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1、初中数学统计与概率 王尚志（首都师范大学，教授） 张饴慈（首都师范大学，教授） 鲍敬谊（北京大学附属中学，初中部主任） 一、第三学段概率统计的定位 （一）概率的定位 1经历收集、整理、描述和分析数据的活动，了解数据处理的过程；能用计算器处理较为复杂的数据。 统计最重要的是整个过程，统计就是要从数据里得到信息，在这个过程中收集、整理、描述、分析都是必须的。在教学中学生应该了解并学会如何处理统计的整个过程，不能很片面的认为统计仅仅是对内容的分析。 在小学的第一学段，即小学一到三年级，要帮助学生学会对于一些事物进行分类，其中包括一些对数据的分类，这种分类讨论，对于将来处理数据，是一个非常重要的基础。
2、到了第二学段，学生应该不仅会收集数据，还应该可以处理一些数据，这就需要把数据用某种方式表达出来，比如说统计图表。学生经过整理数据，然后描述数据，最后分析数据的整个过程。 所以整个这个过程，就像张老师强调的。在不同的年龄段，我们分析的对象不一样，分析的复杂程度不一样，但是这个基本过程始终是一样的。 在初中收集数据和在小学收集数据有什么差异。在小学收集数据，学生可能更多的是自己去收集，比如收集全班同学的身高，或者视力情况，那么到中学以后，学生不仅可以自己去收集，还可以去查阅资料，因为他学的知识多了，他可以利用现成的数据，比如说利用家长的资源，利用网络的资源，利用报纸上的一些信息，这样他数据的来源，
3、就不仅仅是自己去调查，去收集，还有从别人那现成拿来使用的。从数据来看，比小学生就灵活多了、数据的来源也丰富多了。小学一个是自己收集，一个是老师提供他一些可以供他分析的数据，在初中，希望孩子接触的数据更多一些，所以他得到数据的来源，可能就丰富一点，这是和小学一个很大的差别。 2体会抽样的必要性，通过案例了解简单随机抽样（参见例 68 ）。 体会抽象的必要性，通过案例了解简单数据抽象，也是到了第三学段特别突出的一点。当我们面对这个对象，比如说从特别特别大的时候，想了解整个北京市 18 岁男孩的身高，特别大的时候就使得误差程度，这就抽象数据，其次一个我想就是有一些抽样的破坏性的实验，我要了解灯泡的寿
4、命，我很长时间就要点，点完以后就会报废掉，点完就会报废掉，也是不可能做的，所以这个抽样的必要性呢，要通过一些实例才能够了解。 除了抽样的必要性以外，我们还应该理解抽样的合理性。抽样如果做的不好，没有代表性，得到的结论就会有所歪曲，有所看法，所以我们通过案例了解简单抽样不仅是了解这种做法，实际上了解简单数据抽样，它是比较合理的。 在初中阶段和小学阶段，一个明显的差异在收集数据上，就是我们要抽取样本。原来是以普查为主，现在要既会普查，通过普查的方式，来得到数据，又要初步的学会通过抽样的方式，特别是随机抽样的方式，来体会抽样的必要性和合理性。比如说破坏性的东西，你总是要抽取其中一部分，来替代这个整体
5、，要去体会抽样的必要性。另外，我们要体会随机的必要性，随机的必要性的核心是合理。所谓合理，就是能反应整体的面貌。如果不能反应整体的面貌，显然就不合理，比如：你了解成绩只了解实验班的成绩就不太不合理；你调查大家是不是喜欢看哪个电视剧，你只招年龄低段的人去调查，也不合理，因为随着年龄的不同，大家的爱好会发生变化。所以怎么样合理的进行抽样，是我们在初中需要体会的一件很重要的事情，这样的一个变化老师在教学中应该清楚。 3会制作扇形统计图，能用统计图直观、有效地描述数据。 第二学段要求学生认识这些图的意义。但在第三学段要求学生会制作这些图，包括直方图。那么在这里头绘画图我想怎么理解？用这个怎么定理？包括
6、前面用计算器处理复杂的数据，怎么理解，就是说这个绘画图我觉得第一位，就是我要画一个，我要什么目的，我要反应什么信息，根据这个信息，我来选择画什么样的图，比如说我要反应他的百分之比是多少？比如说这个 08 年奥运竞赛上，如果你想反应中国第一，美国第二，多少那可能是一个条形图，你要反应一下中国金牌整个金牌，那可能扇形图，所以这个绘制图的话，第一位的是，在绘画图时，根据目的选择合适的图是最重要的。 关于图表制作方面，对于图的处理方面，希望老师清楚，第一，不同的统计图表，可以帮助我们整理和描述数据；第二，初中和小学的差异是什么？小学阶段要让学生会看懂、识别。初中阶段就要求学生会制作图，如制作扇形图和直
7、方图；第三，为何要画这个图，目的是什么？制作图表的目的不是仅仅会画这个图，而是希望把这些数据中的某些信息凸现出来，所以不仅要会画扇形图和直方图，还要理解这些图表对展示信息有什么作用？第四，自己选择统计图表，用合适的方式最好的表达数据中所蕴含的信息。画图的目的，不是为了画图而画图，而是为了把数据中蕴含的重要信息凸现出来，让你们看的清楚，一目了然，读图在这个过程中仍然是重要的。 4理解平均数的意义，能计算中位数、众数、加权平均数，了解它们是数据集中趋势的描述（参见例 69 ）。 我们把数据进行加工后，构成了一些数字特征，其中平均数是最重要的。在这一阶段，可对平均要求最高的，了解他们是数据，几种趋势
8、方法，第一，最重要还是要平均数，其次就是众数和中位数。 刻画集中趋势的参数中最核心的是平均数，我们对平均数作一点拓展，即加权平均数。对于加权平均数，它的出现是很自然的，在教学时要让学生比较自然的认识它。简单的讲，加权平均数就是反应大家做的贡献不一样，有的贡献大一点，有的贡献小一点。比如在一组分数中 95 分的多，那么 95 分在平均分里就贡献大一点，一百分的少，那么一百分在整个平均分中，做的贡献就小一点，占的成分多一点，权重大一点，从而拓展到我们对事物的看重程度。这样的理解是循序渐进的。对于加权的认识，在高中和大学仍然是我们要不断学习的。 5体会刻画数据离中程度的意义，会计算简单数据的方差（参
9、见例 70 ）。 第一，在所有的数据特征数里，可以分成两类，一类是反映这个数据集中程度的特征数，一类是反映数据离中程度的特征数，这是反映数据性质的两类不同的特征数，学生能够理解他们的差异，而平均数，中位数，众数，它反映的意思比较接近。 第二，教师不要从抽象的定义出发来讲解，要通过具体的实例帮助学生去感悟，去认识，去理解。 6通过实例，了解频数和频数分布的意义，能画频数直方图，能利用频数直方图解释数据中蕴涵的信息（参见例 71 ）。 90 分到 100 分之间，我们班里多少个人？85 分到 90 分有多少人？这就是在算频数。我们把它画成频数直方图，这样可以了解分布的意义，频数分布也就是落在各个段
10、这个频数所占的分布。比起条形图的直观，频数直方图对信息的反应是比较全面的。它也是将来高中学习频率直方图的一个基础。学生在画图的基础上更应该通过尺度的度量来了解频数和频数分布的意义。 频数和频数分布的意义，全面地反映了这个数据带来的信息。我们要不断地理解这些数据所反映的是全面还是分布，他把整个数据的基本状况展示出来我们要把握整体。 7体会样本与总体关系，知道可以通过样本平均数、样本方差推断总体平均数、总体方差。 我们可以用样本平均数和样本方差来推断总体平均数。在学习总体方差的时候，很多学生会有些困惑，他会认为算出来的样本平均数就是总体平均数。但事实上样本平均数和总体平均数是不一样的。我们应该让学
11、生理解样本可以反映总体的某些问题，但是它和总体的还是有差异的。 8能解释统计结果，根据结果做出简单的判断和预测，并能进行交流（参见例 71 ）。 9通过表格、折线图、趋势图等，感受随机现象的变化趋势（参见例 72 ）。 国民经济总产值，调查了经济发展中的物价上升趋势，根据这些数值可以做解释。比如这几个月，通货膨胀上升的趋势，它是随机测的，并没有把所有的消费水平，物价都算进去，但是我们要根据所得到的这些数据，作出一些简单的判断和预测，而基础就建立在我们的样本、图表和数据特征上。当然我们要认识到，这样的预测是有误差的，甚至还会有扭曲。 （二）事件的概率 1能通过列表、画树状图等方法列出简单随机事件
12、所有可能的结果，以及指定事件发生的所有可能结果，了解事件的概率（参看例 73 、例 74 ）。 在某种意义上，所谓简单随机事件，就是指古典概型。首先，我们要了解一个古典概率模型，我们可以列表，画图，把所有的结果都列出来，这是一个计算的过程，方法。虽然计算方法很重要，但是了解古典概率这种等和的模式是非常必要的。第二，教师应该通过实验来让孩子认识到，通过大量地重复实验，可以用频率来估计概率。也是要来首先应该是不确定和随机的，其次才是定性，大量重复实验体现频率问题，即频率稳定性。所以你不能指望向全班咱们扔硬币扔一百次就出现 50 次正面，有的老师就不知道怎么处理的，处理的次数一次，孩子就不对，就不应
13、该，实际上第一位是随机的，这东西太正常了，其次呢，这是怎么样，大量重复实验体现频率问题，频率稳定性，比如说掷出现正负二分之一，掷一个色子出现六分之一，这个二分之一，还是两次，出现一次，六分之一，也不是六次出现一次，他是大量地实验，所以我想我们老师在这些把握上，可能还不够，否则给孩子带来些误导。 第一，初步地理解古典概型，古典概型怎么样进行计算；第二，理解随机现象。什么样的现象是随机现象呢？一个最重要的特征，就是可以重复，经过大量重复，得到一个估计概率的一个重要概念频率。那么这个频率是估计概率的一个重要的概念。小学阶段，某些随机现象的可能性是不一样的。初中阶段，要理解一个特殊的随机现象，对概率的
14、一个基本定位分为两种。一个是具体的古典概型，一个是一般的，即通过大量重复实验用频率去估计概率。 二、统计概率的本质 （一）统计 要了解统计这门课程，需要先理解统计的概念。一般来说，统计主要研究如何搜集数据，如果整理数据，以及如何从数据得到我们所需要的信息。所以统计的核心词是信息，一切都是为了寻找并得到所需的信息。研究如何搜集数据，如何整理所收集的数据来凸现这个信息，无论是算平面数、算中位数，还是画图表、频数分布直方图，都是为了需要凸显的信息，判断是否能够通过统计得到所需的信息，而以此得出的统计推断靠性有多大等等。所以它的核心问题就是信息，而要得到这样的信息，我们就要关注整个过程。因此它跟我们其
15、他的那些数学上的定义、定理、证明不太一样，它是一个从数据里归纳出结论的过程。 统计课程有以下几个关键词。第一，从数据中提取信息，是统计的第一要务。我们围绕着要得到的信息去收集数据，设计整理描述数据的方法，比如说选择不同的图式，无论是直方图、扇形图、折线图，还是其他的图式，都是希望通过它们将信息清晰、准确、直观地反映出来。第二，统计解决问题是靠一个过程来解决的，这个过程包括数据的收集、描述、整理，以及从数据中提取信息，并且用这些信息来说明问题的过程。第三，统计处理问题是一个归纳的过程，特别是在初中阶段，我们不仅要会搜集所有的数据，整个收集过程都是去体现一个归纳的思维，用部分去说明整体，这样才能解
16、决问题。这是解决问题的一种重要的方法，也是一种重要的思维，更是一种重要的推理。 （二）概率 概率研究的是随机现象。随机现象实际就是在相同条件下，可以做大量地重复实验，其结果不确定，但是在大量实验中呈现出一种规律性，我想这三点是随机现象的根本特点。所以不用去给概率下定义，概率的定义也不在我们讨论的范围，但是有几个要界定清楚的问题，比如说结果是在实验之前无法确定的，一些老师如果把握不好，就会把一些在实验之前结果就完全确定的现象当做随机现象来处理。例如，火星上有没有生命，这是完全确定的，要么就有，要么就没有，只是我们不知道，这是未知现象，必须跟随机现象区分开来。 在中学阶段，我们的老师要帮助我们的学生学会识别，什么是随机现象。随机现象有三个基本特征。第一个特征就是在一定条件下，可以重复实验。凡是不能重复的，条件不确定的，就不是随机的。第二个特点，就是在我们研究实验之前，无法知道这次实验的结果。凡是能知道结果的，一
