立足統(tǒng)計學(xué)科本質(zhì)積累數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗

張唯一

摘? 要：統(tǒng)計是中學(xué)數(shù)學(xué)普遍存在的教學(xué)疑難內(nèi)容.“總體百分位數(shù)的估計”一節(jié)課為我們提供了統(tǒng)計教學(xué)的有益啟示：結(jié)合案例學(xué)習(xí)統(tǒng)計的概念和方法，經(jīng)歷統(tǒng)計概念和方法的形成過程，通過生活實例體現(xiàn)概念和方法的應(yīng)用性，合理利用信息技術(shù).

關(guān)鍵詞：百分位數(shù);數(shù)字特征;統(tǒng)計

“總體百分位數(shù)的估計”是《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）新增的內(nèi)容，中國教育學(xué)會中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)專業(yè)委員會“2020年高中青年數(shù)學(xué)教師課例展示與培訓(xùn)活動”把它作為指定課題. 從知識領(lǐng)域來看，本節(jié)課屬于統(tǒng)計內(nèi)容，隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，百分位數(shù)概念的重要性變得越來越突出. 統(tǒng)計與函數(shù)、代數(shù)與幾何、概率等在學(xué)科邏輯上存在很大不同，如立論基礎(chǔ)、推理方法、判斷原則等，這決定了統(tǒng)計的教學(xué)方式應(yīng)該有別于其他數(shù)學(xué)內(nèi)容. 當(dāng)教師的統(tǒng)計學(xué)科素養(yǎng)不夠，不能根據(jù)統(tǒng)計的學(xué)科特點進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，統(tǒng)計的教學(xué)就會變得比較困難. 而本節(jié)課執(zhí)教教師的教學(xué)整體比較流暢、自然，而且比較有“統(tǒng)計味道”，這與整個教學(xué)的設(shè)計較好地抓住了統(tǒng)計學(xué)科的特點有關(guān). 本節(jié)課還有很多可圈可點的地方，但就統(tǒng)計的教學(xué)而言，筆者認(rèn)為至少在以下幾個方面可以為我們的教學(xué)提供啟示.

一、結(jié)合案例學(xué)習(xí)統(tǒng)計的概念和方法

通過案例體現(xiàn)概念引入的必要性. 統(tǒng)計是一門應(yīng)用性很強的學(xué)科，它的概念和方法的產(chǎn)生往往具有很強的現(xiàn)實背景. 通過合適的案例體現(xiàn)概念和方法引入的必要性，符合統(tǒng)計的學(xué)科特點. 因此，在統(tǒng)計教學(xué)中，選擇合適的案例就變得非常關(guān)鍵，除了要體現(xiàn)概念和方法的必要性外，案例的問題還要有現(xiàn)實意義，而且案例的背景最好貼近學(xué)生的生活. 本節(jié)課通過確定居民用戶月均用水量標(biāo)準(zhǔn)的問題，體現(xiàn)引入百分位數(shù)這個數(shù)字特征的必要性. 這是對教材上一節(jié)居民用戶月均用水量的總體取值規(guī)律估計的繼續(xù)研究. 在回顧總體取值規(guī)律估計內(nèi)容的基礎(chǔ)上提出問題，使得問題的解決具有連續(xù)性，符合教材用一個案例貫穿相關(guān)內(nèi)容的編寫意圖. 用同一個案例背景，通過不同現(xiàn)實意義的統(tǒng)計問題，引入不同的統(tǒng)計概念和方法，有利于通過不同概念和方法的比較，更好地理解各自的統(tǒng)計含義及特點.

結(jié)合案例學(xué)習(xí)統(tǒng)計的概念和方法. 與建立在概念和定義基礎(chǔ)上，通過演繹方式進(jìn)行研究的數(shù)學(xué)其他分支不同，統(tǒng)計是建立在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過歸納方式研究隨機現(xiàn)象的，需要通過數(shù)據(jù)分析解決問題. 因此，統(tǒng)計的學(xué)習(xí)應(yīng)結(jié)合具體案例，以案例為載體學(xué)習(xí)統(tǒng)計的概念和方法，避免抽象地定義概念和討論方法，并在問題的解決中體會數(shù)據(jù)的隨機性，積累數(shù)據(jù)分析的經(jīng)驗. 本節(jié)課結(jié)合居民用戶月均用水量標(biāo)準(zhǔn)問題，“使80%的居民用戶生活用水支出不受影響”，在問題的解決中了解第80百分位數(shù)的統(tǒng)計含義. 在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，類比中位數(shù)的定義，得到一般的第[p]百分位數(shù)的定義.

二、經(jīng)歷統(tǒng)計概念和方法的形成過程

不同的數(shù)字特征刻畫了數(shù)據(jù)的不同統(tǒng)計特征. 在建立數(shù)字特征概念時，應(yīng)先結(jié)合案例明確希望刻畫數(shù)據(jù)哪方面的統(tǒng)計特征，再尋找合適的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行刻畫，這是從統(tǒng)計直觀到數(shù)學(xué)表達(dá)的過程. 經(jīng)歷這個數(shù)學(xué)化的過程，不僅有助于理解數(shù)字特征定義的合理性，而且有助于理解數(shù)字特征的統(tǒng)計含義，也是積累數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗的需要. 如果只是直接告訴學(xué)生數(shù)字特征定義的形式和計算的方法，那么統(tǒng)計的學(xué)習(xí)就變成純粹的畫圖列表、公式計算等程序性操作，偏離統(tǒng)計學(xué)習(xí)的重點.

百分位數(shù)直觀上比較容易理解，就是把一組按大小排序的數(shù)據(jù)分成100等份后，每一分點處的數(shù)據(jù)，即每個百分位數(shù)把這組數(shù)據(jù)分成相應(yīng)百分比的兩部分，但不是每組數(shù)據(jù)都能恰好被分成100等份. 為了使得每組數(shù)據(jù)都存在任意的百分位數(shù)，教材中把百分位數(shù)定義為“一組數(shù)據(jù)的第[p]百分位數(shù)是這樣一個值，它使得這組數(shù)據(jù)中至少有[p%]的數(shù)據(jù)小于或等于這個值，且至少有[100-p%]的數(shù)據(jù)大于或等于這個值”. 定義中包含有“至少”“小于或等于”“大于或等于”等表述的多個不等關(guān)系，使得百分位數(shù)定義及計算過程不易理解.

教材上是先讓學(xué)生經(jīng)歷居民用水量標(biāo)準(zhǔn)問題的完整解決過程，了解100個數(shù)據(jù)的第80百分位數(shù)的直觀含義和計算方法，再在此基礎(chǔ)上引入一般的第[p]百分位數(shù)定義及計算步驟，這是從統(tǒng)計直觀到數(shù)學(xué)化的過程，但教學(xué)中可能需要增加對百分位數(shù)定義合理性的解釋. 為了使概念和方法的產(chǎn)生過程顯得自然，本節(jié)課執(zhí)教教師對百分位數(shù)的定義和計算步驟都采用了歸納的方法. 對于百分位數(shù)的定義，先讓學(xué)生結(jié)合居民用水量標(biāo)準(zhǔn)案例理解中位數(shù)的百分位數(shù)的位置，在此基礎(chǔ)上引出第80百分位數(shù)，歸納得到第[p]百分位數(shù)的初步定義，再通過舉例“1，2，2，4，5”進(jìn)一步完善定義，明確定義中“至少”的合理性. 對于百分位數(shù)的計算，先類比中位數(shù)的求解過程，求解100個數(shù)據(jù)的第80百分位數(shù)，以及99個數(shù)據(jù)的第80百分位數(shù)，在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，歸納得到百分位數(shù)的一般計算步驟. 這樣的安排，把百分位數(shù)的定義和計算分開，從教學(xué)環(huán)節(jié)上看相對比較清楚，但居民用水量標(biāo)準(zhǔn)案例的解決過程會顯得不太連貫.

三、通過生活實例體現(xiàn)概念和方法的應(yīng)用性

統(tǒng)計具有很強的應(yīng)用性，與我們生活的聯(lián)系也非常緊密. 通過生活中統(tǒng)計知識應(yīng)用的實例，不僅可以讓學(xué)生了解統(tǒng)計知識的廣泛應(yīng)用性，體現(xiàn)所學(xué)概念和方法的重要性，而且還有助于學(xué)生進(jìn)一步理解概念和方法的統(tǒng)計含義.

本節(jié)課執(zhí)教教師為了讓學(xué)生體會到統(tǒng)計與生活的聯(lián)系，在課前布置任務(wù)，讓學(xué)生親自調(diào)查百分位數(shù)在實際生活中的應(yīng)用案例，并在課堂上分享交流得到的案例，不僅有利于學(xué)生體會百分?jǐn)?shù)應(yīng)用的廣泛性，也是在引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)眼光觀察世界，用數(shù)學(xué)思維思考世界，用數(shù)學(xué)語言表達(dá)世界. 在此基礎(chǔ)上，本節(jié)課執(zhí)教教師展示中國成人人體尺寸的案例，因為人體尺寸的各種百分位數(shù)對于設(shè)計各種生活用品尺寸（如服裝、家具等）具有重要意義，所以學(xué)生從生活經(jīng)驗中能切身感知到中國成人人體尺寸的案例是一個可以很好地體現(xiàn)百分位數(shù)重要性的實例.

四、合理利用信息技術(shù)

信息技術(shù)不僅是統(tǒng)計教學(xué)的有效輔助手段，也是現(xiàn)代統(tǒng)計的重要組成部分. 在教學(xué)中合理使用信息技術(shù)，可以把學(xué)生從機械、煩瑣的數(shù)據(jù)處理中解放出來，把更多精力集中在對統(tǒng)計概念和方法的理解上. 在用統(tǒng)計方法解決實際問題時，數(shù)據(jù)處理的工作量太大甚至難以實現(xiàn)，常常成為使用統(tǒng)計方法的障礙. 因此，讓學(xué)生初步學(xué)會使用信息技術(shù)工具處理數(shù)據(jù)非常有必要. 只有學(xué)生會用信息技術(shù)處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理不再是困難，學(xué)生才會更積極主動地使用統(tǒng)計方法去解決實際問題.《標(biāo)準(zhǔn)》對信息技術(shù)在統(tǒng)計中的使用也提出了明確的要求. 在百分位數(shù)的教學(xué)內(nèi)容中，數(shù)據(jù)的處理主要來自百分位數(shù)的求解. 求解百分位數(shù)的過程并不復(fù)雜，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，然后確定百分位數(shù)的位置，再確定百分位數(shù)的具體數(shù)值. 當(dāng)數(shù)據(jù)不多時，百分位數(shù)的求解并不困難，但是當(dāng)數(shù)據(jù)較多時，數(shù)據(jù)的排序就是一個很大的工程. 因此，在百分位數(shù)教學(xué)中融入信息技術(shù)的教學(xué)就非常有必要. 對于百分位數(shù)的計算，本節(jié)課執(zhí)教教師先設(shè)置例1（27個數(shù)據(jù)），通過人工排序和計算的方法，鞏固百分位數(shù)計算的步驟;再設(shè)置練習(xí)1（200個數(shù)據(jù)），借助Excel軟件計算百分位數(shù)，教師先展示計算75%分位數(shù)，然后由學(xué)生實際操作計算95%分位數(shù). 通過這樣的安排，學(xué)生既了解了百分位數(shù)算法的原理與步驟，又學(xué)會了用信息技術(shù)工具求解百分位數(shù)，為正確利用百分位數(shù)解決實際問題打下了基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1]史寧中. 數(shù)形結(jié)合與數(shù)學(xué)模型：高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的核心問題[M]. 北京：高等教育出版社，2018.