試論高中數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)部分的教學(xué)建議
一、注意與學(xué)生以往知識(shí)的銜接,在“最近發(fā)展區(qū)”激發(fā)學(xué)生興趣
在學(xué)習(xí)高中統(tǒng)計(jì)內(nèi)容時(shí),先復(fù)習(xí)學(xué)生頭腦中已經(jīng)儲(chǔ)備的初中階段的知識(shí),如條形統(tǒng)計(jì)圖、折線統(tǒng)計(jì)圖、中位數(shù)、眾數(shù)等,并在新的情境中體會(huì)它們的含義,以幫助學(xué)生對(duì)初中階段統(tǒng)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)與提高,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)一些新的知識(shí)和方法。另外,在高中階段的教學(xué)中,還要注意培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),要盡量選取具有豐富背景的內(nèi)容和問題情境引入學(xué)習(xí)主題,展示統(tǒng)計(jì)思想和方法的廣泛應(yīng)用。
二、注重讓學(xué)生體會(huì)統(tǒng)計(jì)思維與確定性思維的差異
統(tǒng)計(jì)所研究的問題一般具有不確定性,如應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法由部分推斷總體具有隨機(jī)性。用統(tǒng)計(jì)來解決的問題,其結(jié)論往往是以不完全的信息作為依據(jù),是可能犯錯(cuò)誤的,這一點(diǎn)與確定性思維存在差異。經(jīng)典的數(shù)學(xué)一般以演繹的方式來搭建平臺(tái),它有助于培養(yǎng)人們的確定性思維。而統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)重要思想就是利用樣本的信息來推斷總體的有關(guān)信息,它以歸納的方式給人們提供了另一種有效的思維模式,即不確定性思維或統(tǒng)計(jì)思維。由不確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理是普遍而有效的方法,它能夠幫助我們做出合理的決策,并能告訴我們犯錯(cuò)誤的概率。運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷,雖然不像邏輯推理那樣有100%的把握,但它可以使我們?cè)诔WR(shí)范圍內(nèi)不能作選擇的地方做出某種決策,而且提供足夠的信心。因此,統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容可以培養(yǎng)學(xué)生從不確定的角度來觀察世界的數(shù)學(xué)內(nèi)容,它能使人們?cè)诿鎸?duì)不確定性時(shí)做出決策。
例如,對(duì)于統(tǒng)計(jì)結(jié)果的隨機(jī)性,教學(xué)中重要的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到樣本是總體的一部分。因此,由樣本得到的平均數(shù)、方差等,都不是總體的平均數(shù)、方差等。這個(gè)區(qū)別十分重要,要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到樣本的隨機(jī)性。也就是說,兩個(gè)人用同樣的方法處理同一個(gè)問題時(shí),他們抽樣的結(jié)果一般是不同的(同一個(gè)人做兩次,抽樣的結(jié)果也不會(huì)完全一樣)。因此,由不同樣本得到的結(jié)果也會(huì)不相同。換句話說,結(jié)果有隨機(jī)性,下結(jié)論可能會(huì)犯錯(cuò)誤。另一方面,雖然不同的人最后得到的結(jié)果互不相同,但由于隨機(jī)事件頻率的穩(wěn)定性,當(dāng)樣本量很大時(shí),許多問題的結(jié)果差別一般也不會(huì)太大。也就是說,雖然結(jié)果可能犯錯(cuò)誤,但統(tǒng)計(jì)的推斷還是有意義的。這也正是統(tǒng)計(jì)學(xué)所要解決的問題,即關(guān)注對(duì)隨機(jī)性中的規(guī)律性的研究,通過對(duì)表面隨機(jī)的現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而揭示出事物內(nèi)在的規(guī)律。當(dāng)然,作為教師還應(yīng)該清楚樣本隨機(jī)性產(chǎn)生的誤差是可以估計(jì)的,也可以估計(jì)由此犯錯(cuò)誤的概率,這和樣本抽取不當(dāng)以及故意制造誤導(dǎo)產(chǎn)生的錯(cuò)誤是完全不同的。
三、正確把握線性相關(guān)性的教學(xué)
在統(tǒng)計(jì)中,重要的是尋找好的方法,而不是套用公式計(jì)算。套用公式計(jì)算回歸系數(shù),對(duì)學(xué)生來說都不困難,但更應(yīng)該讓學(xué)生關(guān)注線性回歸方程的意義和合理性。
在線性相關(guān)性的教學(xué)中,如何刻畫兩組變量之間的線性相關(guān)關(guān)系是這部分內(nèi)容的核心。教學(xué)中,建議教師提供給學(xué)生充分的空間,鼓勵(lì)學(xué)生就“如何刻畫”展開討論,讓他們自己探索線性回歸直線的求法,而不是簡(jiǎn)單地直接引入線性回歸方程。在討論的過程中,學(xué)生將借助散點(diǎn)圖探索出不同的估計(jì)線性回歸直線的方法,并對(duì)這些方法進(jìn)行交流。學(xué)生進(jìn)行了探索和交流之后,教師可以通過提問引發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考,并為最小二乘法的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,教師可以引導(dǎo)學(xué)生將直觀的想法(一種好的方法應(yīng)保證求出的直線與所有點(diǎn)都盡可能的“近”),轉(zhuǎn)化為精確的數(shù)學(xué)語言,由此體會(huì)最小二乘法的思想,并得到線性回歸方程。需要特別強(qiáng)調(diào)的是,利用最小二乘法的思想求線性回歸方程并不是唯一方法,重點(diǎn)是讓學(xué)生理解方法的意義與合理性。
四、引導(dǎo)學(xué)生形成對(duì)數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行初步評(píng)價(jià)的意識(shí)
統(tǒng)計(jì)方法的作用,在于在數(shù)據(jù)所提供的信息的限度內(nèi),幫助人們做出盡可能正確的歸納。而從現(xiàn)實(shí)世界的角度看,作為推理方法,歸納高于演繹。不僅在許多情況下思辨或理論推理不可行而只能訴諸實(shí)驗(yàn),即使在演繹推理可用的場(chǎng)合,其結(jié)論仍需經(jīng)過實(shí)驗(yàn)即歸納的驗(yàn)證。另外,許多重大的發(fā)現(xiàn)都是先通過觀察或?qū)嶒?yàn)積累數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,再從結(jié)論中發(fā)現(xiàn)探索的方向。統(tǒng)計(jì)學(xué)的任務(wù)就是教人怎樣去正確使用這種方法,包括對(duì)數(shù)據(jù)的來源及數(shù)據(jù)的分析有所了解,恰當(dāng)而有效地揭示其結(jié)論,并對(duì)種種統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)論做出正確的評(píng)估。要求學(xué)生形成對(duì)數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行初步評(píng)價(jià)的意識(shí),將有助于學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)思維與確定性思維的理解。
在教學(xué)過程中,建議教師在不斷引導(dǎo)學(xué)生利用統(tǒng)計(jì)解決問題、做出決策之前,從問題出發(fā)思考需要收集哪些信息、如何收集信息、如何處理信息等,讓學(xué)生逐漸體會(huì)為什么要用統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)到底能給我們帶來什么。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其統(tǒng)計(jì)結(jié)論進(jìn)行反思:調(diào)查結(jié)果和預(yù)想的結(jié)論一致嗎?你能對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)論進(jìn)行解釋嗎?不一致的原因是什么?是研究設(shè)計(jì)的問題,統(tǒng)計(jì)方法的問題,還是數(shù)據(jù)處理的問題?通過這種方式,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到:統(tǒng)計(jì)思維不同于其他數(shù)學(xué)思維,統(tǒng)計(jì)是一個(gè)逐漸改進(jìn)和完善的過程,是逐漸靠近真理的過程。在這個(gè)過程中,逐步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)論斷進(jìn)行批判性思維的能力。