陳碧芬,Max Stephens,張維忠
(1.浙江師范大學(xué) 教師教育學(xué)院,浙江 金華 321004;2.墨爾本大學(xué) 教育學(xué)院,維多利亞 墨爾本 3010)
公民的統(tǒng)計素養(yǎng)的重要性,得到了越來越多的關(guān)注。我國義務(wù)教育階段和高中階段的數(shù)學(xué)課程均將“統(tǒng)計與概率”作為獨立的內(nèi)容領(lǐng)域,統(tǒng)計學(xué)也于2010年成為一級學(xué)科。這些都足見統(tǒng)計與概率的重要性。中考作為學(xué)生學(xué)習(xí)的重要評估載體,究竟考查了統(tǒng)計與概率的哪些內(nèi)容?對學(xué)生提出了什么樣的要求?對這些問題的探索不僅能反映中考“統(tǒng)計與概率”問題的現(xiàn)狀,為積累命題的已有經(jīng)驗與改進(jìn)命題提供線索,還能反映命題專家眼中關(guān)于“統(tǒng)計與概率中什么是重要的”這一問題的觀點,為深化“統(tǒng)計與概率”領(lǐng)域的課程與教學(xué)改革提供啟示。也正是基于上述目的,本研究對浙江省2013年至2017年12個地市的60份數(shù)學(xué)中考試卷中的“統(tǒng)計與概率”試題進(jìn)行了分析與討論。需要說明的是,浙江各市之間有聯(lián)合統(tǒng)考的情況,即2個及2個以上地市的中考試題是同一份。這里是按市來統(tǒng)計的,即若兩個市的試卷一樣,統(tǒng)計時仍按2份試卷。
試題可以從考查的內(nèi)容、認(rèn)知要求等方面加以分析。中考作為初中階段最為重要的評價方式之一,既要考查學(xué)生對課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況,在考查內(nèi)容上體現(xiàn)一定的覆蓋面,又要體現(xiàn)一定的認(rèn)知要求,以實現(xiàn)中考試題的區(qū)分度。另外,相較于其他學(xué)習(xí)領(lǐng)域,“統(tǒng)計與概率”與現(xiàn)實生活的關(guān)系更為緊密[1],因此,將“統(tǒng)計與概率”的試題置于什么樣的情境下加以考查也是非常重要的。
試題的知識覆蓋率,即試題中涉及的知識點數(shù)量占課標(biāo)中的知識點數(shù)量的百分比,是檢測試題內(nèi)容效度的一個重要方面。內(nèi)容效度不是一種量化的分析,主要是基于某種依據(jù)做出邏輯分析。試題知識內(nèi)容應(yīng)是考查內(nèi)容的合理抽樣,力求覆蓋學(xué)科的重要基礎(chǔ)知識。
由于中考試題是根據(jù)知識點與認(rèn)知要求雙向細(xì)目表選擇或編制的,因此,本研究采用張維忠、陳虹兵的統(tǒng)計方法,即按最小的知識點進(jìn)行統(tǒng)計,經(jīng)他們統(tǒng)計發(fā)現(xiàn):《課標(biāo)(2011)》中初中學(xué)段“統(tǒng)計與概率”領(lǐng)域包括39個統(tǒng)計方面的知識點和7個概率方面的知識點。[2]根據(jù)同樣的方法統(tǒng)計《課標(biāo)(實驗)》中此領(lǐng)域的知識點,發(fā)現(xiàn)其包括42個統(tǒng)計(抽樣與數(shù)據(jù)分析)方面的知識點和7個概率方面的知識點。
中科院院士、中國統(tǒng)計學(xué)會副會長陳希孺先生指出:“統(tǒng)計學(xué)是有關(guān)收集和分析帶隨機性誤差的數(shù)據(jù)的科學(xué)和藝術(shù)。分析著重在數(shù)量化,而隨機性的數(shù)量化,是通過概率表現(xiàn)出來,由此可以看出統(tǒng)計學(xué)與概率論的密切關(guān)系……大體上說,二者的關(guān)系是:概率論是統(tǒng)計學(xué)的理論和方法的依據(jù),而統(tǒng)計學(xué)可視為概率論的一種應(yīng)用?!盵3]從基礎(chǔ)教育的學(xué)習(xí)特點而言,統(tǒng)計學(xué)習(xí)是概率學(xué)習(xí)的載體與切入點,這也是許多基礎(chǔ)教育研究者用“統(tǒng)計教育”一詞來涵蓋統(tǒng)計與概率兩塊內(nèi)容的一個重要原因。Karatoprak等人認(rèn)為,學(xué)校統(tǒng)計教育的結(jié)果包括三個不同的水平:統(tǒng)計識記、統(tǒng)計推理和統(tǒng)計思想。[4]因此,本研究將試題的認(rèn)知水平也劃分為上述三個層次,并參考Chance等人[5][6][7]的研究,具體包括如下內(nèi)容:
水平1:統(tǒng)計識記。旨在考查學(xué)生對統(tǒng)計與概率基礎(chǔ)知識與基本技能的掌握,包括對概念、術(shù)語、符號的理解,會計算描述集中趨勢的量和刻畫離散程度的量、事件發(fā)生的概率等,能夠整理數(shù)據(jù),用各種方式表征數(shù)據(jù)(如統(tǒng)計圖或統(tǒng)計表)并能互相轉(zhuǎn)化,會制作統(tǒng)計圖表等。
水平2:統(tǒng)計推理。旨在考查學(xué)生是否能理解和解釋統(tǒng)計過程,并能完全解釋統(tǒng)計結(jié)果,包括在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上給出實際意義、說明結(jié)論的合理性或者做出推斷。問題通常包括兩個及兩個以上統(tǒng)計概念之間的關(guān)系(如集中與離散)或者聯(lián)系數(shù)據(jù)與概率之間的關(guān)系。這一類題已經(jīng)有明確的推斷工具,經(jīng)過計算后,可得出結(jié)論。其最終目的并不在于計算,而是通過計算說明為什么是這個結(jié)論。
水平3:統(tǒng)計思想。旨在考查學(xué)生是否理解為什么及怎樣做統(tǒng)計調(diào)查。具體包括:知道和理解整個調(diào)查過程(從問題提出到數(shù)據(jù)收集,再到數(shù)據(jù)分析及測試假設(shè)等),理解如何使用模型來模擬隨機現(xiàn)象,理解估計概率的數(shù)據(jù)是怎樣產(chǎn)生的,知道如何、何時及為什么運用已有的推斷工具,能夠理解和利用問題情境,并能批判和評價調(diào)查過程或一個統(tǒng)計研究。
若一個題目(如解答題)是由兩個及以上小題組成的,每個小題均作為一個獨立的分析單元加以分析。
Gal認(rèn)為,大多數(shù)成人是統(tǒng)計信息的“消費者”而非“生產(chǎn)者”,報紙、雜志等公布的統(tǒng)計信息都會為了突出想要的結(jié)果而選擇相應(yīng)的收集數(shù)據(jù)、整理和處理數(shù)據(jù)及分析數(shù)據(jù)的方法。成人應(yīng)能對各種情境中的統(tǒng)計信息、與數(shù)據(jù)相關(guān)的觀點以及隨機現(xiàn)象進(jìn)行解釋和批判性評價。[8]因此,有些信息必定會被“隱藏”起來,即情境中判斷統(tǒng)計結(jié)果或統(tǒng)計推斷的信息會不夠充足或有干擾。對這種能力的要求在課標(biāo)中亦有體現(xiàn)。如《課標(biāo)(實驗)》中提出,“能對數(shù)據(jù)的來源、處理數(shù)據(jù)的方法,以及由此得到的結(jié)果進(jìn)行合理的質(zhì)疑”;《課標(biāo)(2011)》中提出,“了解對于同樣的數(shù)據(jù)可以有多種分析的方法,需要根據(jù)問題的背景選擇合適的方法?!鼻榫持行畔⒌拈_放程度,對學(xué)生理解統(tǒng)計調(diào)查過程和統(tǒng)計結(jié)果等都會有影響。本研究根據(jù)情境的開放程度,將試題背景分為無情境、封閉性情境與開放性情境三種類型。無情境指的是脫離實際問題的單純的數(shù)的研究,如給出一組數(shù)據(jù),要求計算平均數(shù)等。封閉情境指的是有實際的問題情境,但所給的信息是解決問題所必需的、充足的、沒有干擾的。開放性情境指的亦是實際的問題情境,但對于問題解決來說,信息要么是不夠充分的,要么是有干擾性的,即需要讀者在情境中選擇或補充信息。
分析中,由本文三位作者在充分討論分析框架的基礎(chǔ)上單獨操作,比對分析結(jié)果,一致性程度達(dá)到93.1%,這表明分析框架有效。然后就不一致的條目進(jìn)行討論,達(dá)成一致意見后形成最終數(shù)據(jù)。
表1給出了各地區(qū)知識點的年平均覆蓋率及每年各地區(qū)知識點的平均覆蓋率。知識點的年平均覆蓋率最高的是舟山和嘉興(29.2%),最少的是溫州(14.8%),且所有地區(qū)的年平均覆蓋率都在30%以下。再看每年各地區(qū)試題中知識點的平均覆蓋率都低于30%,2017年的地區(qū)平均覆蓋率最高(26.5%),2016年最少(20.9%),但每年相差不大。然而,葛慧、孔凡哲等人對10份省級中考數(shù)學(xué)試題的分析發(fā)現(xiàn),知識覆蓋率平均達(dá)到了83%[9],這說明浙江省所有地市在“統(tǒng)計與概率”領(lǐng)域考查的知識覆蓋率偏低。
表1 浙江省各地區(qū)試題知識點數(shù)量及平均覆蓋率
表2 各知識點在60份試卷中考查的份數(shù)及所占百分比
進(jìn)一步分析60份試卷中的各知識點發(fā)現(xiàn)(見表2):所有試卷都有一題是關(guān)于“求事件發(fā)生的概率”的,涉及“用頻數(shù)直方圖解決實際問題”的有53份,“計算平均數(shù)(包括加權(quán)平均)”的有48份,“畫頻數(shù)直方圖”的有40份,“用扇形圖解決實際問題”的有39份,“樣本估計總體”的有38份,“找出中位數(shù)”的有33份,“找出眾數(shù)”的有23份,“頻數(shù)分布表”的有22份,“計算方差”的有19份,“用折線圖解決實際問題”的有18份,其他知識點都在10份以下。以上這些知識在概率方面考查最多的是用列表法或樹形圖計算事件發(fā)生的概率,即用列表法或樹形圖列出所有情況,再用“概率=所求情況數(shù)與總情況數(shù)之比”求事件發(fā)生的概率。但是,對概率的意義、事件、抽樣等概念的考查很少。在統(tǒng)計方面主要涉及描述數(shù)據(jù)的方法及分析數(shù)據(jù)的方法、計算及作圖技能,而對統(tǒng)計量意義與選擇、根據(jù)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測、對日常生活中的某些數(shù)據(jù)發(fā)表自己看法等的考查很少。出現(xiàn)這些情況可能有幾個原因:一是難評價,例如預(yù)測、發(fā)表觀點等答案的主觀性強,難以量化考核;二是篇幅限制,例如統(tǒng)計的內(nèi)容需要真實的情境,字?jǐn)?shù)較多,但是試題篇幅有限,容不下那么多的內(nèi)容;三是難實施,例如統(tǒng)計概率中的重復(fù)性實驗等。
表3 各認(rèn)知水平的試題數(shù)及百分比
從表3可以看出,考查的統(tǒng)計識記的題目占絕對優(yōu)勢(79.7%),統(tǒng)計推理的試題次之(17.8%),統(tǒng)計思想的試題最少(2.5%)??梢姡囶}主要考查統(tǒng)計的基礎(chǔ)知識與基本技能的掌握。這可能與統(tǒng)計推理和統(tǒng)計思想相對難以考查有關(guān),但也在一定程度上反映出出題者認(rèn)為的“統(tǒng)計與概率中什么是重要的”觀念,即基礎(chǔ)知識和基本技能是學(xué)生應(yīng)該掌握的、重要的內(nèi)容。
從表3還可以發(fā)現(xiàn),2015年統(tǒng)計思想的試題(5.5%)稍高于其他年份,可能與《課標(biāo)(2011)》中明確提出了“數(shù)據(jù)分析觀念”這一核心概念后第一年中考有關(guān)。與《課標(biāo)(實驗)》中的“統(tǒng)計觀念”相比,《課標(biāo)(2011)》更明確地強調(diào)了“了解對于同樣的數(shù)據(jù)可以有多種分析的方法,需要根據(jù)問題的背景選擇合適的方法”,即不僅要知道有多種分析數(shù)據(jù)的方法,還強調(diào)對方法的“選擇”。2015年3道試題中的兩題為“用適當(dāng)?shù)姆椒A(yù)測嘉興市2015年社會消費品零售總額”(有兩個地區(qū)的試題是一樣的),一題為“在端午節(jié)到來之前,學(xué)校食堂推薦了A、B、C三家粽子專賣店,對全校師生愛吃哪家店的粽子做調(diào)查,以決定最終向哪家店采購。下面的統(tǒng)計量中,最值得關(guān)注的是( )”。前兩題是選擇什么樣的數(shù)據(jù)分析工具由樣本來估計總體,后一題是在具體情境中如何選擇合適的統(tǒng)計量。
表4 各類情境的試題數(shù)及百分比
從表4可以看出,大多數(shù)題目(89.9%)都是有情境的,但是也有不少試題(10.1%)是缺乏情境的,也沒有出現(xiàn)開放性情境的試題。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),如“數(shù)據(jù)-2,-1,0,1,2的方差是( )”這樣無情境的試題每年都有。除此之外,所有的試題都可以從情境中找到足夠的、沒有干擾的相關(guān)信息,從而得到明確的答案。如:
小明隨機調(diào)查了若干市民租用公共自行車的騎車時間t(單位:分),將獲得的數(shù)據(jù)分成四組,繪制了如下統(tǒng)計圖。 請根據(jù)圖中信息,解答下列問題:
(1)這次被調(diào)查的總?cè)藬?shù)是多少?
(2)試求表示A組的扇形圓心角的度數(shù),并補全條形統(tǒng)計圖;
(3)如果騎自行車的平均速度為12 km/h,請估算,在租用公共自行車的市民中,騎車路程不超過6 km的人數(shù)所占的百分比。
圖1 公共自行車騎行情況統(tǒng)計圖
此題明確了數(shù)據(jù)收集的方法是“隨機調(diào)查”;給出的處理數(shù)據(jù)和描述數(shù)據(jù)的方法是:將獲得的數(shù)據(jù)分成四組,并繪制了頻數(shù)直方圖和扇形統(tǒng)計圖;最后要求回答三個問題:第1題解答主要應(yīng)用頻數(shù)與頻率,將條形圖中B組的數(shù)據(jù)與扇形圖中B組的百分比聯(lián)系起來即能解決問題;第2題應(yīng)用的統(tǒng)計知識也是頻數(shù)與頻率,根據(jù)第1題得到的調(diào)查總?cè)藬?shù),結(jié)合頻數(shù)直方圖中A組的數(shù)據(jù)就可以得到相應(yīng)的百分比,再結(jié)合圓心角知識就可以解決;由于知道調(diào)查總?cè)藬?shù)及其他三個組的人數(shù),C組的人數(shù)很容易可以知道,再補全頻數(shù)直方圖即可;第3題的解答所需要的信息,題中也非常明確,首先根據(jù)路程與速度的關(guān)系,可以得到滿足要求的騎車時間范圍,再結(jié)合扇形圖或頻數(shù)直方圖的數(shù)據(jù),即可得到答案。這3個問題的解答都能在題目中找到相關(guān)的、足夠的信息,題目中的信息對問題的解決沒有干擾。
沒有開放性情境的試題可能是因為開放性情境需要學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇或補充,而不同的選擇方法會得到不同的結(jié)論。閉卷考試也不允許學(xué)生通過查找資料等方式來補充信息,這對學(xué)生答題和量化考核來說都是難點。另外,無情境的和封閉性情境的試題更多考查的是學(xué)生的統(tǒng)計基礎(chǔ)知識和基本技能,難以考查其統(tǒng)計觀念或數(shù)據(jù)分析觀念。這可能也是導(dǎo)致統(tǒng)計推理和統(tǒng)計思想的試題在中考中較少出現(xiàn)的原因。
分析近5年的試題發(fā)現(xiàn),各年試題在知識內(nèi)容、認(rèn)知要求及情境設(shè)置上,整體上沒有太大的差異。每年的試題都考慮了課標(biāo)中的重要知識點,如描述數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)的方法;考慮了不同認(rèn)知要求水平的試題,但基本上處于低認(rèn)知要求水平;大多試題包含了情境,但無情境的試題也不少,且沒有開放性情境的試題?;谝陨戏治觯磥斫y(tǒng)計素養(yǎng)的評估至少需關(guān)注以下方面的問題:
Niemi等指出,在建構(gòu)有效的評價體系時,試題的內(nèi)容應(yīng)基于課程標(biāo)準(zhǔn),并至少要覆蓋課程標(biāo)準(zhǔn)知識領(lǐng)域中的核心觀念(big ideas)和重要原理法則(key principles)。[10]數(shù)學(xué)評測內(nèi)容應(yīng)是具有良好結(jié)構(gòu)的知識、應(yīng)用性較強的概念和原理,能夠體現(xiàn)學(xué)生的知識水平和理解能力,而不是偏重記憶、零散枝節(jié)的知識。兩個版本課標(biāo)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了每一領(lǐng)域具體的核心內(nèi)容要素。《課標(biāo)(實驗)》中特別提出了要培養(yǎng)學(xué)生的“統(tǒng)計觀念”,且規(guī)定抽樣的必要性、樣本估計總體、描述數(shù)據(jù)的方法、概率的意義及簡單事件發(fā)生的概率等,是初中階段學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。《課標(biāo)(2011)》中提出了核心概念“數(shù)據(jù)統(tǒng)計觀念”,并且認(rèn)為統(tǒng)計與概率的主要內(nèi)容為“收集、整理和描述數(shù)據(jù),包括簡單抽樣、整理調(diào)查數(shù)據(jù)、繪制統(tǒng)計圖表;處理數(shù)據(jù),包括計算平均數(shù)、中位數(shù)、眾數(shù)、方差等;從數(shù)據(jù)中提取信息并進(jìn)行簡單的推斷;簡單隨機事件及其發(fā)生的概率?!币虼?,評價考查時應(yīng)盡量做到覆蓋這些知識內(nèi)容。
從試題分析看,試題考查的知識點主要集中于描述數(shù)據(jù)與處理數(shù)據(jù)的方法、求簡單事件的概率等統(tǒng)計知識與技能上,對抽樣、統(tǒng)計方法的意義及選擇、在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的推斷、簡單隨機事件及概率的意義等方面考查較少。因此,今后命題應(yīng)盡可能覆蓋《課標(biāo)(2011)》中的核心內(nèi)容??紤]到試卷容量的有限性,可以將一些知識點整合到一個題目中。比如,在計算一組數(shù)據(jù)的平均數(shù)后,可以要求學(xué)生給出其實際意義等。
評價應(yīng)反映統(tǒng)計學(xué)科的價值,比如應(yīng)強調(diào)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)探索而非數(shù)學(xué)計算。[11]統(tǒng)計學(xué)的基本思路是:根據(jù)所關(guān)心的問題尋求好的方法,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷,得到必要的信息去解釋實際背景。[12]根據(jù)這一思路,首先,統(tǒng)計學(xué)往往要問的是“采用的方法是不是有道理,是不是還有更為合理的方法”,這是統(tǒng)計思想。其次,需要運用分析得到的信息去解釋實際背景,這是統(tǒng)計推理。因此,有關(guān)統(tǒng)計的學(xué)習(xí)和評價,除了應(yīng)包含統(tǒng)計識記外,還應(yīng)該包含統(tǒng)計推理和統(tǒng)計思想。
在《課標(biāo)(實驗)》的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中提到:根據(jù)具體問題,能選擇合適的統(tǒng)計量表示數(shù)據(jù)的集中程度;根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果做出合理的判斷和預(yù)測,體會統(tǒng)計對決策的作用;對日常生活中的某些數(shù)據(jù)發(fā)表自己的看法?!墩n標(biāo)(2011)》中提到:理解平均數(shù)的意義;能解釋統(tǒng)計結(jié)果,根據(jù)結(jié)果做出簡單的判斷和預(yù)測。這些表述說明,初中階段的“統(tǒng)計與概率”課程應(yīng)包含統(tǒng)計推理和統(tǒng)計思想。因此,中考中應(yīng)有適當(dāng)?shù)脑囶}考查統(tǒng)計推理和統(tǒng)計思想。
然而,在試題分析中發(fā)現(xiàn),大多數(shù)題目的重心主要在于數(shù)學(xué)計算,如計算(加權(quán))平均數(shù)、眾數(shù)、中位數(shù)、方差(標(biāo)準(zhǔn)差)等,很少有試題要求在計算統(tǒng)計量后說明其實際意義,或者要求學(xué)生根據(jù)問題情境選擇合適的方法,或?qū)Y(jié)果進(jìn)行合理性解釋等。進(jìn)一步說,若中考考查的重點放在技能、程序和計算上,那么教師的教學(xué)重點甚至是全部精力就會放在技能、程序和計算上。然而,這些并不能提高學(xué)生的統(tǒng)計推理和思考能力。[13]實際上,在試題中體現(xiàn)統(tǒng)計推理和統(tǒng)計思想并不是很難。比如,在編制考查學(xué)生統(tǒng)計量計算的試題時,可以根據(jù)實際情境讓學(xué)生選擇合適的統(tǒng)計量,或者要求學(xué)生解釋統(tǒng)計量在實際問題情境中的意義等。
相比其他領(lǐng)域來說,統(tǒng)計和概率與現(xiàn)實生活的聯(lián)系更為密切,而且學(xué)生必須在情境中才能理解統(tǒng)計結(jié)果。[14]史寧中也指出,脫離實際問題的單純的數(shù)的研究是數(shù)與代數(shù)的內(nèi)容,不是統(tǒng)計的內(nèi)容。[15]《課標(biāo)(實驗)》也強調(diào):對基礎(chǔ)知識和基本技能的考查,要注重考查學(xué)生對其中蘊含的數(shù)學(xué)本質(zhì)的理解,考查學(xué)生能否在具體情境中合理應(yīng)用。但從試題分析中可以看到,10%左右的試題是沒有情境的、單純統(tǒng)計量的計算題。
其他的有情境的試題中蘊含的信息足以解決問題,且沒有干擾的信息。實際上,現(xiàn)實中的很多情境根據(jù)發(fā)布者的需要對信息是有刪減的。如招聘廣告上的信息:本公司月平均工資3000元,如果有加班的話,月平均工資會達(dá)到5000元以上。這兩個數(shù)據(jù)對應(yīng)聘者來說是有干擾的,首先用平均數(shù)來說明工資情況是否合適;其次,是否每個職工都有加班的機會。但這些問題的解決對初中學(xué)生來說只要理解平均數(shù)在實際問題中的意義即可,這是課標(biāo)的要求。
數(shù)學(xué)中考作為義務(wù)教育階段的總結(jié)性評價,各界人士都非常重視,也被稱為初中數(shù)學(xué)教學(xué)的“指揮棒”。有很多教師都反映:由于中考中“統(tǒng)計與概率”題目基本上都是這幾種情況,所以在教學(xué)的時候只要把幾種題型都練習(xí)到,學(xué)生在這個領(lǐng)域得分還是比較容易的。“統(tǒng)計與概率”的試題考查內(nèi)容、認(rèn)知要求、形式等會直接影響教師的教和學(xué)生的學(xué)。因此,在命題時,應(yīng)該考慮到統(tǒng)計學(xué)科本身的特點,體現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)科的價值。