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1.通過對幾個(gè)試驗(yàn)的觀察分析,經(jīng)歷幾何概型的建構(gòu)過程;
2.通過問題情境,總結(jié)歸納幾何概型的概念和幾何概型的概率公式;
3.會用幾何概型的概率公式對簡單概率問題進(jìn)行計(jì)算,體會數(shù)形結(jié)合的數(shù)學(xué)思想;
4.能根據(jù)古典概型與幾何概型的區(qū)別判別某種概型是古典概型還是幾何概型;
5.通過大量生活實(shí)例,感受生活中處處有數(shù)學(xué),樹立數(shù)學(xué)服務(wù)于生活的觀點(diǎn).
二、教學(xué)重點(diǎn)
1.掌握幾何概型的基本特點(diǎn);
2.會用幾何概型的概率公式對簡單概率問題進(jìn)行計(jì)算.
三、教學(xué)難點(diǎn)
判斷一個(gè)試驗(yàn)是否為幾何概型;如何將實(shí)際背景轉(zhuǎn)化為幾何度量.
四、教學(xué)方法
引導(dǎo)啟發(fā)式、對話式.
五、教學(xué)過程
活動一 游戲中的幾何概型
1.教師給出問題情境:甲乙兩人玩轉(zhuǎn)盤游戲(轉(zhuǎn)盤如右圖所示),規(guī)定當(dāng)指針指向B區(qū)域時(shí),甲獲勝,否則乙獲勝. 在這種情況下求甲獲勝的概率是多少?
(設(shè)計(jì)意圖:創(chuàng)設(shè)問題情境,旨在激起學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情,調(diào)動學(xué)生主體參與學(xué)習(xí)活動的積極性,并讓學(xué)生體會身邊的幾何概率模型.)
2.學(xué)生會很快得到答案:.教師提出問題:“有什么方法可以說明概率為■?”學(xué)生分小組完成轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn),填寫《實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表》。
3.教師用計(jì)算機(jī)模擬轉(zhuǎn)盤實(shí)驗(yàn).
教師小結(jié):我們發(fā)現(xiàn),指針指向B區(qū)域的頻率有大于0.5的,有小于0.5的,但總是在0.5附近擺動. 實(shí)驗(yàn)次數(shù)越多,頻率在概率附近的擺動幅度越小.
(設(shè)計(jì)意圖:一方面是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,以最快的速度進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài).另一方面,讓學(xué)生再次完成大量重復(fù)隨機(jī)試驗(yàn),進(jìn)一步理解概率的統(tǒng)計(jì)定義. 而計(jì)算機(jī)的模擬實(shí)驗(yàn)也讓學(xué)生再次感受到信息技術(shù)在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的意義.)
活動二 感受情境,建構(gòu)新知
問題情境1:從1984年洛杉磯奧運(yùn)會開始,韓國射箭女隊(duì)就開始了在奧運(yùn)舞臺上的稱霸之路. 直到2008年北京奧運(yùn)會,中國箭手張娟娟成為第一個(gè)打破堅(jiān)冰的“勇者”,先后戰(zhàn)勝韓國箭手闖入決賽,并且在決賽中以一環(huán)的優(yōu)勢絕殺韓國箭手樸成賢,打破了韓國隊(duì)在這一項(xiàng)目上二十多年的稱霸,向世界證明了韓國女隊(duì)并非不可戰(zhàn)勝,堪稱最有價(jià)值的一次突破.
奧運(yùn)會射箭比賽的靶面直徑是122cm,黃心直徑是12.2cm,假設(shè)箭都等可能射中靶面內(nèi)任何一點(diǎn),那么如何計(jì)算射中黃心的概率?
(設(shè)計(jì)意圖:通過張娟娟的成就,培養(yǎng)學(xué)生的愛國之情,增強(qiáng)民族自豪感,進(jìn)行情感教育. )
問題情境2:有一杯800ml的水,其中含有1個(gè)細(xì)菌,用一個(gè)小杯從這杯水中取出100ml,求小杯水中含有這個(gè)細(xì)菌的概率?
問題情境3:某人在7U00 ~ 8U00的任意時(shí)刻隨機(jī)到達(dá)單位,求他在7U10 ~ 7U20之間到達(dá)單位的概率.
(設(shè)計(jì)意圖:三個(gè)問題情境讓學(xué)生認(rèn)識到概率與我們的生活息息相關(guān),激發(fā)了學(xué)生的興趣. 對具體情境進(jìn)行仔細(xì)分析,讓學(xué)生跨越“古典概型”,體驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果在等可能發(fā)生的前提下,從少到多,從疏到密,從有限到無限,從量變到質(zhì)變,培養(yǎng)學(xué)生的理性精神和辯證思想. 同時(shí),問題情境覆蓋長度、面積、體積三個(gè)層面,為后續(xù)教學(xué)做好鋪墊.)
教師提出思考問題:
問題1:上述三個(gè)問題有哪些共同特點(diǎn)?與之前所學(xué)的古典概型一樣嗎?
教師板書:①無限性;②等可能性.
問題2:上述三個(gè)問題中的概率,你是怎樣計(jì)算的?能不能模仿古典概型的計(jì)算公式,得到一個(gè)一般性的結(jié)論呢?
(設(shè)計(jì)意圖:明確指令,幫助學(xué)生從直觀感受上升到理性認(rèn)識,為后續(xù)教學(xué)埋下伏筆.)
活動三 形成定義,對比辨析
定義:如果每個(gè)事件發(fā)生的概率只與構(gòu)成該事件區(qū)域的長度(面積或體積)成比例,則稱這樣的概率模型為幾何概型.
幾何概型的概率公式:
教師提出問題:幾何概率模型和古典概率模型的區(qū)別有哪些?請同學(xué)分組討論,填寫下表.
(設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生明確幾何概型和古典概型的區(qū)別與聯(lián)系,進(jìn)一步理解和掌握幾何概型.)
活動四 理論遷移 學(xué)以致用
例一海豚在水池中自由游弋,水池的橫剖面為長30m,寬為20m的長方形. 求此海豚嘴角離岸邊不超過2m的概率.
教師提出以下問題,引導(dǎo)學(xué)生分析題意,正確選擇幾何度量.
①試驗(yàn)的全部結(jié)果所構(gòu)成的區(qū)域是什么?其幾何度量是什么?
②記事件A:“此海豚嘴角離岸邊不超過2m”,構(gòu)成事件A的區(qū)域是什么?其幾何度量是什么?
學(xué)生很快給出答案:
(設(shè)計(jì)意圖:給出幾何概型的簡單例題,通過引導(dǎo)分析,幫助學(xué)生建構(gòu)起解決幾何概型問題的一般方法和步驟.答題的格式和規(guī)范表述,將解題教學(xué)落到實(shí)處.)
活動五 小結(jié)歸納 布置作業(yè)
教師提問:通過這節(jié)課的學(xué)習(xí),你有哪些收獲呢?
作業(yè)
在開始教學(xué)活動之前,我們首先要關(guān)心的是通過教學(xué)活動能使學(xué)生的發(fā)展達(dá)到什么樣的目標(biāo).
高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中對數(shù)學(xué)建模這部分內(nèi)容的要求如下:
(1)在數(shù)學(xué)建模中,問題是關(guān)鍵.數(shù)學(xué)建模的問題應(yīng)是多樣的,應(yīng)來源于學(xué)生的日常生活、現(xiàn)實(shí)世界、其他學(xué)科等多方面.同時(shí),解決問題所涉及的知識、思想、方法應(yīng)與高中數(shù)學(xué)課程內(nèi)容有聯(lián)系.
(2)通過數(shù)學(xué)建模,學(xué)生將了解和經(jīng)歷解決實(shí)際問題的全過程,體驗(yàn)數(shù)學(xué)與日常生活及其他學(xué)科的聯(lián)系,感受數(shù)學(xué)的實(shí)用價(jià)值,增強(qiáng)應(yīng)用意識,提高實(shí)踐能力.
(3)每一個(gè)學(xué)生可以根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并提出問題,對同樣的問題,可以發(fā)揮自己的特長和個(gè)性,從不同的角度、層次探索解決的方法,從而獲得綜合運(yùn)用知識和方法解決實(shí)際問題的經(jīng)驗(yàn),發(fā)展創(chuàng)新意識.
(4)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)和解決問題的過程中,應(yīng)學(xué)會通過查詢資料等手段獲取信息.
(5)學(xué)生在數(shù)學(xué)建模中應(yīng)采用各種合作方式解決問題,養(yǎng)成與人交流的習(xí)慣,并獲得良好的情感體驗(yàn).
(6)高中階段至少應(yīng)為學(xué)生安排 1 次數(shù)學(xué)建?;顒?還應(yīng)將課內(nèi)與課外有機(jī)的結(jié)合起來,把數(shù)學(xué)建模活動與綜合實(shí)踐活動有機(jī)地結(jié)合起來.
筆者不對數(shù)學(xué)建模的課時(shí)和內(nèi)容提出具體建議.學(xué)校和教師可根據(jù)各自的實(shí)際情況,統(tǒng)籌安排數(shù)學(xué)建?;顒拥膬?nèi)容和時(shí)間.
根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和數(shù)學(xué)建模教學(xué)的三個(gè)階段,教學(xué)目標(biāo)可以如下設(shè)計(jì):
1.第一階段:簡單建模
這是數(shù)學(xué)建模教學(xué)打基礎(chǔ)的重要階段,雖然叫做簡單建模,但是它并不簡單.這一階段的核心就是要學(xué)生理解什么是數(shù)學(xué)建模,為什么要做數(shù)學(xué)建模,如何進(jìn)行數(shù)學(xué)建模活動以及培養(yǎng)學(xué)生的建模意識.因此教學(xué)目標(biāo)可以如下制定:
知識與技能:了解數(shù)學(xué)建模的概念,初步掌握五步建模法,能用五步建模法解決簡單的數(shù)學(xué)建模問題.
過程與方法:讓學(xué)生初步感受數(shù)學(xué)建模的過程,理解用數(shù)學(xué)工具解決實(shí)際問題的方法.
情感態(tài)度與價(jià)值觀:初步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法解決實(shí)際問題的意識,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思想.
2.第二階段:典型案例建模
這是學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力提高的關(guān)鍵階段,也是積累的階段.這時(shí)可以安排與教材內(nèi)容相關(guān)的典型案例,讓學(xué)生掌握建模的常用方法.
知識與技能:掌握一些典型的數(shù)學(xué)建模案例,對于類似的問題可按照典型案例的方法來解決.
過程與方法:通過典型案例建模的過程,使學(xué)生更進(jìn)一步認(rèn)識數(shù)學(xué)建模的過程.
情感態(tài)度與價(jià)值觀:進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)建模方法解決實(shí)際問題的意識,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思想.
3.第三階段:綜合建模
在典型案例建模的階段學(xué)生積累的大量的典型案例,此時(shí)可以以建模為核心,以小組為單位開展數(shù)學(xué)建模的課外活動.要很好地完成這一階段,需要學(xué)生進(jìn)行大量的課外活動與實(shí)踐.
知識與技能:靈活運(yùn)用五步建模法提出問題并解決問題,能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算編程解決數(shù)學(xué)問題.
過程與方法:經(jīng)歷數(shù)學(xué)建模的完整過程,在過程中學(xué)會學(xué)習(xí),在過程中提高能力.
情感態(tài)度與價(jià)值觀:通過數(shù)學(xué)建模的過程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法,提高創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思想,培養(yǎng)學(xué)生的合作精神.
從高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求來看,我們不難看出,并非所有的班級和學(xué)生都需要經(jīng)歷這樣的三個(gè)階段.在實(shí)際教學(xué)中,筆者認(rèn)為可根據(jù)學(xué)情的不同來制定目標(biāo),確定是否進(jìn)行下一階段的教學(xué).可以只進(jìn)行簡單建模的教學(xué),也可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行典型案例建模的教學(xué),當(dāng)然如果在時(shí)間和精力允許的情況下,可以嘗試進(jìn)行綜合建模活動.
二、教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)
1.教學(xué)內(nèi)容的選擇
數(shù)學(xué)建?;顒拥慕虒W(xué)內(nèi)容就是根據(jù)“問題”和它的數(shù)學(xué)背景來確定的.
古典概型是一種特殊的數(shù)學(xué)模型,也是一種概率模型,用古典概型的理論和方法可以揭示生活中的一些問題.因此,根據(jù)我們已經(jīng)編制的教學(xué)目標(biāo),可以把數(shù)學(xué)建模教學(xué)的切入點(diǎn)放在古典概型上.也就是說,數(shù)學(xué)建模的問題是以古典概型為數(shù)學(xué)背景的.其教學(xué)內(nèi)容主要包括:
(1) 古典概型的含義.
(2) 古典概型的概率計(jì)算公式.
(3) 數(shù)學(xué)建模的概念及五步建模法.
(4) 隨機(jī)數(shù)的概念及用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法.
(5) 次品檢驗(yàn)問題.
(6) 彩票中獎問題.
2.教學(xué)方式的選擇
(1)第一課時(shí)
這在數(shù)學(xué)建模的教學(xué)中屬于簡單建模階段,簡單建模階段一般可以選擇的教學(xué)方式有講授式、講練式、探練式等.同時(shí)這一課時(shí)還有古典概型的教學(xué)任務(wù),因此,可以用講練式與探練式相結(jié)合的教學(xué)方式來進(jìn)行這堂課的教學(xué).
(2)第二課時(shí)
【關(guān)鍵詞】古典概率 中學(xué)教學(xué) 探討
遵義學(xué)院數(shù)學(xué)系同學(xué)在各個(gè)縣中學(xué)實(shí)習(xí)期間,對所在實(shí)習(xí)學(xué)校進(jìn)行了教學(xué)調(diào)查。重點(diǎn)是調(diào)查概率統(tǒng)計(jì)這門課在中學(xué)的教學(xué)情況。通過調(diào)查他們得出了一致的結(jié)論,概率統(tǒng)計(jì)這門課,中學(xué)課本上講得較淺,導(dǎo)致學(xué)生易學(xué)易懂而不易解題。均一致要求作適當(dāng)?shù)闹R拓展,以適應(yīng)新形勢的需要。
某同學(xué)說:“近幾年高考中,談得比較多的是概率的得分率偏低,特別是古典概率方面的考題”,針對這個(gè)問題,他在實(shí)習(xí)期間,調(diào)查了遵義縣某中學(xué)的高三年級800多名學(xué)生,從中隨機(jī)抽取了50名學(xué)生,對概率統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查結(jié)果如下:
從上表中可以清楚看出:比例顯然不符合正態(tài)分布。該同學(xué)說:究其原因,依據(jù)同學(xué)們的反映,課本上的知識講得較淺,知識面狹窄,從而導(dǎo)致他們易學(xué)易懂而不易解,均要求將”等可能事件”這部分內(nèi)容作適當(dāng)?shù)耐卣埂?/p>
在高考試題中,關(guān)于概率統(tǒng)計(jì)的試題也逐漸增加,而且難度超過了普通高中數(shù)學(xué)課程的標(biāo)準(zhǔn)。又一同學(xué)舉了這樣一個(gè)例子:
2005年高考湖北卷文科第21題:某會議室有5盞燈照明,每盞燈各使用燈泡一只,且型號相同。假定每盞燈能否正常照明只與燈泡的壽命有關(guān),該型號的燈泡的壽命為1年以上的概率為P1,壽命為2年以上的概率為P2。從使用之日起每滿一年進(jìn)行一次燈泡更換工作,只更換已壞的燈泡,平時(shí)不換。 (I)在第一次燈泡更換工作中,求不需要更換燈泡的概率和更換 2只燈泡的概率;(II)在第二次燈泡更換工作中,對其中的某一盞燈來說,求該盞燈需要更換燈泡的概率;(III)當(dāng)P1=0.8,P2=0.3時(shí),求在第二次燈泡更換工作中,至少需要更換4只燈泡的概率.(結(jié)果保留兩個(gè)有效數(shù)字)。
在這道考題中,在求(Ⅱ)的解答時(shí),其過程涉及到要求在第一次未更換燈泡,而在第二次需要更換燈泡的概率。如果設(shè)A=“該型號燈泡壽命在一年以上”,B=“該型號燈泡壽命在2年以上”,由題意得:P(A)=P1,P(B)=P2,則P()=1-P2,則P(第1次未更換燈泡而在第二次需要更換燈泡)= P(A )。在求P(A )中,就涉及到獨(dú)立與非獨(dú)立的問題。在公開發(fā)表的論文中,關(guān)于這一道題的這一步解,就有兩種截然不同的答案。在湖北省教育考試院主辦的《湖北招生考試》2005年6月10日出版的《2005年高考試卷與參考答案》中,認(rèn)為A與是獨(dú)立的,有P(A )=P(A)P()=P1(1-P2),而華南師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)院2006年出版的《中學(xué)數(shù)學(xué)研究》第一期34頁上的文章認(rèn)為A與非獨(dú)立,認(rèn)為B是A的子集,有P(A )=P1-P2。在這里,我們暫時(shí)不討論這兩種解答誰是誰非。大部分高中生在這種試題的面前,是束手無策的。而在高中的課本里,關(guān)于事件的獨(dú)立性,僅僅是通過具體的情景中,介紹兩個(gè)事件的相互獨(dú)立性。課本的要求僅僅是“了解”。所以許多學(xué)生在了解了高考試題的難度以后,迫切要求老師在講授概率統(tǒng)計(jì)時(shí),作適當(dāng)?shù)募由钔卣埂?/p>
又一同學(xué)在論文“伯努利概型在初等教學(xué)應(yīng)用的拓展”中,闡述了她在遵義市某中學(xué)高二年級十一個(gè)班,總計(jì)七百零九名學(xué)生學(xué)習(xí)概率統(tǒng)計(jì)這部分內(nèi)容的大致情況。她發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍認(rèn)為概率統(tǒng)計(jì)易學(xué)易懂,但不易掌握,“尤其是n重獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)中有k次發(fā)生的概率最不易掌握”,該同學(xué)把全日制普通高級中學(xué)教科書《數(shù)學(xué)》(必修、人教版、第二冊B下)關(guān)于伯努利概型的內(nèi)容與大學(xué)教科書中有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了比較。認(rèn)為“高等數(shù)學(xué)的表述及證明為高中教材計(jì)算在n次獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn)中某事件恰好發(fā)生k次的概率的計(jì)算方法奠定了理論基礎(chǔ)?!弊詈蟮贸鲆粋€(gè)結(jié)論:高等數(shù)學(xué)中伯努利概型對于高中的n重獨(dú)立試驗(yàn)發(fā)生k次的概率具有理論指導(dǎo)意義。
另一同學(xué)利用實(shí)習(xí)期間,對遵義縣一些中學(xué)作了調(diào)查,在畢業(yè)論文“對高中數(shù)學(xué)等可能性事件的探討”中說:“在調(diào)查時(shí),我發(fā)現(xiàn)高中生在解決概率問題時(shí),總是容易犯一些分析問題不足的錯誤”?!拔艺J(rèn)為這是因?yàn)閷W(xué)生在最開始學(xué)習(xí)概率時(shí),對‘等可能性事件的概率’問題沒有能夠深刻地認(rèn)識理解?!?/p>
高中數(shù)學(xué)的定義:
一次試驗(yàn)連同其中可能出現(xiàn)的每一個(gè)結(jié)果稱一個(gè)基本事件,通常此試驗(yàn)中的某一事件A由幾個(gè)基本事件組成,如果一次試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的結(jié)果有n個(gè),即此試驗(yàn)由n個(gè)基本事件組成,而且所有結(jié)果出現(xiàn)的可能性都相等,那么每一個(gè)基本事件的概率都是1/n。如果某個(gè)事件A包含的結(jié)果有m個(gè),那么事件A的概率: P(A)=m/n。大學(xué)里,把“等可能性事件的概率”問題歸為有限等可能概型——古典概型,其定義為:設(shè)古典概型的所有基本事件為:,事件A含有其中的m個(gè)基本事件,則定義事件A的概率,P(A)=m/n。其中n是基本事件的總數(shù),m是A包含的基本事件數(shù)。然后他根據(jù)高中學(xué)生的反映,評價(jià)說:“其實(shí),大學(xué)里對‘等可能性事件的概率’的定義比中學(xué)里的定義還要簡單” 該同學(xué)進(jìn)一步地說:“集合是高中生進(jìn)入高中后最先學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)知識”,如果把集合的知識重新定義“等可能性事件的概率”,問題會更清楚。下面是他重新下的定義:“如果一次試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的結(jié)果有n個(gè),即此試驗(yàn)由n個(gè)基本事件組成,那么這n個(gè)基本事件就組成一個(gè)集合I(I為全集);且集合I中所有元素出現(xiàn)的可能性都相等,那么每個(gè)元素(基本事件)出現(xiàn)的概率都是。如果某個(gè)事件A含有m個(gè)元素(結(jié)果),即A為全集I的一個(gè)子集,那么事件A的概率就為:P(A)=m/n”。
以上就這些同學(xué)的調(diào)查,寫的畢業(yè)論文。我們可以看出,同學(xué)們這次利用實(shí)習(xí),進(jìn)行了專項(xiàng)調(diào)查,獲得了豐收的碩果。筆者同意他們的看法,初等教育的概率統(tǒng)計(jì)部分內(nèi)容,應(yīng)該作適當(dāng)?shù)耐卣?,要把大學(xué)的內(nèi)容與中學(xué)的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來。
高中數(shù)學(xué)課程是義務(wù)教育后普通高級中學(xué)的一門主要課程,它包含了數(shù)學(xué)中最基本的內(nèi)容。是培養(yǎng)公民素質(zhì)的基礎(chǔ)課程。高中數(shù)學(xué)課程對于認(rèn)識數(shù)學(xué)與自然,數(shù)學(xué)與人類社會的關(guān)系,認(rèn)識數(shù)學(xué)的科學(xué)價(jià)值,文化價(jià)值,提高分析和解決問題的能力,形成理性思維,發(fā)展智力和創(chuàng)新意識具有基礎(chǔ)性的作用。高中數(shù)學(xué)課程有助于學(xué)生認(rèn)識數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值,增強(qiáng)應(yīng)用意識,形成解決簡單實(shí)際問題的能力。高中數(shù)學(xué)課程是學(xué)習(xí)高中物理,化學(xué),技術(shù)等課程和進(jìn)一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。同時(shí),它為學(xué)生的終身發(fā)展,形成科學(xué)的世界觀,價(jià)值觀奠定基礎(chǔ),對提高全民族素質(zhì)具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
[1]湖北招生考試[J].《2005年高考試題與參考答案》.2005-06-10.