小编:
随着现代信息技术的高速发展,人们越来越重视信息技术与数学教学的关系,信息技术与数学课程已经从“整合”走向“融合”[1]。2004年开始实施的《普通高中数学课程标准(实验)》将“注重信息技术与数学课程的整合”作为高中数学课程的十大基本理念之一:高中数学课程应提倡实现信息技术与课程内容的有机整合(如将算法融入数学课程的各个相关部分),整合的基本原则有利于学生认识数学的本质。2017年颁布的《普通高中数学课程标准(2017年版)》虽然没有将相关内容作为基本理念,但在第3条基本理念“把握数学本质,启发思考,改进教学”中提到:“注重信息技术与数学课程的深度融合,提高教学的时效性。”因此,教师应重视信息技术的运用,优化课堂教学,转变教学与学习方式。例如,为学生理解概念创设情境,为学生探索规律启发思路,为学生解决问题提供直观演示,引导学生自主获取资源。在这个过程中,教师要有意识地积累数学活动案例,总结出生动、自主、有效的教学方式和学习方式。
针对数学教学内容,如何进行信息技术与课程内容的深度融合?如何处理教学中难以呈现的课程内容?如何为学生理解概念创设情境?如何为学生探索规律启发思路?使用信息技术时,哪些地方值得注意?这些都需要教师认真思考和研究。笔者在执教概率统计时,对上述问题进行逐一思考,并进行了实践探索。
一、快速计算
毫无疑问,很多计算机软件能完成平均数、方差等的快速计算,它是信息技术在概率统计内容教学中最基本的运用。高中概率统计内容中,涉及的数据一般比较多,由于有些计算公式比较复杂,如果所有计算都直接在课堂上手动进行,烦琐且无必要。此时,教师可以运用计算机软件强大的计算功能进行教学。
值得一提的是,巧妙地运用计算机快捷的计算能力,还能使学生深刻理解有概率统计的有关内容。
例如,为了让学生直观理解极端值对平均数影响较大,而对中位数影响不大这一内容,教师通过Excel软件制作类似表1的表格让学生体会。教学时,教师还可以根据学生的反馈,改变极端值,达到让学生观察到结果的目的。 表1平均数和中位数计算分析 下载原表
再如,线性回归的有关内容中,回归直线是误差平方和最小意义下的“最优”曲线。由于误差平方和最小的证明不容易,如果不运用计算机软件的计算功能,学生很难在课堂上直观理解“最优”的意义。教学过程中,教师通过表格解决这一问题(见表2),其中第3行是线性回归方程以及由此得到的估计值,第5行是任意指定的一条直线及其估计值,两者的误差平方和分别为0.08和0.136,显然前者更小。 表2线性回归数据分析 下载原表
需要强调的是,虽然在概率统计的课堂上可以运用计算机软件完成比较繁杂的计算,但是考虑到我国目前高考中不允许使用计算器,学生在考场上必须用笔进行计算。因此,在讲述有关内容时,虽然可以不让学生在课堂上实际操练,但是教师一定要跟学生讲清楚计算的过程、步骤。以回归系数的计算为例(式1),在计算机软件中,通常只需要一个命令就可以得出数值,但笔算并不容易:即使给出公式,在面对具体数据时,很多学生不知道从何下手。对于该公式的相关计算来说,学生只有掌握了计算步骤之后才能顺利得到最终答案:首先应该计算,然后分别计算每一个,再按照公式求和,最后进行除法运算。
二、数据、结论的形象化展示
教师利用计算机软件强大的作图功能,能够将概率统计中的数据、结论等进行形象化展示,这主要体现在以下两方面。
(一)作统计图表
将数据通过柱形图、折线图、扇形图、茎叶图、频数/频率分布直方图/折线图等统计图表进行直观地展示,是现在高中课堂上经常做的事情。但是,给定一组数据之后,如果在课堂上手工制作统计图表,耗费时间。以手工制作频率分布直方图为例,首先要确定分组的依据,其次对落在各组区间内的数进行频数统计并求出频率,然后计算频率与组距的比值,最后作图,整个过程要耗费比较多的时间。
值得一提的是,开源软件GeoGebra是概率统计内容教学的绝佳帮手[2]。例如,利用该软件的“表格区”输入数据以后,选中数据进行“单变量分析”就可以得到频率分布直方图,选中“手动分组”还可以调整分组的情况等(如图1)。 图1利用软件“手动分组” 下载原图
(二)形象地展示结论
教师利用信息技术的作图功能,可以将概率统计中一些比较难理解的内容进行形象展示,从而为学生理解相关内容提供新的路径。
例如,教师通过在频率分布直方图中标出平均数、中位数,直观地显示这些数字特征与数据整体分布的关系;给定离散型随机变量,除了展示分布列之外,还给出分布列的直观表示。如图2所示是GeoGebra内置的二项分布的直观表示。学生通过图示可以方便地看出二项分布具有对称的特点,从而为理解二项分布与正态分布的关系打下基础。
三、随机模拟
很多计算机软件都内置有随机函数,能够通过产生随机数进行随机模拟。
高中统计课堂上,离不开数据的收集。收集数据虽然是日常生活中经常做的事情,但是因为班级的人数有限,在课堂上很难快速地收集到容量大的样本数据。此时,教师可以用随机函数产生随机数来代替数据的收集。高中概率课堂教学中,缺少不了随机试验,但在课堂上进行大规模随机试验是不现实的,教师可以用随机数的产生来代替进行随机试验。 图2二项分布的直观表示 下载原图
例如,单就让学生理解抛掷均匀硬币时出现正反面的概率都是0.5这一事实来说,最理想的教学方式是让学生在课堂上通过抛掷若干次硬币直观感知,但这在高中课堂上不现实。此时,教师可以通过随机函数产生0和1的随机序列来代替实际抛掷硬币试验。
再如,为了让学生理解生日悖论,即任意23个人中有2个人生日相同的概率大于50%,也可以通过Excel的随机数产生多组23个1至365中的数让学生直观感知(如图3)。在Excel中,为了让一列中的重复值突出显示,学生只要选中对应的列之后,然后执行“条件格式”、“突出显示单元格规则”和“重复值”命令,接下来在跳出的对话框中选择颜色,最后点击“确定”即可。
信息技术工具可以延伸成人们认知世界的外脑,应用信息技术教学的终极目的是释放学生潜力,使学生全面发展[3]。课程标准实施后的高考概率统计试题注重对其思想方法进行考查,强调图表、数据的计算,强调运用统计与概率知识解决实际问题的能力,强调发挥考生的主体作用,对其探究精神、建模能力等提出新要求[4]。在这样的背景下,充分应用信息技术提高概率统计内容的教学效率,非常必要,值得广大数学教师进一步探索。 图3生日悖论数据列表阐释 下载原图
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