就顯得尤為重要(比如在作推斷和決策中的極大似然思想)。在用頻率近似概率時利用的是樣本的數(shù)字特征估計總體的數(shù)字特征的統(tǒng)計思想。同樣隨機模擬的理論依據(jù)仍然是用樣本估計總體的思想。在古典概型的教學(xué)中,讓學(xué)生學(xué)會把一些實際問題化為古典概型,而不是把重點放在“如何計數(shù)”上。
4.重視現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用
現(xiàn)代信息技術(shù)對概率統(tǒng)計的發(fā)展起到了決定性的作用。隨機模擬試驗需要產(chǎn)生大量的隨機數(shù),同時又要統(tǒng)計試驗的結(jié)果,如果離開計算機的幫助,需要花費大量的時間,統(tǒng)計試驗結(jié)果的困難是可想而知的。用計算機進行模擬試驗的另一個好處是相同的試驗可以在短時間內(nèi)多次重復(fù),可以對試驗結(jié)果的隨機性和規(guī)律性有更深刻的認識。現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用使統(tǒng)計試驗變得十分方便,而且可以通過大量重復(fù)試驗比較結(jié)果的穩(wěn)定性。
本章對學(xué)生的最低要求是會用計算器產(chǎn)生隨機數(shù)進行簡單的模擬試驗,并統(tǒng)計試驗結(jié)果。有條件的學(xué)?梢宰寣W(xué)生學(xué)會用一種統(tǒng)計軟件,例如Excel軟件,多次重復(fù)模擬試驗,并統(tǒng)計模擬的結(jié)果,畫出頻率折線圖等統(tǒng)計圖。
宣傳教材,人家為什么要用?讓大家覺得好學(xué)好教統(tǒng)計中的問題
1.教材的順序:先統(tǒng)計后概率,過去是先概率后統(tǒng)計,為什么?
概率統(tǒng)計發(fā)展的過程;學(xué)生認識的規(guī)律;有利于教學(xué)。
2.與過去的高中統(tǒng)計內(nèi)容比較,本章在要求上有哪些變化?教材中是如何體現(xiàn)的?
不再單純強調(diào)數(shù)字運算、畫圖表,注重統(tǒng)計思想。措施:讓學(xué)生經(jīng)歷比較完整的過程,注意學(xué)生的親身實踐活動,類比,加深統(tǒng)計思想,注重對統(tǒng)計推斷的正確理解
3.統(tǒng)計是與實際聯(lián)系緊密的內(nèi)容,是培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力的載體,教材中是如何落實的?
強調(diào)典型案例的作用;以學(xué)生身邊的事情為例子
注意從案例中總結(jié)發(fā)現(xiàn)規(guī)律
4.本章的信息技術(shù)的應(yīng)用是如何考慮的?
5.隨機抽樣一節(jié)的教學(xué)應(yīng)當(dāng)注意哪些問題?
6.應(yīng)當(dāng)如何把握用樣本估計總體的思想?怎樣使學(xué)生更好地體會樣本頻率分布和數(shù)字特征的隨機性?
7.兩個變量的線性相關(guān)的教學(xué)要點有哪些?
與原有的內(nèi)容比較,有哪些變化?
變化在教材中如何體現(xiàn)?(結(jié)構(gòu)體系、選材、呈現(xiàn)方式、教學(xué)要求)
教學(xué)中如何把握?
情景、問題、歸納等多了
內(nèi)容和基本要求(通過比較,根據(jù)課程標準說,要求)
教材處理的特點
教學(xué)建議
關(guān)于教學(xué)資源(信息技術(shù)等)
能用、好用,學(xué)生學(xué)了以后,知識到手,思想也有了
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