在數(shù)學(xué)的歷史發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了3 次重大的飛躍:第一次飛躍是從算數(shù)過(guò)渡到代數(shù),第二次飛躍是常量數(shù)學(xué)到變量數(shù)學(xué),第三次飛躍就是從確定數(shù)學(xué)到隨機(jī)數(shù)學(xué)?,F(xiàn)實(shí)世界的隨機(jī)本質(zhì)使得各個(gè)領(lǐng)域從確定性理論轉(zhuǎn)向隨機(jī)理論成為自然;而且隨機(jī)數(shù)學(xué)的工具、結(jié)論與方法為解決確定性數(shù)學(xué)中的問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑。因此可以說(shuō),隨機(jī)數(shù)學(xué)必將成為未來(lái)主流數(shù)學(xué)中的亮點(diǎn)之一。概率論作為隨機(jī)數(shù)學(xué)中最基礎(chǔ)的部分,已經(jīng)成為高校中很多專(zhuān)業(yè)的學(xué)生所必修的一門(mén)基礎(chǔ)課,但是教學(xué)過(guò)程中存在的一個(gè)主要問(wèn)題是:學(xué)生們往往已經(jīng)習(xí)慣了確定數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)思維方式,認(rèn)為概率中的基本概念抽象難以理解,思維受限難以展開(kāi).這些都使得學(xué)生對(duì)這門(mén)課望而卻步,因此如何在概率論的教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)隨機(jī)數(shù)學(xué)的思維方法就顯得十分重要,那我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)該如何進(jìn)行實(shí)施“概率與統(tǒng)計(jì)”的教學(xué)方法和策略呢?
(一)突出統(tǒng)計(jì)思維的特點(diǎn)和作用。
統(tǒng)計(jì)的特征之一是通過(guò)部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)推測(cè)全體數(shù)據(jù)的性質(zhì)。因此,統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有隨機(jī)性,統(tǒng)計(jì)推斷是有可能犯錯(cuò)誤的,這一點(diǎn)與確定性思維不同。但同時(shí),統(tǒng)計(jì)思維又是一種重要的思維方式,它和確定性思維一樣成為人們不可或缺的思想武器,由不確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理也是同樣有力而普遍的方法。因?yàn)樵谧匀唤缰泻腿祟?lèi)事物中,隨機(jī)現(xiàn)象是大量存在的,概率統(tǒng)計(jì)正是對(duì)隨機(jī)變化的數(shù)學(xué)描述,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。
統(tǒng)計(jì)教學(xué)的核心目標(biāo)正是使學(xué)生體會(huì)統(tǒng)計(jì)思維的特點(diǎn)和作用,教學(xué)中應(yīng)注重通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析,為合理的決策提供一些依據(jù),以使學(xué)生認(rèn)識(shí)統(tǒng)計(jì)的作用,體會(huì)統(tǒng)計(jì)思維和確定性差異。例如:在運(yùn)用樣本估計(jì)總體的教學(xué)中,應(yīng)通過(guò)對(duì)具體數(shù)據(jù)的分析,使學(xué)生體會(huì)到由于樣本抽取具有隨機(jī)性,樣本所提供的信息在一定程度上反映了總體的有關(guān)特征,但于總體有一定的偏差。但另一方面,如果抽樣的方法比較合理,樣本的信息可以比較好地反映總體的信息,從而為人們合理地決策提供依XbJUDQezxfDSU+YQKFzFtIeYMUAbiuxBKPEJdX3CXNo=據(jù)。
(二)統(tǒng)計(jì)教學(xué)應(yīng)通過(guò)案例來(lái)進(jìn)行,并要注重?cái)?shù)據(jù)的收集。
高中階段統(tǒng)計(jì)教學(xué)應(yīng)通過(guò)案例的進(jìn)行,在對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析中,使學(xué)生經(jīng)歷較為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理全過(guò)程,在此過(guò)程中學(xué)習(xí)一些常用的數(shù)據(jù)處理的方法,運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、方法去解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題,體會(huì)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法解決實(shí)際問(wèn)題的基本思想,認(rèn)識(shí)統(tǒng)計(jì)方法在決策中的作用以及應(yīng)用的廣泛性。同時(shí),具體的案例也容易幫助學(xué)生理解問(wèn)題和方法的實(shí)質(zhì)。
例如:對(duì)于“最小二乘法”的學(xué)習(xí),如果直接介紹一般的最小二乘的方法,學(xué)生往往體會(huì)不到這種方法的實(shí)質(zhì),也失去了一個(gè)分析問(wèn)題、處理數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。教學(xué)中,可以通過(guò)一個(gè)學(xué)生感興趣的實(shí)例,比如學(xué)生身高和體重的關(guān)系,讓學(xué)生收集到的數(shù)據(jù)做出散點(diǎn)圖,利用散點(diǎn)圖直觀認(rèn)識(shí)到變量之間存在著線形相關(guān)關(guān)系,然后鼓勵(lì)學(xué)生自己想辦法確定一條“比較合適”的直線描述這兩個(gè)變量之間線形相關(guān)關(guān)系,在此基礎(chǔ)上再引入最小二乘法,并給出線形回歸方程。教師平時(shí)要細(xì)心收集生活中的素材、廣泛涉獵各學(xué)科知識(shí),更多的發(fā)動(dòng)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
(三)重視對(duì)概率模型的理解和應(yīng)用以c3CLfVntd7mGkJsDcolbF3uvAL9CZ20pRkCzSyRNVVM=及和其他數(shù)學(xué)知識(shí)的結(jié)合。
計(jì)算隨機(jī)事件發(fā)生的概率是概率學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。對(duì)于這方面的學(xué)習(xí),首要的是對(duì)各種概率模型的理解和應(yīng)用,而不是把精力主要放在套用公式上。教學(xué)中,應(yīng)注意使學(xué)生經(jīng)歷從多個(gè)實(shí)例中概括出具體的概率模型的過(guò)程,體會(huì)這些例子中的共同特點(diǎn),注重理解各種概率模型的特點(diǎn),并且在實(shí)際問(wèn)題中培養(yǎng)學(xué)生識(shí)別模型的能力。
概率論與我們的日常生活是緊密相連的,它的應(yīng)用性是非常廣泛的。教師在教學(xué)的過(guò)程中,除了與實(shí)際生活中的例子相結(jié)合外,也要注重與其他高中數(shù)學(xué)知識(shí)的結(jié)合,這樣可以讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)知識(shí)是相通的,還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)其他數(shù)學(xué)知識(shí)的興趣,例如,在給出條件概率的定義以后,我們知道當(dāng)P(A) > 0時(shí),P(B | A)未必等于P(B).但是一旦P(B | A) =P(B),也就說(shuō)明事件A的發(fā)生不影響事件B的發(fā)生.同樣當(dāng)P(B) > 0時(shí),若P(A| B) = P(A),就稱(chēng)事件B的發(fā)生不影響事件A 的發(fā)生.因此若P(A) > 0 , P(B) > 0 ,且P(B | A) = P(B)與P(A| B) = P(A)兩個(gè)等式都成立,就意味著這兩個(gè)事件的發(fā)生與否彼此之間沒(méi)有影響.我們可以讓學(xué)生主動(dòng)思考是否能夠如下定義兩個(gè)事件的獨(dú)立性:
定義1:設(shè)A,B 是兩個(gè)隨機(jī)事件,若P(A) > 0 ,P(B) > 0,我們有P(B | A) = P(B)且P(A| B) = P(A),則稱(chēng)事件A 與事件B 相互獨(dú)立.接下來(lái),我們可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)考察定義1 中的條件P(A) > 0 與P(B) > 0 是否為本質(zhì)要求?事實(shí)上,如果P(A) > 0,P(B) > 0,我們可以得到:
P(B | A) = P(B) ? P(AB) = P(A)P(B) ? P(A| B) = P(A).但是當(dāng)P(A) = 0,P(B) = 0時(shí)會(huì)是什么情況呢?由事件間的關(guān)系及概率的性質(zhì),我們知道AB ? A, AB ? B,因此P(AB) = 0 = P(A)P(B),等式仍然成立。所以我們可以舍去定義1中的條件P(A) > 0,P(B) > 0,即如下定義事件的獨(dú)立性:
定義2 : 設(shè)A , B 為兩隨機(jī)事件, 如果等式P(AB) = P(A)P(B)成立,則稱(chēng)A,B為相互獨(dú)立的事件,又稱(chēng)A,B 相互獨(dú)立.很顯然,定義2 比定義1 更加簡(jiǎn)潔.在這個(gè)定義的尋找過(guò)程中,我們不僅能夠鼓勵(lì)學(xué)生積極思考,而且可以很好地培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力,從而體會(huì)數(shù)學(xué)思想,感受數(shù)學(xué)的美.
通過(guò)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn),將數(shù)學(xué)史引入課堂既能讓學(xué)生深入了解隨機(jī)數(shù)學(xué)的形成與發(fā)展過(guò)程,又切實(shí)感受到隨機(jī)數(shù)學(xué)的思想方法;把案例應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中以及在課堂上開(kāi)展隨機(jī)試驗(yàn)可以將概率論基礎(chǔ)知識(shí)直觀化,增加課程的趣味性,易于學(xué)生的理解與掌握;引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索可以強(qiáng)化教與學(xué)的互動(dòng)過(guò)程,激發(fā)學(xué)生用數(shù)學(xué)思想來(lái)解決概率論中遇到的問(wèn)題.
(作者單位:福建省龍海程溪中學(xué))