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數(shù)學(xué)難題分析思考一、前言
在當(dāng)前高等教育數(shù)學(xué)學(xué)科公共基礎(chǔ)科目中,《高等代數(shù)》《微積分》《線性代數(shù)》等均屬于研究確定性現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支,唯獨(dú)《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》研究的領(lǐng)域是隨機(jī)現(xiàn)象。因此,《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》的教學(xué)也應(yīng)當(dāng)與其他數(shù)學(xué)課程有所區(qū)別,不單單是要講授概率統(tǒng)計(jì)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn),更重要的是要向?qū)W生傳遞一種數(shù)學(xué)思維方式,將概率論縱橫交錯(cuò)的邏輯架構(gòu)清晰地展現(xiàn)在學(xué)生眼前,使其眼前“豁然開(kāi)朗”,感受到“境界的升華”,進(jìn)而有效地解決數(shù)學(xué)難題。
二、概率統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)中的數(shù)學(xué)難題分析要重視學(xué)生數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng)
概率論課程從學(xué)生高中時(shí)就有所接觸,那為什么學(xué)生們?cè)诖髮W(xué)階段更進(jìn)一步地深入學(xué)習(xí)《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》時(shí),卻頻頻出現(xiàn)學(xué)習(xí)障礙呢?其中很重要的一點(diǎn)問(wèn)題,就在于學(xué)生在學(xué)習(xí)課程知識(shí)點(diǎn)時(shí),缺乏有意識(shí)的思維訓(xùn)練,所掌握的僅僅是零散的知識(shí),未能從整體上把握該課程常需要應(yīng)用到的數(shù)學(xué)解題技巧,不利于學(xué)生整體上的理解,以致在解題時(shí)頻頻失誤。對(duì)此,筆者認(rèn)為,在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)時(shí),不僅要強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)推導(dǎo)問(wèn)題的歸納能力的培養(yǎng),也要將歸納和演繹思維的訓(xùn)練納入教學(xué)目標(biāo)內(nèi),要綜合運(yùn)用多種教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維,使學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力得到本質(zhì)上的提高。
三、結(jié)合概念實(shí)際背景融入數(shù)學(xué)建模思想,解決數(shù)學(xué)難題
1.在概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的可行性
總體來(lái)看,概率統(tǒng)計(jì)教材中所涉及的隨機(jī)數(shù)學(xué)問(wèn)題大致可分為4大類:(1)隨機(jī)事件與概率;(2)隨機(jī)變量及其函數(shù)的概率分布;(3)大數(shù)定律和中心極限定理;(4)隨機(jī)變量的數(shù)字特征等。教師要深入鉆研教材,結(jié)合相關(guān)實(shí)例來(lái)講解概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本理論,使其確立數(shù)學(xué)建模的思維理念,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)“再思維”來(lái)展現(xiàn)數(shù)學(xué)“活生生”的創(chuàng)造活動(dòng),逐漸深化對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解,進(jìn)而提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
2.數(shù)學(xué)建模解決數(shù)學(xué)難題的實(shí)例分析
教師應(yīng)當(dāng)合理地利用教學(xué)案例來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)難題的講解,并以此培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)建模思想解題的意識(shí)。以報(bào)刊亭的收益問(wèn)題為例:
例題:報(bào)刊亭每天清晨從報(bào)站批發(fā)報(bào)紙零售,晚上將未賣(mài)完的報(bào)紙退回。每份報(bào)紙零售價(jià)a元,批發(fā)價(jià)b元,回收價(jià)c元,且a>b>c,則報(bào)刊亭每售出一份報(bào)紙可賺取a-b元,退回一份會(huì)賠b-c元,問(wèn)如何確定每天批發(fā)報(bào)紙的數(shù)量,才能獲得最大收益。
分析:很明顯,求解批發(fā)量需要根據(jù)需求量來(lái)確定,也就是說(shuō),報(bào)紙的需求量為隨機(jī)變量,設(shè)報(bào)刊亭每天報(bào)紙的需求量為X=x份,批發(fā)量為n份,其概率為P(x)。而需求量x是隨機(jī)的,因此報(bào)刊亭的收益也是隨機(jī)的,作為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù),報(bào)刊亭每天獲取的最大收益應(yīng)考慮到其長(zhǎng)期(半年、一年等)的日平均收入即其期望值(以下簡(jiǎn)稱為平均收入)。
由此,假設(shè)報(bào)刊亭每日批發(fā)n份報(bào)紙,日均收入為S(n),若x≤n,則表示當(dāng)前報(bào)刊亭售出報(bào)紙x份,退回n-x份;若x>n,則表示報(bào)紙完全售出。因此,平均收入,建立數(shù)學(xué)模型后,只需了解到需求量為x的概率P(x)、a、b、c的具體值,就可以求取S(x)max。
在此基礎(chǔ)上,教師還可以進(jìn)一步提出問(wèn)題:如模型中需求量x、批發(fā)量n取值較大,將x視為連續(xù)變量時(shí)應(yīng)如何求解?學(xué)生們綜合以上模型及所學(xué)連續(xù)型隨機(jī)變量概念,將概率P(x)轉(zhuǎn)化為概率密度函數(shù)f(x),并套用模型S(x)可得:
進(jìn)而得出結(jié)論:批發(fā)量n滿足條件
時(shí)報(bào)刊亭日均收入最高,因?yàn)?/p>
因此又可以轉(zhuǎn)化為,即每份報(bào)紙賺錢(qián)與賠錢(qián)之比越高時(shí),批發(fā)報(bào)紙分?jǐn)?shù)也越多。同樣的,指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用離散型隨機(jī)變量概念解題也可以得出相同結(jié)論。
通過(guò)報(bào)刊亭收益問(wèn)題建立的數(shù)學(xué)模型,還可以大量引用到其他不同的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題中,這對(duì)于鍛煉學(xué)生的思維靈活性及解決數(shù)學(xué)難題都有著很好的幫助。
四、巧用“逆事件”,解決數(shù)學(xué)難題
求解古典概率問(wèn)題時(shí)一般會(huì)涉及到基本事件總數(shù)、有利事件數(shù)等,從正面探求這些問(wèn)題往往不易解決,且學(xué)生在復(fù)雜的計(jì)算中稍不留神,就會(huì)陷入到思維陷阱中,腦中一團(tuán)亂麻,解題就更加麻煩了。對(duì)此,教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生熟練應(yīng)用“逆事件”解題,從問(wèn)題的反面逆向思維上尋求解決數(shù)學(xué)難題的方案。以下題為例:
例題:已知4個(gè)人在旅社住宿,每個(gè)人都等可能地被分配到5個(gè)房間中的任一間去住,問(wèn):事件A={4人各住一房}的概率,事件B={至少有2人同住一房}的概率?
按照一般的解題思路,首先需要求解A、B事件的有利事件數(shù)和基本事件總數(shù),如事件A包含的有利事件數(shù)為P54,;事件B也同樣如此,。如果問(wèn)題中住宿人數(shù)或房間數(shù)進(jìn)一步增加,計(jì)算也會(huì)變得更加繁瑣,甚至出現(xiàn)遺漏或重復(fù)計(jì)算等情況。在此情況下,運(yùn)用逆事件求解就簡(jiǎn)單多了。如事件B的發(fā)生概率可由定理P(A)=1-P(A)推導(dǎo)得出,P(B)=P(A)=1-P(A)=1-0.192=0.808。同樣的,將住宿人數(shù)、房間數(shù)放大,設(shè)已知n個(gè)人,每個(gè)人都等可能地被分配到N個(gè)房間中的任一間去住,且n≤N,求A、B事件的概率。在此問(wèn)題中,可以簡(jiǎn)單地計(jì)算出基本事件總數(shù)Nn,進(jìn)而得出事件A的有利事件數(shù)PNn,得出結(jié)果,。其他的常見(jiàn)數(shù)學(xué)題如“生日問(wèn)題”“電梯問(wèn)題”,U檢驗(yàn)法、X2檢驗(yàn)法進(jìn)行的假設(shè)檢驗(yàn)中臨界值的確定,也可以借鑒“逆事件”來(lái)解決,此處不再一一贅述。
五、結(jié)語(yǔ)
所謂“通達(dá)善變”,“通”是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),是基本保證,立足通法,才能準(zhǔn)確地應(yīng)用各種解題技巧,才能發(fā)展可靠的邏輯思維和發(fā)散思維,生出巧法。在大學(xué)數(shù)學(xué)公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)過(guò)程中,教師應(yīng)當(dāng)客觀準(zhǔn)確地把握學(xué)生的數(shù)學(xué)能力狀況,在課堂教學(xué)中融入多種解題技巧教學(xué),幫助學(xué)生拓展解題思路,提高其分析難題與解決難題的能力,以更好更深入地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)。
參考文獻(xiàn):
[1]教育部高等學(xué)校數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)課題組.數(shù)學(xué)學(xué)科專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2005,(3).
[2]徐海靜,何立官.矩陣思想在《線性代數(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,(5).
關(guān)鍵詞:概率統(tǒng)計(jì);數(shù)學(xué)思想;教學(xué)
數(shù)學(xué)思想是數(shù)學(xué)的靈魂,是現(xiàn)實(shí)世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系反映到人們的意識(shí)之中并經(jīng)過(guò)人們的思維活動(dòng)產(chǎn)生的,是人們對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。概率統(tǒng)計(jì)是數(shù)學(xué)一個(gè)富有特色的分支,在概率統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容中同樣蘊(yùn)涵著豐富的數(shù)學(xué)思想,為人們正確處理現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)信息、揭示事物現(xiàn)象的變化規(guī)律、提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力提供了強(qiáng)有力的工具。因此,數(shù)學(xué)思想的教學(xué)研究對(duì)學(xué)科本身的發(fā)展和教學(xué)效果的改善具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義,受到許多學(xué)者的青睞。本文擬對(duì)近年我國(guó)學(xué)者對(duì)概率統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)思想的教學(xué)研究成果和研究狀況進(jìn)行綜述。
一、概率論的思想史
對(duì)概率論思想史的教學(xué)研究文獻(xiàn)較少。黃海平(1999)主張,在教學(xué)中適當(dāng)介紹概率論的歷史和數(shù)學(xué)思想史,不但能使學(xué)生感受到數(shù)學(xué)思想的巨大價(jià)值,還可以激發(fā)他們學(xué)習(xí)概率統(tǒng)計(jì)的興趣。石瑩(2002)提出,數(shù)學(xué)思想方法是對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)和方法形成的規(guī)律性的理性認(rèn)識(shí),其發(fā)展史是教學(xué)中不容忽視的環(huán)節(jié)。
二、隨機(jī)思想和偶然與必然的思想
隨機(jī)思想和統(tǒng)計(jì)思想是概率統(tǒng)計(jì)有的數(shù)學(xué)思想。魏孝章和姜根明(2003)指出,隨機(jī)思想是概率論的核心思想,是從個(gè)別偶然的現(xiàn)象發(fā)展到這種偶然現(xiàn)象所表現(xiàn)出的一種內(nèi)在的必然規(guī)律。研究隨機(jī)現(xiàn)象就是在“偶然”中尋找“必然”,然后再用“必然”的規(guī)律去解決“偶然”的問(wèn)題,這就是偶然與必然的思想。石瑩(2002)指出,在講授概率統(tǒng)計(jì)時(shí)要注重公理化思想、模型思想、依概率收斂、統(tǒng)計(jì)推斷等典型思想方法,同時(shí)分析偶然與必然的關(guān)系,對(duì)學(xué)生進(jìn)行辯證思想方法的教學(xué)。
三、公理化思想
公理化思想就是從盡可能少的無(wú)定義的原始概念和一組不證自明的命題(基本公理)出發(fā),利用邏輯推理法則建立數(shù)學(xué)的演繹系統(tǒng)。到20世紀(jì),柯?tīng)柲缏宸驅(qū)W派建立了概率的公理化結(jié)構(gòu),概率論因此成為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)分支。
石瑩(2002)建議,在教學(xué)中可側(cè)重于講解公理化思想方法對(duì)于概率統(tǒng)計(jì)理論形成的重要意義,讓學(xué)生在嚴(yán)格的公理體系中認(rèn)知定義、公式及定理,學(xué)會(huì)運(yùn)用規(guī)范化的數(shù)學(xué)語(yǔ)言解決概率統(tǒng)計(jì)中的問(wèn)題。張瑾和王永紅(2005)通過(guò)分析概率的公理化定義,說(shuō)明了聯(lián)系緊密、內(nèi)在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的公理化知識(shí)體系,并用結(jié)構(gòu)主義的觀點(diǎn)說(shuō)明了各部分基礎(chǔ)知識(shí)的結(jié)構(gòu)特征。
四、統(tǒng)計(jì)思想
統(tǒng)計(jì)思想是統(tǒng)計(jì)學(xué)中的精華,是統(tǒng)計(jì)方法的靈魂,包括統(tǒng)計(jì)調(diào)查思想、統(tǒng)計(jì)描述思想、統(tǒng)計(jì)推斷思想等。
章朝慶(2001)指出,概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)要與人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng),并給出在教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)思想的一些方法,例如:引導(dǎo)學(xué)習(xí),體現(xiàn)方法;結(jié)合概念和定理講授概率統(tǒng)計(jì)方法;聯(lián)系實(shí)際,學(xué)習(xí)綜合運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)方法。
倪中新和陳敏(2004)提出,在教學(xué)中要注重講授概率統(tǒng)計(jì)的思想和背景,比如,各種概型、概率分布的應(yīng)用背景,隨機(jī)變量的數(shù)字特征的物理意義,參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)的哲學(xué)背景;同時(shí)指出,統(tǒng)計(jì)思想的教學(xué)還應(yīng)結(jié)合統(tǒng)計(jì)軟件等現(xiàn)代教育技術(shù)。
張馳(2006)認(rèn)為,要特別重視對(duì)統(tǒng)計(jì)思想的教學(xué),在概率論教學(xué)中穿插、滲透統(tǒng)計(jì)思想,在統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)中通過(guò)將統(tǒng)計(jì)思想經(jīng)典語(yǔ)句化來(lái)加強(qiáng)統(tǒng)計(jì)思想的教學(xué)。
統(tǒng)計(jì)推斷思想是貫穿于數(shù)理統(tǒng)計(jì)研究始終的思想方法,是利用研究對(duì)象總體的隨機(jī)子樣的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)總體或總體間性質(zhì)作出估計(jì)、推測(cè)的一種數(shù)學(xué)思想。假設(shè)檢驗(yàn)、區(qū)間估計(jì)、方差分析、回歸分析等方法體現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)推斷思想。石瑩(2002)給出了在教學(xué)中講授統(tǒng)計(jì)推斷思想的一些建議:介紹統(tǒng)計(jì)推斷的基本模式,闡明其在方法論中的價(jià)值,闡述統(tǒng)計(jì)推斷的現(xiàn)實(shí)意義。
五、數(shù)形結(jié)合思想
數(shù)形結(jié)合的思想包含“以形助數(shù)”和“以數(shù)輔形”兩個(gè)方面,其實(shí)質(zhì)是將抽象的數(shù)學(xué)語(yǔ)言與直觀的圖像結(jié)合起來(lái),關(guān)鍵是代數(shù)問(wèn)題與圖形之間的相互轉(zhuǎn)化,它可以使代數(shù)問(wèn)題幾何化、幾何問(wèn)題代數(shù)化,從而使問(wèn)題簡(jiǎn)單化、熟悉化。張瑾和王永紅(2005)給出了概率統(tǒng)計(jì)中數(shù)形結(jié)合思想常用的一些方面。例如:用文氏圖分析揭示事件的互不相容、獨(dú)立、互逆等關(guān)系;畫(huà)出完備事件組的示意圖,有助于學(xué)生對(duì)全概率公式和貝葉斯公式的理解和應(yīng)用;幾何概型中,利用線段、平面、空間圖形的長(zhǎng)度、面積和體積計(jì)算事件的概率。舒元生(2005)基于正態(tài)分布曲線的對(duì)稱性、增減性、漸近性并結(jié)合實(shí)例說(shuō)明了數(shù)形結(jié)合思想的應(yīng)用。
六、分類討論思想
當(dāng)問(wèn)題含有多種可能,人們難以對(duì)它進(jìn)行統(tǒng)一處理時(shí),就只能按其出現(xiàn)的各種情況分類進(jìn)行討論,分別得出與各類情況相對(duì)應(yīng)的結(jié)論,綜合這些結(jié)論便得到原來(lái)問(wèn)題的答案。這種分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思想就是分類討論思想。概率統(tǒng)計(jì)中的許多內(nèi)容都體現(xiàn)了分類討論思想,它們分布在概念、定理的證明、運(yùn)算法則和具體問(wèn)題的解決中。
黃海平(1999)主張?jiān)诮虒W(xué)中滲透分類討論思想,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力,并特別指出復(fù)習(xí)是滲透分類思想的最佳時(shí)機(jī)。
七、化歸思想或等價(jià)轉(zhuǎn)化思想
把有待解決或未解決的對(duì)象,通過(guò)轉(zhuǎn)化過(guò)程歸結(jié)為一類已經(jīng)解決或較易解決的問(wèn)題,以求得原問(wèn)題的解決,就是化歸轉(zhuǎn)換的思想方法。
在概率統(tǒng)計(jì)中能用化歸思想解決的問(wèn)題較多。黃海平(1999)主張?jiān)诮虒W(xué)中要挖掘化歸思想,強(qiáng)化學(xué)生的辯證思維能力。舒元生(2005)通過(guò)實(shí)例介紹了運(yùn)用對(duì)立事件、等價(jià)命題、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)總體、排除法和已知的定理公式結(jié)論等進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)換的思想方法。
八、函數(shù)與方程思想
函數(shù)思想是指要用運(yùn)動(dòng)變化的觀點(diǎn)分析、研究具體問(wèn)題中的數(shù)量關(guān)系,通過(guò)利用函數(shù)的概念和性質(zhì)去分析問(wèn)題并加以研究,最終解決問(wèn)題。方程思想是從問(wèn)題的數(shù)量關(guān)系入手,運(yùn)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將問(wèn)題中的條件轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型(方程、不等式或方程與不等式的混合組),然后通過(guò)解方程(組)或不等式(組)來(lái)使問(wèn)題獲解,有時(shí)還需實(shí)現(xiàn)函數(shù)與方程的互相轉(zhuǎn)化、接軌,最終達(dá)到解決問(wèn)題的目的。
九、模型思想
一切數(shù)學(xué)概念、公式、理論體系以及由數(shù)學(xué)概念與符號(hào)刻畫(huà)出來(lái)的某個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)系結(jié)構(gòu)都可成為數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型有廣義解釋和狹義解釋。按廣義解釋,凡是以相應(yīng)的客觀原型作為背景加以一級(jí)抽象或多級(jí)抽象的數(shù)學(xué)概念、定理、公式等都叫數(shù)學(xué)模型,如古典概型、幾何概型、二項(xiàng)概型、條件概率、隨機(jī)變量、期望和方差等。按狹義解釋,只有那種反映特定的具體實(shí)體內(nèi)在規(guī)律性的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)才成為數(shù)學(xué)模型,如概率中的摸球問(wèn)題、擲分幣問(wèn)題、分房問(wèn)題、次品問(wèn)題、蒲豐投針問(wèn)題等。
模型思想就是構(gòu)造模型、使用模型的思想方法。魏孝章和姜根明(2003)通過(guò)實(shí)例說(shuō)明,概率建模思想既可以處理隨機(jī)問(wèn)題,也可以處理一些非隨機(jī)問(wèn)題。黃海平(1999)主張要在教學(xué)中提煉模型思想,以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。韋程?hào)|等(2008)主張要在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的內(nèi)容,引入討論與講授相結(jié)合、啟發(fā)式、案例分析和現(xiàn)代教育技術(shù)等數(shù)學(xué)建模思想的方法,在課后作業(yè)中融入數(shù)學(xué)建模思想,以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模的能力。高巖(2008)建議將數(shù)學(xué)建模思想貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和合作意識(shí),促進(jìn)知識(shí)向應(yīng)用的轉(zhuǎn)化;還介紹了將數(shù)學(xué)建模思想融入概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中的方法和原則。石瑩(2002)認(rèn)為,在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中,一方面要使學(xué)生了解典型模型的構(gòu)造規(guī)律,在解題教學(xué)和練習(xí)中學(xué)會(huì)正確使用模型;另一方面要揭示模型之間的聯(lián)系,區(qū)別易混淆的模型。李曉毅和徐兆棣(2008)探討了在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中數(shù)學(xué)建模思想形成和建立的途徑,對(duì)概率統(tǒng)計(jì)課程的教學(xué)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)例、教學(xué)手段、教學(xué)模式等方面進(jìn)行分析,闡明了在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想是促使學(xué)生學(xué)好概率統(tǒng)計(jì)課程的有效途徑。
十、其他數(shù)學(xué)思想
1.集合與映射思想
隨機(jī)事件、樣本空間等概率論中的基本概念其實(shí)質(zhì)就是集合,而在概率的公理化定義中則將“概率”定義為事件域F(集合)到實(shí)數(shù)區(qū)間[0,1]的一個(gè)映射。隨機(jī)變量的定義也是從樣本空間(集合)到實(shí)數(shù)域R建立的一個(gè)映射。李光平和劉洪(2004)從解釋古典概率、把握事件之間的關(guān)系、計(jì)算事件的概率三個(gè)方面介紹了在教學(xué)中滲透集合觀點(diǎn)的具體做法。
2.整體思想
整體思想就是把考慮的對(duì)象作為一個(gè)整體對(duì)待,而且這個(gè)整體是各要素按一定規(guī)律組合成的有機(jī)統(tǒng)一體。
3.求補(bǔ)思想
對(duì)于直接求解較困難或較復(fù)雜的問(wèn)題,可考慮先求它的補(bǔ)集,這種在順向思維受阻后改用逆向思維的思想就是數(shù)學(xué)中的求補(bǔ)思想。王衛(wèi)華(2006)針對(duì)2005年高考概率題目說(shuō)明了補(bǔ)集思想的應(yīng)用。
綜上可知,國(guó)內(nèi)概率統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)思想的教學(xué)研究集中于思想的內(nèi)涵、作用與功能、方法與技巧,取得了較為豐富的成果。
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關(guān)鍵詞: 概率與統(tǒng)計(jì) 易錯(cuò)點(diǎn) 應(yīng)對(duì)技巧
概率與統(tǒng)計(jì)是高中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn),也是學(xué)生在運(yùn)用中很容易錯(cuò)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn).下面我結(jié)合這幾年在教學(xué)過(guò)程中的感受,談?wù)劯怕逝c統(tǒng)計(jì)的易錯(cuò)點(diǎn).具體從以下幾點(diǎn)進(jìn)行剖析.
一、易錯(cuò)點(diǎn)分析
1.基本事件的總數(shù)算錯(cuò).
2.錯(cuò)用獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)概率公式.
3.對(duì)于復(fù)雜的概率問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)應(yīng)用對(duì)立事件的性質(zhì)求解.
二、錯(cuò)點(diǎn)應(yīng)對(duì)技巧
1.要以課本概念和方法為主,以熟練技能、鞏固概念為目標(biāo),查找知識(shí)缺漏,總結(jié)解題規(guī)律.
2.相互獨(dú)立事件首先要概念清楚,善于把所求概率事件劃分為幾個(gè)獨(dú)立的事件.一般地,解答這類問(wèn)題往往需要綜合運(yùn)用等可能事件的概率公式.
3.對(duì)于互斥事件,要首先搞清概念,然后要善于將一個(gè)事件劃分為若干個(gè)互斥事件的和,能靈活運(yùn)用公式求概率,還要善于靈活運(yùn)用“正難則反”的思想來(lái)求復(fù)雜事件的對(duì)立事件的概率.
三、例題剖析
易錯(cuò)點(diǎn)1:基本事件的總數(shù)算錯(cuò)
例1:在一個(gè)口袋中裝有5個(gè)白球和3個(gè)黑球,這些球除顏色外完全相同,從中摸出3個(gè)球,至少摸到2個(gè)黑球的概率等于?搖?搖?搖?搖.
解:從5個(gè)白球和3個(gè)黑球中摸出3個(gè)球,共有C種方法,摸到2個(gè)黑球有CC種方法,摸到3個(gè)黑球有CC種方法.至少摸到2個(gè)黑球的概率p==.
誤區(qū)警示:求等可能事件的概率,首先明確等可能事件中的基本事件是什么,其次要明確由基本事件組成的一般事件中包含基本事件的可能結(jié)果有多少種,最后由定義求解其概率.
易錯(cuò)點(diǎn)2:錯(cuò)用獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)概率公式
例2:甲、乙兩隊(duì)進(jìn)行一場(chǎng)排球比賽,根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),單局比賽甲隊(duì)勝乙隊(duì)的概率為0.6.本場(chǎng)比賽采用五局三勝制,即先勝三局為勝,比賽結(jié)束.設(shè)各局比賽相互之間沒(méi)有影響,求:
(1)前三局比賽甲隊(duì)領(lǐng)先的概率;(2)本場(chǎng)比賽乙隊(duì)以3∶2取勝的概率.
解:?jiǎn)尉直荣惣钻?duì)勝乙隊(duì)的概率為0.6,乙隊(duì)勝甲隊(duì)的概率為1-0.6=0.4.
(1)記“甲隊(duì)勝三局”為事件A,“甲隊(duì)勝兩局”為事件B,
則P(A)=0.6=0.216,P(B)=C×0.6×0.4=0.432.
所以前三局比賽甲隊(duì)領(lǐng)先的概率為P(A)+P(B)=0.648.
(2)若本場(chǎng)比賽乙隊(duì)以3∶2取勝,則前四局雙方應(yīng)以2∶2戰(zhàn)平且第五局乙隊(duì)勝.
所以,所求事件的概率為C×0.4×0.6×0.4=0.138.
誤區(qū)警示:第二問(wèn)中“乙隊(duì)以3∶2取勝”,并不是五局比賽中乙恰好勝了三次,通過(guò)該題,明確比賽中求概率的方法,要結(jié)合所學(xué)知識(shí),靈活地應(yīng)用到實(shí)際中來(lái),不能盲目地套用公式.
易錯(cuò)點(diǎn)3:對(duì)于復(fù)雜的概率問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)應(yīng)用對(duì)立事件的性質(zhì)求解.
例3:從10位同學(xué)(其中6女,4男)中隨機(jī)選出3位參加測(cè)驗(yàn),每位女同學(xué)能通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率均為,每位男同學(xué)能通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率均為.試求:
(1)選出的3位同學(xué)中,至少有一位男同學(xué)的概率;
(2)10位同學(xué)中的女同學(xué)甲和男同學(xué)乙同時(shí)被選中且通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率.
解:(1)解法一:從10位同學(xué)中選出3位參加測(cè)試的選出方法有C=120(種).至少有一位男同學(xué)可分為以下三種情況:1男2女;2男1女;3男.于是有CC+CC+C=100(種)選法,于是=為所求.
解法二:“至少有一位男同學(xué)”等價(jià)于“不都是女同學(xué)”,而都是女同學(xué)的情況有C種,所以至少有一位男同學(xué)的概率是1-=.
(2)解:10位同學(xué)中女同學(xué)甲和男同學(xué)乙同時(shí)被選中的概率為,他們通過(guò)測(cè)驗(yàn)的概率是×,這兩類事件應(yīng)該是相互獨(dú)立的,是同時(shí)發(fā)生的,應(yīng)該使用乘法得,××=.
誤區(qū)警示:“至少有一個(gè)男生”的情況有三種,容易漏掉且計(jì)算量大,通過(guò)求對(duì)立事件的概率,則為我們開(kāi)辟了:正難則反“之門(mén),體現(xiàn)了轉(zhuǎn)化思想.對(duì)于復(fù)雜的概率問(wèn)題,我們可用P(A)+P()=P(A+)=1這個(gè)公式,轉(zhuǎn)化為先求其對(duì)立事件的概率,再求所求事件的概率,從而使問(wèn)題簡(jiǎn)單化.
四.規(guī)律總結(jié)
1.P(A)=是等可能事件的概率,又是計(jì)算這種概率的基本方法,其中n是基本事件的總個(gè)數(shù),m是事件A包含的基本事件的個(gè)數(shù),所以求這類事件的概率,首先要明確基本事件是什么,其次要明確由基本事件組成的一般事件中包含基本事件的可能結(jié)果有多少種,最后由定義求其概率.
2.當(dāng)A與B是互斥事件時(shí),P(A+B)=P(A)+P(B),所以對(duì)于復(fù)雜的概率通常有兩種常用的解題方法:一是將所求事件化成彼此互斥事件的和;二是先去求事件的對(duì)立事件的概率,然后再求所求事件的概率.
3.獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn),是在同樣的條件下重復(fù)地,各次之間相互獨(dú)立地進(jìn)行的一種試驗(yàn),n次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)中事件A恰好發(fā)生k次的概率為CP(1-p),使用此公式求概率時(shí)應(yīng)先考查是否滿足下列條件:①在一次實(shí)驗(yàn)中某事件A發(fā)生的概率是一個(gè)常數(shù)P;②n次試驗(yàn)不僅是在完全相同的情況下進(jìn)行的重復(fù)試驗(yàn),而且各次試驗(yàn)的結(jié)果是相互獨(dú)立的;③該公式表示n次試驗(yàn)中恰好發(fā)生了k次的概率.
五、探究與突破
1.熟練應(yīng)用排列組合知識(shí)的基本公式計(jì)算事件的概率.無(wú)論是基本事件的總數(shù),還是由基本事件組成的一般事件的總數(shù)的計(jì)算都是綜合運(yùn)用了排列、組合的知識(shí),是排列、組合知識(shí)的深化和延伸.這說(shuō)明排列、組合知識(shí)是解決有關(guān)等可能事件的概率的工具和基礎(chǔ).
摘要:對(duì)《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行三個(gè)模塊的教學(xué)實(shí)施,就是讓教材立體化后對(duì)課程系統(tǒng)認(rèn)識(shí),對(duì)教學(xué)大綱、基本概念、重點(diǎn)難點(diǎn)、應(yīng)用案例分析等方面進(jìn)行教學(xué)提高。
關(guān)鍵詞:概率統(tǒng)計(jì) 模塊 教學(xué)
前言
《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》是學(xué)生由確定性思維進(jìn)入隨機(jī)性思維的入門(mén)課程,也是大學(xué)進(jìn)行隨機(jī)思維培養(yǎng)和訓(xùn)練的課程。要讓教材立體化就是要清楚課程的背景與概況;清楚課程的指導(dǎo)思想;教學(xué)理念;教學(xué)目標(biāo);對(duì)難、重點(diǎn)進(jìn)行深度剖析,明確解決問(wèn)題的思路;對(duì)教學(xué)內(nèi)容的剖析有新的認(rèn)識(shí)。教學(xué)實(shí)踐中將本門(mén)課程內(nèi)容分為:概率論,隨機(jī)變量的函數(shù)及其分布,數(shù)理統(tǒng)計(jì)初步三大模塊進(jìn)行。
第一模塊 概率論
針對(duì)大三學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)之前已對(duì)概率有所了解,但從實(shí)際的隨機(jī)現(xiàn)象中把問(wèn)題數(shù)學(xué)化,運(yùn)用數(shù)學(xué)符號(hào)表示隨機(jī)現(xiàn)象是第一模塊學(xué)習(xí)內(nèi)容的難點(diǎn),這部份內(nèi)容是整個(gè)概率論的基礎(chǔ)。所以教學(xué)具體實(shí)施分三步:第一步,從常見(jiàn)隨機(jī)想象出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述隨機(jī)現(xiàn)象,補(bǔ)充大量用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述隨機(jī)現(xiàn)象的實(shí)際練習(xí)訓(xùn)練 ,用集合的概念來(lái)表述隨機(jī)事件;第二步,結(jié)合隨機(jī)事件運(yùn)算規(guī)律學(xué)習(xí)概率定義的發(fā)展規(guī)律,了解概率的公理化體系;第三步,對(duì)要掌握的條件概率,全概公式,貝葉斯公式等內(nèi)容,無(wú)論是教師講授演算、還是學(xué)生做作業(yè)都要求在解題時(shí)認(rèn)真書(shū)寫(xiě)每一個(gè)題目的詳細(xì)解題步驟,嚴(yán)格的書(shū)寫(xiě)過(guò)程方可讓學(xué)生達(dá)到邏輯性地對(duì)問(wèn)題的逐步認(rèn)識(shí)深度,這是非常重要的一個(gè)基礎(chǔ)訓(xùn)練要加強(qiáng)實(shí)施 。
第一模塊“概率論”中要抓住對(duì)概念的引入和背景的理解。如,概率公理化定義引入的背景是:在概率論的發(fā)展史上曾經(jīng)有過(guò)概率的古典定義、概率的幾何定義、概率的頻率定義和概率的主觀定義,這些定義各適合一類隨機(jī)現(xiàn)象,為了給出適合一切隨機(jī)現(xiàn)象的概率的最一般的定義,前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家柯?tīng)柲缏宸蛟?933年提出了概率的公理化定義,該定義既概括了上述幾種概率定義的共同特性,又避免了各自的局限性和含混之處。概率的公理化定義刻畫(huà)了概率的本質(zhì):概率是集合(事件)的函數(shù)。對(duì)概率的公理化定義的深度剖析是公理化定義未確定概率,它只是規(guī)定了概率應(yīng)該滿足的性質(zhì),在公理化定義出現(xiàn)之前的古典定義、幾何定義、頻率定義和主觀定義都在一定的場(chǎng)合下給出了各自的確定概率的方法,因此有了概率的公理化定義之后,把它們看作確定概率的方法是恰當(dāng)?shù)摹?/p>
一模塊中需要重點(diǎn)講授概念的直觀含義或?qū)嶋H意義的有;事件的概率與頻率;條件概率;事件的獨(dú)立性;全概率公式;需要多媒體課件的有效輔助實(shí)際教學(xué),充分利用圖形演示功能幫助直觀理解。對(duì)概率論中涉及的眾多例題和習(xí)題,應(yīng)理解題目所涉及的概念及解題的目的,而具體計(jì)算技巧在在高等數(shù)學(xué)已學(xué)過(guò),因此概率論學(xué)習(xí)的關(guān)鍵不在于多做習(xí)題,而要理解不同題型涉及的概念及解題的思路。
第二模塊 隨機(jī)變量的函數(shù)及其分布
隨機(jī)變量的函數(shù)及其分布包括一維隨機(jī)變量與多維隨機(jī)變量,要求學(xué)生認(rèn)識(shí)到分布函數(shù)、分布律和概率密度函數(shù)是揭示隨機(jī)現(xiàn)象本質(zhì)規(guī)律的重要工具。對(duì)概率分布函數(shù),連續(xù)性隨機(jī)變量概率密度函數(shù)的準(zhǔn)確理解以及會(huì)計(jì)算隨機(jī)事件的概率是本模塊的重點(diǎn),掌握常見(jiàn)的離散型和連續(xù)型隨機(jī)變量,數(shù)學(xué)期望、方差、協(xié)方差和相關(guān)系數(shù),并應(yīng)用這些概念解決實(shí)際問(wèn)題。
分布函數(shù)、隨機(jī)變量的獨(dú)立和不相關(guān)等概念要仔細(xì)推敲概念的內(nèi)涵和相互聯(lián)系、差異,例如,隨機(jī)變量概念的內(nèi)涵是一個(gè)從樣本空間到實(shí)軸的單值實(shí)函數(shù)X(w),但它不同于一般的函數(shù),定義域是樣本空間,不同隨機(jī)試驗(yàn)有不同的樣本空間。而它的取值是不確定的,隨著試驗(yàn)結(jié)果的不同可取不同值,但是它取某一區(qū)間的概率又能根據(jù)隨機(jī)試驗(yàn)予以確定的。
第二模塊計(jì)算難點(diǎn)有二維隨機(jī)變量的邊緣分布,事件B的概率P((X,Y)∈B),卷積公式等的計(jì)算,它們形式簡(jiǎn)單,但f(x,y)通常是分段函數(shù),真正的積分限并不再是(-∞,∞)或B,如何正確確定事實(shí)上的積分限就成了正確解題的關(guān)鍵,所以要綜合運(yùn)用極限、連續(xù)函數(shù)、導(dǎo)數(shù)、極值、積分、廣義積分及級(jí)數(shù)等知識(shí)去解決問(wèn)題,課程進(jìn)行之前一定要復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)并練習(xí)一定量的習(xí)題作保障。
二模塊中需要重點(diǎn)講授概念的直觀含義或?qū)嶋H意義的有;概率密度的幾何意義及均勻分布與正態(tài)分布;幾類常用隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望;相關(guān)系數(shù)概念。這些概念的引入需要多媒體課件的有效輔助利用圖形演示功幫助學(xué)生直觀理解。
第三模塊 數(shù)理統(tǒng)計(jì)初步
概率論是研究揭示隨機(jī)現(xiàn)象所隱含的本質(zhì)規(guī)律,反映在課程內(nèi)容上就是隨機(jī)變量分布函數(shù)、分布律和概率密度函數(shù)的尋求以及研究它們的數(shù)字特征;統(tǒng)計(jì)是以概率論為基礎(chǔ),利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)分布函數(shù),概率密度函數(shù)進(jìn)行估計(jì)和檢驗(yàn),第三模塊主要講授參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì),參數(shù)的假設(shè)檢驗(yàn),尤其要熟悉正態(tài)總體均值和方差的區(qū)間估計(jì)方法,假設(shè)檢驗(yàn)方法。重點(diǎn)是極大似然估計(jì)思想和假設(shè)檢驗(yàn)思想的介紹。
我們平時(shí)都將概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)合稱為“概率統(tǒng)計(jì)”,但顯然這兩者是有關(guān)系,卻又不是統(tǒng)一的.統(tǒng)計(jì)和概率是方法論上的區(qū)別,一個(gè)是推理,一個(gè)是歸納;一個(gè)是對(duì)原理的討論,一個(gè)是對(duì)方法的討論.
學(xué)習(xí)“統(tǒng)計(jì)與概率”要注意以下幾個(gè)要點(diǎn):1.在學(xué)習(xí)過(guò)程中要抓住對(duì)概念的引入和背景的理解,這實(shí)際上是一個(gè)抽象過(guò)程;2.在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)于引入概念的內(nèi)涵和相互間的聯(lián)系及差異要仔細(xì)推敲;3.在解題過(guò)程中不要為解題而解題,而應(yīng)理解題目所涉及的概念及解題的目的,因此概率學(xué)習(xí)的關(guān)鍵不在于做多少習(xí)題,而在于要把精力放在理解不同題型涉及的概念及解題的思路上去.這樣往往能“事半功倍”,同時(shí)學(xué)起來(lái)就不會(huì)枯燥而且容易記憶.下面就統(tǒng)計(jì)與概率相關(guān)題型和解答技巧與同學(xué)們交流分享.
第一類:用分類討論思想解決擲骰子、摸球、轉(zhuǎn)盤(pán)類應(yīng)用問(wèn)題
例1 現(xiàn)有兩枚質(zhì)地均勻的正方體骰子,每枚骰子的六個(gè)面上都分別標(biāo)有數(shù)字1、2、3、4、5、6.同時(shí)投擲這兩枚骰子,以朝上一面所標(biāo)的數(shù)字為擲得的結(jié)果,那么所得結(jié)果之和為9的概率是( ).
A.[13] B.[16] C.[19] D.[112]
【分析】每個(gè)骰子都有6種可能,投擲這兩枚骰子,所有可能結(jié)果共有36種,其中點(diǎn)數(shù)之和為9的有(3,6),(4,5),(5,4),(6,3)4種,所以,所求概率為:[436]=[19].
【點(diǎn)評(píng)】把統(tǒng)計(jì)與概率問(wèn)題與我們常規(guī)的數(shù)學(xué)思想相聯(lián)系,這樣方便歸納解題方法.
例2 一個(gè)布袋內(nèi)只裝有1個(gè)紅球和2個(gè)黃球,這些球除顏色外其余都相同,隨機(jī)摸出一個(gè)球后放回?cái)噭?,再隨機(jī)摸出一個(gè)球,則兩次摸出的球都是黃球的概率例3 如圖是一個(gè)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的正六邊形轉(zhuǎn)盤(pán),這個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)被三條分割線分成形狀相同、面積相等的三部分,且分別標(biāo)有“1”“2”“3”三個(gè)數(shù)字,指針的位置固定不動(dòng).讓轉(zhuǎn)盤(pán)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)兩次,則指針指向的數(shù)都是奇數(shù)的概率為 .
【分析】列表可知指針指向的數(shù)都是奇數(shù)的概率為[49].
【點(diǎn)評(píng)】把每次出現(xiàn)相同數(shù)字的情況全部列出,再計(jì)算都是奇數(shù)的概率.
例4 如圖,轉(zhuǎn)盤(pán)A的三個(gè)扇形面積相等,分別標(biāo)有數(shù)字1,2,3,轉(zhuǎn)盤(pán)B的四個(gè)扇形面積相等,分別標(biāo)有數(shù)字1,2,3,4.D動(dòng)A、B轉(zhuǎn)盤(pán)各一次,當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),將指針?biāo)渖刃沃械膬蓚€(gè)數(shù)字相乘.(當(dāng)指針落在扇形的交線上時(shí),重新轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán).)
(1)用樹(shù)狀圖或列表法列出所有可能出現(xiàn)的結(jié)果;
(2)求兩個(gè)數(shù)字的積為奇數(shù)的概率.
【分析】(1)首先根據(jù)題意畫(huà)出樹(shù)狀圖,然后由樹(shù)狀圖求得所有等可能的結(jié)果;
(2)先算出兩個(gè)數(shù)字的積為奇數(shù)的情況,再利用概率公式即可求得答案.
解:(1)畫(huà)樹(shù)狀圖得:
則共有12種等可能的結(jié)果;
(2)兩個(gè)數(shù)字的積為奇數(shù)的情況有4種,則兩個(gè)數(shù)字的積為奇數(shù)的概率為:[412]=[13].
【點(diǎn)評(píng)】此題考查了列表法或樹(shù)狀圖法求概率.
第二類:用大數(shù)規(guī)律解決硬幣拋擲類問(wèn)題
例5 在課外實(shí)踐活動(dòng)中,甲、乙、丙、丁四個(gè)小組用投擲一元硬幣的方法估算正面朝上的概率,其實(shí)驗(yàn)次數(shù)分別為10次、50次、100次、200次,其中實(shí)驗(yàn)相對(duì)科學(xué)的是( ).
A.甲組 B.乙組 C.丙組 D.丁組
【點(diǎn)評(píng)】大量反復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),某事件發(fā)生的頻率會(huì)穩(wěn)定在某個(gè)常數(shù)的附近,這個(gè)常數(shù)就叫做事件概率的估計(jì)值.本題考查了模擬實(shí)驗(yàn).選擇和拋硬幣類似的條件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證拋硬幣實(shí)驗(yàn)的概率,是一種常用的模擬實(shí)驗(yàn)的方法.
第三類:用比例解決估算類問(wèn)題
例6 為了估計(jì)魚(yú)塘中的魚(yú)數(shù),養(yǎng)魚(yú)者首先從魚(yú)塘中捕獲30條魚(yú),在每條魚(yú)身上做上記號(hào)后,把這些魚(yú)放歸魚(yú)塘,再?gòu)聂~(yú)塘中打撈200條魚(yú),如果在這200條魚(yú)中有5條魚(yú)是有記號(hào)的,則魚(yú)塘中魚(yú)的數(shù)量估計(jì)為 .
【點(diǎn)評(píng)】設(shè)未知數(shù),用成比例關(guān)系進(jìn)行估算解決此類問(wèn)題.
第四類:對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題
例7 下列說(shuō)法正確的是( ).
A.了解飛行員視力的達(dá)標(biāo)率應(yīng)使用抽樣調(diào)查
B.一組數(shù)據(jù)3,6,6,7,9的中位數(shù)是6
C.從2000名學(xué)生中選200名學(xué)生進(jìn)行抽樣調(diào)查,樣本容量為2000
D.一組數(shù)據(jù)1,2,3,4,5的方差是10
【點(diǎn)評(píng)】全面調(diào)查和抽樣調(diào)查是按調(diào)查對(duì)象范圍不同劃分的調(diào)查方式.中位數(shù)是指將一組數(shù)據(jù)按照由小到大(或由大到小)的順序排列,如果數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)是奇數(shù),則處于中間位置的數(shù)就是這組數(shù)據(jù)的中位數(shù);如果數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)是偶數(shù),則中間兩個(gè)數(shù)據(jù)的平均數(shù)就是這組數(shù)據(jù)的中位數(shù).樣本容量又稱“樣本數(shù)”,是指一個(gè)樣本的必要抽樣單位數(shù)目.方差是各個(gè)數(shù)據(jù)分別與其算術(shù)平均數(shù)之差的平方的和的平均數(shù).
例8 某中學(xué)籃球隊(duì)12名隊(duì)員的年齡如下表:
關(guān)于這12名隊(duì)員的年齡,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ).
A.眾數(shù)是14 B.極差是3
C.中位數(shù)是14.5 D.平均數(shù)是14.8
【點(diǎn)評(píng)】眾數(shù)、中位數(shù)、極差、平均數(shù)是統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn).找對(duì)數(shù)據(jù)就可以輕松解題.
例9 為了了解某學(xué)校學(xué)生每周平均課外閱讀時(shí)間的情況,隨機(jī)抽查了該學(xué)校m名同學(xué),對(duì)其每周平均課外閱讀時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),繪制了如下條形統(tǒng)計(jì)圖(圖1)和扇形統(tǒng)計(jì)圖(圖2).
條形統(tǒng)計(jì)圖
①求m的值;
②求扇形統(tǒng)計(jì)圖中閱讀時(shí)間為5小時(shí)的扇形圓心角的度數(shù);
③補(bǔ)全條形統(tǒng)計(jì)圖.
(2)直接寫(xiě)出這組數(shù)據(jù)的眾數(shù)、中位數(shù),求出這組數(shù)據(jù)的平均數(shù).
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)及扇形統(tǒng)計(jì)圖和條形統(tǒng)計(jì)圖的知識(shí),解題的關(guān)鍵是能夠結(jié)合兩個(gè)統(tǒng)計(jì)圖找到進(jìn)一步解題的有關(guān)信息,難度不大.
關(guān)鍵詞 隨機(jī)變量 分布函數(shù) 概率密度 數(shù)字特征
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
0 引言
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)是研究隨機(jī)現(xiàn)象的數(shù)量規(guī)律的一門(mén)數(shù)學(xué)學(xué)科,該課程作為現(xiàn)代數(shù)學(xué)的重要分支,在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域都被廣泛地應(yīng)用,它已成為各類專業(yè)大學(xué)生的數(shù)學(xué)必修課之一。
由于概率論的研究對(duì)象與一般數(shù)學(xué)學(xué)科不同,因而處理問(wèn)題的方法也不一樣。它除了具有其它數(shù)學(xué)學(xué)科的理論的抽象性和邏輯的嚴(yán)密性外,還具有自己獨(dú)特的思維方式和計(jì)算技巧。它在解決問(wèn)題時(shí)更注重概念與思路,因此學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí),特別是在前期的學(xué)習(xí)過(guò)程中常常感到困難,不易掌握它的規(guī)律。根據(jù)這一現(xiàn)象,教師在教學(xué)中應(yīng)采取一些措施,進(jìn)行一些針對(duì)性的處理,以幫助學(xué)生克服困難,逐步懂得運(yùn)用概率論的特點(diǎn),掌握其規(guī)律性。
下面對(duì)這門(mén)課程的教學(xué)中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行一些探討。
1 隨機(jī)事件的關(guān)系及運(yùn)算
隨機(jī)事件是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)這門(mén)課程的最基本的概念之一。了解事件的關(guān)系及運(yùn)算,把復(fù)雜的事件分解成若干個(gè)簡(jiǎn)單事件的和或積,從而利用概率的基本公式計(jì)算隨機(jī)事件的概率,是學(xué)生應(yīng)該掌握的基本方法,也是第一章的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
在講授事件的關(guān)系和運(yùn)算時(shí),可以結(jié)合集合的關(guān)系及運(yùn)算,并用文氏圖加以說(shuō)明。例如,列出如下的對(duì)照表(表1,表2),就能使問(wèn)題清楚、直觀,便于學(xué)生理解和掌握。
同時(shí),在講課中,應(yīng)特別注意強(qiáng)調(diào)其概率意義的描述,避免學(xué)生走入只會(huì)從集合的角度理解問(wèn)題的誤區(qū)。
2 幾個(gè)基本概念之間的關(guān)系
在課程的第二章引進(jìn)了隨機(jī)變量及其分布的概念, 這一部分的特點(diǎn)之一是:基本概念很多,描述這些基本概念之間的關(guān)系的定理和公式也很多。因此學(xué)生容易將一些概念混淆,搞不清它們之間的關(guān)系,記不住相應(yīng)的公式。針對(duì)這些問(wèn)題,在講完一部分相關(guān)的內(nèi)容以后,可以進(jìn)行一次小結(jié),將相關(guān)的概念以及它們之間的關(guān)系進(jìn)行梳理。例如,可以用圖形來(lái)表示各個(gè)概念之間的關(guān)系,并在圖中標(biāo)出所用的公式。這樣做可使各個(gè)概念更清楚、直觀、容易記憶。
3 隨機(jī)變量的數(shù)字特征
隨機(jī)變量的數(shù)字特征是用來(lái)描述隨機(jī)變量分布特征的某些數(shù)字。其中有數(shù)學(xué)期望、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、原點(diǎn)矩、中心矩、協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)等。由于隨機(jī)變量分為離散型和連續(xù)型兩類,它們的各種數(shù)字特征的計(jì)算公式也不相同。在講授這一部分時(shí)可以將離散型和連續(xù)型的情形加以對(duì)照,這樣既能使學(xué)生加深對(duì)概念的理解,又容易記住公式。例如,在講授一維隨機(jī)變量的數(shù)字特征時(shí),可以列出下列對(duì)照表(表3)。
從表中3可以看出,離散隨機(jī)變量與連續(xù)隨機(jī)變量的同一數(shù)字特征的計(jì)算公式的不同之處僅僅在于一個(gè)是求級(jí)數(shù),另一個(gè)是求積分。將離散求和換成連續(xù)求和,就可以由離散隨機(jī)變量的數(shù)字特征的公式得到連續(xù)隨機(jī)變量的相應(yīng)公式。
本章的另一個(gè)難點(diǎn)是求各種數(shù)字特征的公式太多,學(xué)生容易混淆,難以記住。例如對(duì)于二維離散隨機(jī)變量來(lái)說(shuō),就有數(shù)學(xué)期望、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、各階原點(diǎn)矩、各階中心矩、協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)等的計(jì)算公式。對(duì)于連續(xù)隨機(jī)變量也有這些相應(yīng)的公式。要區(qū)分、記住這么多公式是比較困難的。針對(duì)這一問(wèn)題,在講完相關(guān)的內(nèi)容后,可以將上述所有公式的記憶歸結(jié)到兩個(gè)公式:離散型和連續(xù)型隨機(jī)變量4 結(jié)束語(yǔ)
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)這門(mén)課程的難點(diǎn)主要集中在概率論的部分,教師在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)每一處難點(diǎn)的具體情況,采取切合實(shí)際的、具體的方法來(lái)解決問(wèn)題,幫助學(xué)生克服困難。這樣才能使學(xué)生真正理解和掌握該課程的基本概念、基本理論和基本方法。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì) 教學(xué)方法 能力
《概率論與教學(xué)統(tǒng)計(jì)》是研究隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律的一門(mén)數(shù)學(xué)學(xué)科。它既以較深的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ),又以解決大量的生產(chǎn)、科研與管理實(shí)際問(wèn)題為目的,該課程在處理問(wèn)題的思想方法上與學(xué)生已學(xué)過(guò)的其他數(shù)學(xué)課程有著很大的差異,因此有的學(xué)生學(xué)起來(lái)感到困難重重?;谶@門(mén)課程的特殊性,在教學(xué)過(guò)程中,我們應(yīng)采取怎樣的教學(xué)方法才能提高教學(xué)質(zhì)量呢?本文從趣聞教學(xué)、類比教學(xué)、合理設(shè)疑、及時(shí)總結(jié)、理論聯(lián)系實(shí)際、及時(shí)總結(jié)等幾個(gè)方面給予闡述,希望能給讀者以借鑒。
1.趣味教學(xué),引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)是數(shù)學(xué)的一個(gè)有特色的分支。在教學(xué)過(guò)程中教師要善于挖掘教材的內(nèi)在魅力,使學(xué)生對(duì)你所講的東西感興趣。濃厚的學(xué)習(xí)興趣,可以使各種器官以及大腦處于最活躍的狀態(tài),能夠最佳地接受教學(xué)信息。例如,作為“概率統(tǒng)計(jì)課”的導(dǎo)言,可以先向?qū)W生提出如下兩個(gè)問(wèn)題。
例1:這是一枚均勻的五分的硬幣,現(xiàn)要把它拋向桌面。在我拋下之前,哪位同學(xué)能斷言:①硬幣拋下落到桌面的結(jié)果是正面向上還是反面向上?②正面向上的可能性是多大?
例2:在一個(gè)口袋中裝有六只乒乓球,其中四只紅球,二只藍(lán)球?,F(xiàn)從口袋中任取一只球。在我取球之前,哪位同學(xué)能斷言:①我取到的是紅球還是藍(lán)球?②取到紅球的可能性是多大?
以上兩個(gè)例題的問(wèn)題使同學(xué)對(duì)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)這門(mén)課萌發(fā)了興趣。一旦有了學(xué)習(xí)興趣,興趣就能轉(zhuǎn)化為樂(lè)趣,樂(lè)趣又轉(zhuǎn)化為志趣,持久穩(wěn)定的志趣就能使學(xué)生保持經(jīng)久不衰的求知?jiǎng)恿Γ瑥亩顾麄兡芨玫膶W(xué)習(xí)這門(mén)課。
2.類比教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生想象力
數(shù)學(xué)家認(rèn)為,類比是發(fā)現(xiàn)的源泉,是偉大的引路人。人的思維受生理客觀環(huán)境等多方面因素的影響,往往正常的思維容易產(chǎn)生定勢(shì),要克服思維定勢(shì)的影響,必須在掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上,運(yùn)用類比的教學(xué)方法,使學(xué)生展開(kāi)豐富的想象能力。例如,講隨機(jī)變量部分,離散型隨機(jī)變量與連續(xù)型隨機(jī)變量之間,兩者所涉及的知識(shí)點(diǎn)是完全一樣的。在講授連續(xù)型隨機(jī)變量時(shí),教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)想象的空間,時(shí)時(shí)注意與離散型隨機(jī)變量進(jìn)行類比。這樣,可以使學(xué)生獲得的新知識(shí)更加鮮明、準(zhǔn)確,形成系統(tǒng)性的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),逐步構(gòu)建良好的知識(shí)結(jié)構(gòu),從整體上掌握知識(shí)。
3.合理設(shè)疑,培養(yǎng)學(xué)生的求知欲
課堂教學(xué)是調(diào)動(dòng)和引導(dǎo)學(xué)生積極思考,培養(yǎng)學(xué)生求知欲的一個(gè)重要的環(huán)節(jié),是教與學(xué)的共同活動(dòng)。學(xué)生學(xué)會(huì)思考,才有所疑,才有所思,才有所得。那么,如何才能使學(xué)生有旺盛的求知欲,主動(dòng)聽(tīng)講,以取得良好的效果呢?這就要求教師講課必須學(xué)會(huì)巧妙構(gòu)思,合理設(shè)疑,才有可能打破學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的原有平靜,激起積極思維的層層浪花。例如,“相互獨(dú)立”和“互不相容”是概率論中兩個(gè)重要概念。初學(xué)者往往錯(cuò)誤地認(rèn)為“相互獨(dú)立”必“不相容”“不相容”必“相互獨(dú)立”。為了使學(xué)生對(duì)這兩個(gè)概念理解透徹,教師可以在此處提出這樣兩個(gè)問(wèn)題:
例1:盒子里裝有m只白球,n只黑球,做有放回的摸球試驗(yàn),A表示“第一次摸到黑球”,B表示“第二次摸到白球”,則A和B是相互獨(dú)立的嗎?是互不相容的嗎?
例2:52張撲克牌平均分給甲、乙、丙、丁四個(gè)人,A表示甲得3張K,B表示乙得2張K,則A和B是相互獨(dú)立的嗎?是互不相容的嗎?
引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論:①相互獨(dú)立的兩個(gè)事件不必是不相容的;②不相容的兩個(gè)事件不必是相互獨(dú)立的。這樣通過(guò)對(duì)兩個(gè)概念的深入討論,加上教師的正確引導(dǎo),使學(xué)生基本上能夠明確區(qū)分兩個(gè)概念的區(qū)別與聯(lián)系了。
4.及時(shí)總結(jié),提高學(xué)生綜合分析能力
對(duì)于《概率論與教學(xué)統(tǒng)計(jì)》這門(mén)課,教師應(yīng)及時(shí)進(jìn)行階段性課堂小結(jié)。這種小結(jié)并不是講述內(nèi)容的重復(fù),而是進(jìn)一步剖析各個(gè)概念間的聯(lián)系,從不同角度講清事物的縱橫關(guān)系。例如,在講完條件概率、全概率公式、貝葉斯公式后,教師應(yīng)及時(shí)分析總結(jié)過(guò)去學(xué)生中易混淆的概念與易出現(xiàn)的錯(cuò)誤,講授的主導(dǎo)思想是突出方法的基本思路。例如,在總結(jié)條件概率時(shí),教師可以舉這樣一個(gè)例子:一個(gè)家庭有兩個(gè)小孩,已知其中一個(gè)是女孩。問(wèn)另一個(gè)也是女孩的概率為多大?(假定一個(gè)小孩是男還是女是等可能的)。這時(shí)所求的概率是在“已知其中一個(gè)是女孩”的附加條件下發(fā)生的概率,這個(gè)概率就是條件概率。用這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,深入淺出地分析,使學(xué)生更好的理解了條件概率的基本概念;之后再以典型例題,細(xì)微分析全概率公式、貝葉斯公式的思路和方法,以及兩個(gè)公式的關(guān)系,著眼于提高學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力。
5.理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力
1 自交后代中性狀分離概率的辨析
【例1】 豌豆灰種皮(G)對(duì)白種皮(g)是顯性,黃子葉(Y)對(duì)綠子葉(y)為顯性。現(xiàn)有純種的灰種皮黃子葉與白種皮綠子葉的親本雜交得F1,F(xiàn)1自交得F2,F(xiàn)2植株所結(jié)種子中灰種皮顏色與綠子葉顏色的概率分別是( )
A. 3/4和3/4 B. 3/4和1/4
C. 5/8和3/4 D. 3/4和3/8
【解析】此題容易在F2植株所結(jié)種子的各部分的代次上發(fā)生混淆而出錯(cuò)。解題的關(guān)鍵是分清F2上所結(jié)種子的種皮為母本的一部分仍是F2代,故分離比為3:1,則灰種皮占3/4;而其中的子葉為下一代,即F3代,在F3代中子葉顏色為灰色的有純合子(YY)與雜合子(Yy),其中雜合子(Yy)比例為(1/2×1/2)=1/4,故F3中子葉純合子的比例YY+yy=1-1/4=3/4,而YY與yy的概率相等,即隱性的綠子葉顏色(yy)占3/8,得顯性黃子葉(Y_)占5/8。
答案:D。
【方法總結(jié)】對(duì)植物雜交問(wèn)題分析時(shí),種子各結(jié)構(gòu)性狀的規(guī)律是:種皮性狀即當(dāng)代母本性狀,而胚各部分性狀為下一代的性狀。若在植株上統(tǒng)計(jì)某代性狀,只有胚和胚乳性狀可在當(dāng)年母本植株上得到統(tǒng)計(jì),其余結(jié)構(gòu)性狀待到下一代植株上統(tǒng)計(jì)。
【易錯(cuò)警示】正確區(qū)分果莢、種皮、胚和胚乳等結(jié)構(gòu)的代次。
2 自交與自由(隨機(jī))概率的辨析
【例2】 已知小麥抗銹病是由顯性基因(A)控制的,讓一株雜合(Aa)小麥自交獲得F1,淘汰其中不抗銹病的植株后,再自交獲得F2,從理論上計(jì)算,F(xiàn)2中抗銹病的植株占總數(shù)的( )
A. 3/4 B. 5/6 C. 3/8 D. 9/16
【解析】回答此類題時(shí),容易混淆自交與自由中配子概率的處理問(wèn)題。其實(shí)①小題中,該雜合小麥基因型為Aa,自交產(chǎn)生后代1AA、2Aa、1aa,淘汰aa后,AA占1/3、Aa占2/3,它們?cè)僮越坏肍2,不抗銹病aa=2/3×1/4=1/6。整理合并F2抗銹病植株為1-1/6=5/6。
答案:B。
【方法總結(jié)】自由是指各個(gè)體間均有機(jī)會(huì),即各基因型間均可,產(chǎn)生子代的情況應(yīng)將各自自由后代的全部結(jié)果一并統(tǒng)計(jì)(雌雄親本各自概率均需考慮,雙方概率需乘積)。而自交是指雌雄同體的生物同一個(gè)體上的雌雄配子結(jié)合,僅限于同種基因型互交,因此子代情況只需統(tǒng)計(jì)各自交結(jié)果即可(即考慮一方概率)。
【易錯(cuò)警示】要掌握利用不同類型的配子概率處理隨機(jī)問(wèn)題。
3 男孩患病與患病男孩概率的辨析
【例3】 人的正常色覺(jué)(B)對(duì)紅綠色盲(b)顯性,為伴性遺傳;褐眼(A)對(duì)藍(lán)眼(a)是顯性,為常染色體遺傳。有一個(gè)藍(lán)眼色覺(jué)正常的女子與一個(gè)褐眼色覺(jué)正常的男子婚配,生了一個(gè)藍(lán)眼色盲的男孩。問(wèn):這對(duì)夫婦生出藍(lán)眼色盲男孩的概率是 ;這對(duì)夫婦再生出男孩是色盲藍(lán)眼的概率是 。
【解析】本題很容易在求男孩中色盲藍(lán)眼的概率上混淆而出錯(cuò)。易錯(cuò)原因是在求男孩的概率是1/2后,再考慮藍(lán)眼的概率時(shí),又乘以1/2(自然狀況下男女的出生概率)。
根據(jù)題意可知:雙親基因型分別為AaXBY和aaXBXb,因而藍(lán)眼孩子概率為1/2,色盲男孩(全部后代中色盲的男孩)的概率為1/4,故藍(lán)眼色盲男孩概率1/2×1/4=1/8;而男孩是色盲的概率為1/2,所以男孩色盲藍(lán)眼的概率為1/2×1/2=1/4。
答案:1/8;1/4。
【方法總結(jié)】① 患病男孩概率是患病的男孩占全部個(gè)體中的概率,即患病男孩概率=患病男孩/所有后代個(gè)數(shù);② 男孩患病概率是男孩中患病的概率,即男孩患病概率=患病男孩/所有男孩;③ 若為常染色體基因控制的遺傳?。夯疾∧泻⒏怕?患病女孩概率=患病孩子概率×1/2。
【易錯(cuò)警示】處理兩對(duì)或兩對(duì)以上基因控制的相對(duì)性狀的遺傳時(shí),應(yīng)將多對(duì)基因分開(kāi)單獨(dú)處理后再結(jié)合。
4 普通人群中患病的復(fù)雜概率辨析
【例4】 (2010年海淀區(qū)模擬)小芳女士很幸運(yùn)懷上了異卵雙胞胎,但是醫(yī)生卻告訴他們夫婦均屬于半乳糖血癥(人類的一種單基因隱性遺傳?。┗虻臄y帶者,請(qǐng)你幫助預(yù)測(cè):小芳懷孕的兩個(gè)孩子是一男一女的概率和至少有一個(gè)小孩患半乳糖血癥的概率分別是( )
A. 1/2和7/16 B. 1/2和7/32
C. 1/4和9/16 D. 1/4和7/16
【解析】本題容易在至少有一個(gè)小孩患半乳糖血癥的概率上考慮不周全而出錯(cuò)。解答此題關(guān)鍵要弄清兩個(gè)孩子至少有一個(gè)患病的概率既包括兩個(gè)孩子中任何一個(gè)患病,也包括2個(gè)孩子同時(shí)患病共3種情況,可采取先分開(kāi)計(jì)算后綜合的方法求解,使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。即兩個(gè)孩子一男一女的概率1/2×1/2×2=1/2;至少有一個(gè)孩子患半乳糖血癥的概率為1/4×3/4+1/4×3/4+1/4×1/4=7/16。
答案:A。
關(guān)鍵詞:討論教學(xué)法; 案例教學(xué)法; 多媒體教學(xué)法; 教學(xué)方法; 考試方法
中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)是研究隨機(jī)現(xiàn)象客觀規(guī)律的數(shù)學(xué)學(xué)科,是高等學(xué)校公共課的一門(mén)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程。其理論和方法在近代物理、自動(dòng)控制、地震預(yù)報(bào)和氣象預(yù)報(bào)、產(chǎn)品質(zhì)量控制、生命科學(xué)和公共事業(yè)等方面得到了重要應(yīng)用,有越來(lái)越多的概率方法被引入經(jīng)濟(jì)、金融和管理科學(xué),成為它們的有力工具。因此,概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的教學(xué)顯得非常重要。但是學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握這門(mén)知識(shí)的過(guò)程中普遍感到概念難懂,思維難于開(kāi)展,問(wèn)題難于入手,方法難于掌握?;谶@一現(xiàn)象,在教學(xué)中,更新教學(xué)方法,充分體現(xiàn)以人為本的教學(xué)理念成為提高教學(xué)質(zhì)量的必然選擇。教師應(yīng)準(zhǔn)確把握這門(mén)課與學(xué)生所學(xué)專業(yè)的結(jié)合點(diǎn),突出其應(yīng)用性。激發(fā)學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生更好地掌握處理隨機(jī)現(xiàn)象的基本理論和方法,培養(yǎng)他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)此,筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn),從以下幾個(gè)方面來(lái)闡述:
一、更新教學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生的應(yīng)用能力
《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》課程包括概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)兩大部分,主要應(yīng)用部分在數(shù)理統(tǒng)計(jì)。由于這部分內(nèi)容學(xué)時(shí)少內(nèi)容多,教師不可能把所有內(nèi)容都詳盡講解。因此,在不影響課程體系完整性的條件下,教師可以適當(dāng)?shù)販p少概率論部分的理論性,降低難度,從直觀性、趣味性和易于理解的角度把概率論作為數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)加以介紹,并引進(jìn)有關(guān)概率起源的一些經(jīng)典案例,即以“概率適度,統(tǒng)計(jì)加強(qiáng),引入案例”為基本思路,真正使學(xué)生的數(shù)學(xué)實(shí)踐能力得到培養(yǎng)和提高。在概率部分,教師可以多舉例生活中有意義的實(shí)際例子強(qiáng)化概率知識(shí)的重要。如在講解古典概率時(shí)教師可舉生日問(wèn)題、彩票中獎(jiǎng)問(wèn)題,決策問(wèn)題等例子。在講解隨機(jī)變量數(shù)字特征時(shí)可引用免費(fèi)抽獎(jiǎng)問(wèn)題、庫(kù)存與收益問(wèn)題、簡(jiǎn)單的求職決策問(wèn)題等等。教師在講數(shù)理統(tǒng)計(jì)部分時(shí)應(yīng)該注重常用統(tǒng)計(jì)方法的思想和原理的分析和講解,盡量以直觀的、通俗的方法重點(diǎn)闡述數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的思想,應(yīng)用的背景以及應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題。教師可采用有實(shí)際背景的工程、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面的例子,分析問(wèn)題的實(shí)際應(yīng)用,把大量的計(jì)算問(wèn)題留在課后進(jìn)行。這樣既能減少不必要的公式記憶,教師又能在課堂上有充分的時(shí)間來(lái)講解統(tǒng)計(jì)方法的原理和意義,還可介紹一些概率統(tǒng)計(jì)在應(yīng)用中的趣聞趣事,提高學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的興趣。
二、改革教學(xué)方法,加強(qiáng)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)
(一)運(yùn)用討論式教學(xué)法
現(xiàn)代教學(xué)方法主要是挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能,以最大限度地發(fā)揮和發(fā)展學(xué)生的聰明才智為目標(biāo)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是知識(shí)傳授型的,教師是教學(xué)的主體,只重視教的過(guò)程,忽視了教學(xué)活動(dòng)的互動(dòng)性,不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。討論式教學(xué)是由師生共同完成教學(xué)任務(wù)的一種教學(xué)形式,是在課堂教學(xué)的平等討論中進(jìn)行的,它打破了教師滿堂灌的傳統(tǒng)教學(xué)模式,師生互相討論與問(wèn)答。問(wèn)題是數(shù)學(xué)的心臟,對(duì)于部分重要內(nèi)容,教師可預(yù)先給學(xué)生提出幾個(gè)啟發(fā)性的問(wèn)題,讓他們預(yù)習(xí)自學(xué),把學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題帶到課堂上討論。在提出問(wèn)題時(shí),教師往往要設(shè)置一些“陷阱”,使學(xué)生加深印象。在整個(gè)過(guò)程中,教師是活動(dòng)的組織者、引導(dǎo)者、合作者,通過(guò)交流合作、主動(dòng)探究,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、合作精神、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力,激發(fā)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情,全面提高學(xué)生素質(zhì)。
(二)運(yùn)用案例教學(xué)法
案例教學(xué)是根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo),把案例作為一種教學(xué)材料,在教師指導(dǎo)下,學(xué)生通過(guò)對(duì)案例的研究、思考、剖析和辯論,對(duì)問(wèn)題作出判斷。通過(guò)分析案例,使學(xué)生參與討論,把所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際生活結(jié)合起來(lái),把抽象的數(shù)學(xué)與生動(dòng)有趣的案例結(jié)合起來(lái),即調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性,又培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。例如保險(xiǎn)是最早運(yùn)用概率論的領(lǐng)域之一,也是我們?nèi)粘U務(wù)摰囊粋€(gè)熱門(mén)話題。因此,在介紹二項(xiàng)分布時(shí),可引用如下案例:一家保險(xiǎn)公司有1000人參保,每人每年12元保險(xiǎn)費(fèi),一年內(nèi)一人死亡的概率為0.006。死亡時(shí),其家屬可向保險(xiǎn)公司領(lǐng)得1000元,問(wèn):(1)保險(xiǎn)公司虧本的概率為多少?(2)保險(xiǎn)公司一年利潤(rùn)不少于40000元、60000、80000元的概率各為多少?保險(xiǎn)這一類型題目的引入,使學(xué)生對(duì)概率在經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用有了初步的了解。再例如,假定每次火災(zāi)發(fā)生在一周七天中每一天是等可能的。求一周每天一次火災(zāi)的概率,至少有兩次火災(zāi)發(fā)生在同一天的概率。本例一方面可以使學(xué)生更具體地理解“占位模型”;另一方面,也便于學(xué)生對(duì)城市消防系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)置有所了解,讓學(xué)生感到學(xué)后真正有用,可有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)求知欲望。案例教學(xué)法不僅直觀體現(xiàn)了有關(guān)知識(shí)的客觀背景,而且還可以把概率結(jié)論的發(fā)現(xiàn)過(guò)程予以還原或模擬,使學(xué)生通過(guò)自己的思維再現(xiàn)知識(shí)發(fā)生過(guò)程的各個(gè)方面,是解決傳統(tǒng)教學(xué)方式弊端的基本方法和有效的途徑。
(三)運(yùn)用多媒體輔助教學(xué)
與傳統(tǒng)的教學(xué)法相比,計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)或多媒體教學(xué)有著不可比擬的優(yōu)勢(shì),借助于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué),可以將教師從很多重復(fù)性的勞動(dòng)中解脫出來(lái),使教師能把更多的精力投入到內(nèi)容的分析講解中,增加與學(xué)生面對(duì)面的交流,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性;更重要的是多媒體可以使抽象的內(nèi)容直觀化、形象化。在概率統(tǒng)計(jì)中,利用多媒體可以向?qū)W生演示一些模擬試驗(yàn),譬如投硬幣試驗(yàn),擲骰子試驗(yàn),蒲豐投針試驗(yàn)等。通過(guò)這些形象生動(dòng)的試驗(yàn),不僅活躍了課堂氣氛,增加了趣味性,同時(shí)學(xué)生們能直觀地看到試驗(yàn)結(jié)果,這比讓學(xué)生去想象應(yīng)該出現(xiàn)的結(jié)果更具有說(shuō)服力;再者,一些主要的結(jié)論也可以用多媒體通過(guò)圖形或圖表的形式表示出來(lái)。如二項(xiàng)分布的泊松近似和正態(tài)近似的情況;正態(tài)分布、指數(shù)分布、t分布、F分布的密度函數(shù)的圖形以及圖形隨參數(shù)變化的情況等,都可以直觀地展示出來(lái),這一點(diǎn)是傳統(tǒng)教學(xué)很難做到的。因此計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的廣泛使用引起了教學(xué)方法的巨大變革,同時(shí)也會(huì)使教學(xué)內(nèi)容發(fā)生新的變化,它給傳統(tǒng)的教育模式注入了新的生機(jī)和活力。
(四)開(kāi)展社會(huì)實(shí)踐
在以往的《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》教學(xué)中,有習(xí)題課而沒(méi)有社會(huì)實(shí)踐。為了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的思想和方法解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和能力,在學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)知識(shí)后,教師應(yīng)當(dāng)給予學(xué)生一定的社會(huì)實(shí)踐機(jī)會(huì)。人們?cè)谶M(jìn)行科學(xué)研究或從事其它不同領(lǐng)域的實(shí)踐活動(dòng)中,都會(huì)面對(duì)大量的具有隨機(jī)性的現(xiàn)象,不能應(yīng)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的分析和處理,最終作出科學(xué)的判斷和決策,正是學(xué)生在走出校門(mén)之后經(jīng)常會(huì)遇到的難題,也是目前數(shù)學(xué)教學(xué)中最大的弊端和缺陷。因此在教學(xué)內(nèi)容中教師適當(dāng)增加教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容,可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和能力,同時(shí)還可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。具體做法是:針對(duì)日常生活中隨處可見(jiàn)的隨機(jī)現(xiàn)象,教師提出實(shí)際問(wèn)題,學(xué)生嘗試做抽樣試驗(yàn),收集必要的數(shù)據(jù),用課堂上所學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,進(jìn)一步作出統(tǒng)計(jì)推斷。動(dòng)手能幫助學(xué)生理解該課程中一些抽象概念和理論,同時(shí)教師可讓學(xué)生利用所學(xué)的方法和技巧獨(dú)立完成,從而提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,達(dá)到教學(xué)的目的。
三、改革考試方法,提高教學(xué)質(zhì)量
考試是教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的程度、評(píng)估教學(xué)質(zhì)量的手段。單一的、傳統(tǒng)的考試方法不能滿足教學(xué)改革的要求?!陡怕收撆c數(shù)理統(tǒng)計(jì)》的考試多年來(lái)一直沿用閉卷筆試的方式,這種考試方式對(duì)于保證教學(xué)質(zhì)量、維持正常的教學(xué)秩序起到了一定的作用。但這種方式也存在著缺陷,學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中為了應(yīng)付考試搞題海戰(zhàn)術(shù)把精力過(guò)多地花在概念、公式的死記硬背上,這與我們培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目標(biāo)格格不入。因此,筆者對(duì)《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》課程考試提出一點(diǎn)創(chuàng)新的建議,主要包括兩個(gè)方面:一是考試內(nèi)容與要求不僅要體現(xiàn)出課程的基本知識(shí)和基本運(yùn)算及推理能力,而且應(yīng)注重學(xué)生各種能力的考查,尤其是創(chuàng)新能力;二是考試模式應(yīng)不拘一格,除了普遍采用的閉卷考試外,還可以在教學(xué)中用討論及小論文的方式進(jìn)行考核,采用靈活多樣的考試形式。學(xué)生成績(jī)的測(cè)評(píng)根據(jù)學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的程度、學(xué)習(xí)過(guò)程中提交的讀書(shū)報(bào)告、上機(jī)操作和卷面考試成績(jī)等綜合評(píng)定,這樣可以引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上注重技能訓(xùn)練和能力培養(yǎng)。
四、結(jié)論
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)作為一門(mén)應(yīng)用性極強(qiáng)的課程,其教學(xué)過(guò)程也應(yīng)該針對(duì)性選用、適應(yīng)現(xiàn)代科技需要的策略討論式教學(xué)法、案例式教學(xué)法、多媒體教學(xué)法以及社會(huì)實(shí)踐都是為了引導(dǎo)學(xué)生用理論知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題的方法,可以訓(xùn)練學(xué)生快速獲取信息和資料的能力,鍛煉學(xué)生快速了解和掌握新知識(shí)的技能,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,更重要的是可以訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維和開(kāi)放性思考方式。
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級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:部級(jí)期刊
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級(jí)別:CSSCI南大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
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