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扫描下载二维码如果仅就数学而言,平均数只是一个包含了加法和除法的算式,对数学运算来说实在是无足轻重,但平均数在统计学中却是一个非常重要的概念。我们通过下面的统计模型来解释这个重要性,从中体会模型的重要性(参见问题18中关于模型的讨论),并且体会如何用数学的方法表述问题26和问题28中所说的随机性。因为对事物进行观测或者观察会有误差,因此在大多数情况下,通过抽样得到的数据也会有误差。我们通过下面的算式来描述这个问题,通常称这个算式为误差模型:x = μ+ ε&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&(10)其中x表示观测数据,希腊字母μ表示真实数据,希腊字母ε表示观测误差。显然,在上面的误差模型中只有观测数据是可能知道的,而真实数据和观测误差都是不知的,那么,通过什么样的方法才能估计真实数据μ呢?只有一个办法,就是反复观测。假设观测了n次,就得到了一个大小为n的样本,具体数据为:x1,x2,……,xn。根据(10)式所给出的误差模型,可以得到下面n个式子:x1 = μ+ ε1x2 = μ+ ε2……xn = μ+ εn把上面n个式子的左边和右边分别相加,可以得到x1 + x2 + … + xn = nμ+ (ε1 + ε2 + … + εn)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& (11)回忆在问题28中对数据随机性的讨论,随机性要求尽可能地排除数据获取过程中的系统误差和人为干扰。可以设想,如果数据的获取满足了随机性的这两条要求,那么,观测误差就必然有正有负;更一般地,当样本数量较大时,还可以要求观察误差正负抵消,因此可以得到ε1 + ε2 + … + εn≈ 0。把这个设想的结果代入(11)式,就可以得到μ ≈ (x1 + x2 + … + xn)/n,上式的右边正是样本数据的平均数,式中的约等号表示是用样本平均数估计真实数据。通过上面的分析可以看到,在假定条件下,样本平均数是真实数据的一个好的估计。事实上,我们还可以证明,在误差模型的假定下,样本平均数的数学期望就等于真实数据,因此样本平均数是真值的无偏估计,在这里我们就不讨论这个问题了。显然,在小学阶段的数学教学中不可能直接教授这些内容,但教师应当了解上面所描述的数据分析的思想、理解数据分析的方法,应当清楚人们是如何用数学的语言来表述随机性的要求。如果教师能够根据上面所说的基本原则,在教学过程中采取有效的形式渗透这些思想和方法,就能够让学生体验和感悟数据分析的要义。&&&&&&&&&&&&&&&& “平均数的意义是什么”相关教学设计有关教学内容:平均数的认识课程标准要求:(第二学段)体会平均数的作用,能计算平均数,能用自己的语言解释其实际意义。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。这里所说的“平均数”主要是指统计学意义上的平均数。算术意义上的平均数比较容易理解:平均数= 总量÷份数,这是仅仅是除法的一种形式。这种形式来源于乘法模型:总价 = 单价 ×份数,其中的单价就是平均数。虽然在运算形式上看,算数意义上的平均数与统计意义上的平均数是一致的,但前者属于描述统计、后者属于推断统计,差异就在于是否考虑了随机性,详细讨论参见问题29和话题29。统计意义上的平均数的教学设计,必须考虑到抽样、考虑到样本的随机性,即把每个数据都看作为样本、是通过抽样得到的;其核心是样本的独立同分布,也就是说,每次抽样是独立进行的、每次抽样过程在本质上是一样的。教学片断设计:估计投篮命中率1. 通过样本感悟随机性教师讲述小明投篮的故事。小强非常喜欢打篮球,长大了想当一名篮球运动员。小强让体育老师测验自己投篮的命中率,体育老师在一个星期的5天里,每天测验一次,每次定点投篮10次,投中球数的记录如下:第一天3个、第二天4个、第三天3个、第四天6个、第五天4个。如下图所示,教师要求学生用图表示小强投篮的情况,帮助小强计算平均每天投中几个球,并且利用平均数帮助小强估计投篮的命中率。因为小强五天一共投中3 + 4 + 3 + 6 + 4 = 20个球,以此平均每天投中20/5 = 4个球。计算模式是:平均数 = 进球数/天数。在计算平均数的过程中,教师应当让学生感悟到:虽然小强每天都投球10次,但进球数却是不确定的;虽然不确定,但进球数相对稳定在平均数附近。这就是对随机性感悟,对统计意义上的平均数的感悟。基于这种感悟,就可以估计命中率了:因为每天都投了10个球,于是命中率的估计是:4/10 = 2/5。因为命中率就是概率,因此这样的估计就是用样本频率估计概率。也可以直接估计命中率,因为一共投篮50次、命中20次,因此估计命中率是20/50= 2/5。2. 通过样本感悟平均数为了让学生更好地感悟平均数的意义,教师讲述了一个比较复杂的投篮的故事。教师可以利用本地职业篮球队主力投手的资料,比如,这个主力投手近五场球赛投球记录:第一场18投8中,3分球5个;第二场15投7中,3分球4个;第三场21投10中,3分球5个,第四场17投9中,3分球7个;第五场18投7中,3分球4个。那么,这名运动员每场球的平均进球数是多少呢?得分是多少呢?这位主力投手的投篮命中率大概是多少呢?这个故事与小强的故事不同:每场球投球数不同。在一般情况下,观众并不关心一个运动员一场投多少个篮,而只关心投中多少球,得分多少。因此,可以这样计算每场平均进球数:(8+ 7 + 10 + 5 + 9 + 7)/5 = 46/5 = 9.1大约每场进球9个。计算得分就要困难一些了,要用到加权平均,因为要用“权”来区分3分球与2分球。首先把3分球的个数相加:5 + 4 + 5 + 7 + 4 = 25,然后计算每场平均分数:[25× 3 + (46 – 25) × 2]/5 =& (25 × 3 + 21 ×2)/5 = 117/5 = 23.4大约每场得23分,确实是一位优秀的主力投手。可以看到,这时的平均数已经不是描述统计的平均数了:虽然不能肯定这位运动员每场投进几个球,但可以期望他进球10个左右;虽然不能肯定这位运动员每场得分多少,但可以期望他得20多分。因此,人们通常称这样的平均数为样本均值,用样本均值来估计总体的数学期望。在教学过程中,努力让学生感悟随机性、感悟平均数是一种估计。对于理解力比较强的学生,还可以让他们知道如何计算投球的命中率:(8+ 7 + 10 + 5 + 9 + 7)/(18 + 15 + 21 + 17 + 18) = 46/89 = 0.52即分子是所有进球数、分子是所有投球数。这个命中率就是样本频率,是概率的一种估计。教学设计分析:通过对数据的分析介绍平均数的概念,符合课程标准在“统计与概率”内容中关于建立“数据分析观念”的要求。因为是推断统计意义上的平均数,因此要强调随机性,而强调随机性的例子必须体现独立的、重复发生的事情。在教学设计中,设计投篮的故事就符合这个要求。设计小强投篮和职业篮球队主力投手的投篮,在相似情境中加深问题的难度,有利于学生感悟随机性、感悟平均数的意义、感悟通过平均数计算命中率进而估计概率的过程。这样的教学设计,统计学意义很明晰,能够引发学生思考,引导学生把握其中的数学思想。( 本文摘自:史宁中《小学数学教学中的若干问题》)菏泽第一实小数学教研(gh_f6f2bcb7a6df) 
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