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【数学思考】关于平均数教学的一些思考(一)

 刘老师数学日记 2023-10-02 发布于上海

前一段时间,在评高级教师职称的时候,需要参加晋升高级教师课堂教学能力考核,需要准备的课是《平均数》。这节课虽然也听过、上过,但在准备这节课的学习过程中,还是有些许收获,分享给大家。

平均数是大家熟悉的统计量在日常教学中也会有一些“误区”,那在评审老师的眼中,这些“错误”可能会影响最终的考核。

平均数的教学要帮助学生理解平均数的意义,不仅要关注平均数的概念意义算法意义,更要关注统计意义

  1. 将平均数问题当作应用题去教

  1992年颁布的《九年义务教育全日制小学数学教学大纲(试用)》,首次将平均数纳入“统计初步知识”纳入“统计初步知识”,并在教学要求中明确提出“初步理解平均数的意义,会求简单的平均数”(三年级),“会根据收集的数据求平均数”(四年级)。

也就是在1992年之前,平均数的确作为典型应用题出现在教学大纲和教材中。但是自从1992年这个大纲版本之后,平均数就被纳入统计量中。如果脱离统计背景,将平均数的应用当作一种典型应用题去教,而纯粹从训练学生解题角度去教学,就容易忽略平均数的意义。

2001年颁布的《全日制义务教育数学课程标准(实验稿)》,进一步予以拓展,具体目标第一学段为“通过丰富的实例,了解平均数的意义,会求简单数据的平均数”,第二学段是“通过丰富的实例,理解平均数、中位数、众数的意义,会求数据的平均数、中位数、众数,并解释结果的实际意义;根据具体的问题,能选择适当的统计量表示数据的不同特征”。

《义务教育数学课程标准(2011年版)》,在第一学段不再教学平均数,且删去了中位数、众数。第二学段的相关教学要求是“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”。

《义务教育数学课程标准(2022年版)》,统计与概率领域在小学阶段包括“数据分类”“数据的收集、整理与表达”和“随机现象发生的可能性”三个主题。在第二学段“数据的收集、整理与表达”【内容要求】:探索平均数的意义,能解决有关的简单实际问题。能在简单的实际情境中,合理应用统计图表和平均数,形成初步的数据意识和应用意识。

【教学提示】平均数教学要引导学生在熟悉的情境中理解平均数所具有的代表性,通过刻画一组数据的集中程度表达总体的集中状况。

可见,小学阶段平均数的教学,从作为应用题到作为统计初步知识的变迁。了解这些内容,对于重新理解教材是有益的。

2.将平均数和平均分混淆起来

平均数的概念与平均分是不完全一样的,二者既有联系也有区别。平均数是借助平均分的意义通过计算得到的,是一个“虚拟”的数。如“12个草莓平均分给4个人,每人可以分得3个”,这里的“3个”是每个孩子实际分得的个数;而“4个人共有12个草莓,平均每个孩子有3个”,这里的“3个”就是平均数,表示不一定每个孩子都有3个。

平均分,目的是为了均等的分配。在除法的认识中,可以从等分除和包含除两个层次理解。平均数反映的是一组数据的整体水平,而不是平均分后个体所获得的结果,更强调其统计学意义。

由于平均数不一定是一个“真实”的值,需要充分利用教具、学具,用直观的方式帮助学生理解平均数的含义。但如果平均分和平均数区别不理解,在通过移多补少方法引出平均数时,容易出现一些动画或实物移动不严谨的问题。

这样的动画往往给学生一种误解:平均数就是平均分的结果,是一个真实的数。

这里可以通过虚框的方式,当作一种假设,直观理解平均数是个“虚拟”的数,平均数并不是将所有的数据都变得相等,而是一组数据上下波动的平衡点。

3.平均数的意义有哪些?

有学者用三个“极为”归纳平均数的特点:数学计算“极为简单”,现实应用“极为频繁”,统计意义“极为深刻”。

在数学教育领域,关于平均数的意义,有各种各样的解读。引用较多且比较贴近小学教学的是特拉维夫大学两位学者的研究,他们认为平均数的理解包括7条性质:

①平均数位于最小值和最大值之间。

②平均数与原始数据的离差和为0。

③平均数会收到不等于平均数的数据的值的影响。

④平均数不需要与相加的数据中的某一个相等。

⑤平均数可以是一个在现实中没有实际意义的分数。

⑥平均数是被平均的那些数的代表。

⑦在计算平均数时要把数值为0的考虑在内。

其中,第2条,准确地说,是“离差的代数和为0”。平均数的一条重要性质“平均数与原始数据离差的平方之和为最小。”当然,这些性质都在中学教材里。

就新课标而言,在附录部分的例40、例41、例42和例43都分别进行举例和说明。就小学数学教学实际而论,平均数的理解,首先在于:

(1)平均数是表示一组数据整体水平或者一般水平的代表数。

在教学平均数时,更多去关注平均数的算法意义。

在统计学中,也是通过公式(平均数=总和÷个数)给平均数下定义的。但只从如何计算去理解平均数远远不够。

“移多补少”作为平均数的一种几何意义,显得非常直观。正是由于“移多补少”具有过程与结果一目了然的优点,符合儿童认知。

这里的“公式”和图式“移多补少”虽有可取之处,但他们还是侧重平均数的算法,还需要进一步引导学生理解平均数作为统计量数的实质:用一个数表示一组数据的集中趋势(整体水平或一般水平)。

在【例40 哪个小组跳绳水平高】中,这里的案例说明可以总结如下:

感受必要性。首先让儿童认识到两个小组人数不同,因此不能用总数比较两个小组跳绳水平的依据,感悟引入平均数的必要性;

感受代表性。在引导儿童利用平均数进行比较的过程中,感悟平均数可以用来代表小组的整体水平;引导儿童讨论第一组中两个“92”的实际意义,通过这两个数值多表示意义的不同,进一步理解平均数的代表性;

感受趋中性。在用平均数值对两个小组跳绳水平进行分析的过程中,逐步理解平均数作为一个统计量,能够刻画一组数据的集中趋势,介于“最大数”和“最小数”之间。

感受随机性。如果第二组再增加一位儿童,平均成绩是否一定会比第一组的平均成绩高。感悟数学的随机性和平均数的随机性。

当然,理解平均数作为“整体水平代表”的统计意义离不开认知它的数据分析功能。一般认为,平均数主要有两大分析功能,一是推断(由样本估计总体),二是比较(几组数据的整体水平)。这都源于平均数可以降低误差的功能。

(2)在算法意义中理解统计意义,两者应统一起来。

平均数=(每个数据相加的总和)除以数据的个数。

从这个计算的角度,也可以发现:

平均数对数据反映灵敏,每个数据都会影响它。数据越极端,影响越大。

平均数可能不想等于任何一个原来的数。

平均数在数据的最小值、最大值之间。

原始数据与平均数的差之和为0。

可见,平均数的算法意义和统计意义应该是个整体,不应该割裂开来。

当然,关于平均数的种类,平均数、众数、中位数的联系与区别,为什么平均数可以刻画一组数据的一般水平,哪些所谓的“经典题目”其实也有些“毛病”等等,这些都在后续的文章中继续探讨。


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