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核心词解读五,数据分析观念(下)

阅读数(0)2017-12-05 13:52

跨越断层,走出误区:

《数学课程标准》核心词的实践解读之五(下)

上海市静安区教育学院  曹培英

随着统计教学内容的变迁,从它的前身“日用簿记”到“统计图表”,再到“统计初步知识”、“统计与概率”,相应的教学经验、教学策略,也在不断发展、变化。

尤其是《全日制义务教育数学课程标准(2011版)》颁布以来,如何培养小学生的数据分析观念,成为关注的焦点、热议的话题之一。有关的经验介绍,主要集中在两个方面:一是让学生亲历统计活动的过程;二是让学生亲近数据、感悟数据。

所谓观念,原本就是一种需要在亲身经历的过程中培养出来的感觉与思想。而数据分析观念反映的是由一组数据所引发的想法,所推测到的可能结果。它的特殊性,在于要求学生克服一些固有的思维定势,如关注局部忽视整体、习惯确定生疏随机、强于回顾弱于预期,因此更需要获得亲历体验。在这里,体验性学习是思辨性学习不可或缺的基础。

进一步,教学法一旦深入学生的情感领域,触及学生的精神需要,就能成倍增长它的功效。因此,“关键是无论学生还是老师,首先都要产生对数据的亲切感”[1] 。道理是明白无疑的:对于学生,知之者不如好之者,不如乐之者;对于教师,为师者自身对数据没有亲切感,又怎能令学生亲近数据呢?

着眼于当下教学现状与教师需求,亟待突破的瓶颈是,统计活动的资源还不够丰富,统计活动的内涵还有待增强“统计味”。这也是落实“过程性”、提升“亲切感”绕不过的坎。

此外,鉴于小学数学的统计教学内容,还是以统计图表和平均数为主,因此,有必要探讨这些内容的教学,如何与时俱进。

下文,首先针对两个“瓶颈”,作初步的实践性探讨;然后择取一个“传统”的统计内容,选一新近的教学案例,加以分析。供同仁借鉴。

一、实践探讨一:开发统计活动资源

1.课内活动资源的开发

目前,课堂内的统计活动,受到较广泛的关注,有些统计活动,颇有新意,且收效明显。

例如,贴出电视台正在播出的几部动画片主角,统计“你最喜欢的动画片”。同时突破先分组统计、再全班汇总的固定模式,采用更便捷、高效的方式,如举手计数、贴粘纸计数等。

进一步的发展:

其一,把各种标志的粘纸改成统一的小正方形,让学生贴在横轴上方,一个接一个贴,自然生成了一幅条形统计图。

其二,有些项目贴的人多,贴不下,启发学生想办法,每人都贴半格,或者两人合起来贴一个小正方形,从而又生成了一个刻度表示2的条形统计图(如图1)。

 

 

 

 

 

 

 

又如,制作多媒体课件,创设虚拟的现实统计情境“某路段10分钟内过往车辆的分类统计”(如图2),把外部世界引入课堂,让学生获得较为真实的体验,亲历动态的数据收集过程。从而借助技术手段,使学习活动具有实践特征,成为建构动态统计意义的感性经验基础。

2.课外活动资源的开发

为突破课堂教学时空间的局限,有些统计活动,还可以从课内延伸到课外,使学生亲历实实在在的调查统计。

小数

概念

   

小数

计算

   

小数

应用

   

合计

   

第1次

   

第2次

   

……

   

总计

   

例如,指导学生分类统计个人每次数学测验的扣分。分类方式可以因内容、因人而异,如:

计算

   

应用

   

概念

   

合计

   

第1次

   

第2次

   

……

   

总计

   

这样的统计活动,变虚拟为真实,学生通过统计还能了解自己的学习状况,哪些知识掌握得比较差,并根据诊断结果自主选择针对性的练习。

我们不是经常在说,要使学生认识到统计对决策的作用,那就让他们从自己学习的现实需要入手,初步感受统计的真实作用吧。

又如,有教师组织学生自行提出问题,开展“小课题”研究。学生想到的课题,如:我们所喜爱的动画片、国内外动画片制作成本比较、视力与看电视的关系,等等。下面是“视力与看电视关系”研究小组的调查统计结果:


 


 

 

 

 

 

 

 


该校还进行了“信息技术与小学数学统计初步知识教学内容的整合研究”,进一步拓展统计活动内容[2]:

 

学习内容

   

整合后的学习活动

   

原有活动

   

新增活动

   

数据的收集

   

报刊浏览

   

网上搜索,社会调查

   

数据的描述

   

手工制表绘图,笔算求平均数

   

电脑制表绘图,用计算器求平均数

   

数据的分析

   

回答问题,讨论质疑

   

展示演示文稿

   

可能性认识

   

摸球实验,投币实验

   

电脑模拟实验

   

可见,开发统计活动资源的空间还是很大的。

二、实践探讨二:挖掘统计活动内涵

小学的统计活动虽然简单,但都有统计学的背景。因此,从统计学的视角看去,还是有不少内涵可供挖掘,或者说渗透。

以常规统计活动“你最喜欢的水果”为例。面对二年级学生,除了举手统计、选用画“正”或“四竖一横”做记录、讨论统计结果的用场,还能增添什么?

1.感知总体调查与抽样调查

首先,可以渗透“样本”概念,让学生对样本的选择有初步的感知。例如,口答:

要知道自己班上的同学最喜欢哪种水果,你认为三位同学想到的调查方法,哪一种比较合适?为什么?

(1)小亚:问自己小组的5位同学;

(2)小胖:问和自己最要好的4位男同学;

(3)小巧:问全班同学。

巩固练习时,再次安排口答:

要知道全校同学最喜欢哪种水果,你认为下面三种调查方法,哪一种比较合适?为什么?

(1)问全校同学;

(2)每个年级调查一个班;

(3)早锻炼时问运动队的同学。

实践表明,这些问题基本上都在低年级学生经验直觉的最近发展区内。他们陈述的理由尽管幼稚,但不无道理,而且大多围绕着样本的代表性或操作性来说。如:“女同学也应该问”,“运动队同学喜欢的和我们的不一样”,“问全校同学,人太多,加起来太难算”,等等。

2.接触不同的调查方法

其次,可以让学生初步体会调查方法的多样性,感受各种方法的特点。例如:

教师先采用逐一回答,画正字的方法进行统计,不一会,停下来问:这样一个一个回答的方法好吗?你们有什么更好的方法?学生很快形成共识,举手统计,又快又方便。

完成全班统计后,提出问题:

如果调查,在语文、数学、英语三门学科里,你最喜欢什么,举手统计的方法好吗?如果你不喜欢数学,你敢不举手吗?

大胆的学生回答:你来问喜欢数学吗,我们不敢不举手的。

教师给予表扬,发下更换了调查科目的如下问卷,口述指导语“不用写名字,只要在你最喜欢的学科下打勾”:

 

思 品

   

音 乐

   

体 育

   

美 术

   

 

 

 

学生递交问卷后,教师再问:这样调查得到的结果是你们的真心话吗?集体备课时,有老师怀疑学生能否答在点子上。施教结果表明,学生基本能明白教师的良苦用心。如“不写名字老师不知道谁勾的”,“交给数学老师,我们不怕”。透过儿童语言,不难看出,学生对无记名问卷的真实性、第三方调查的公信力,已经有了真切的初步感受。

3.体会调查统计的真实价值

通常,调查“最喜欢的水果”,最后教学环节是让学生说说统计结果的用处。比如,班上举行联欢会,购买哪几种水果比较合适。当然,多数情况下这只是“小孩过家家”的模拟计划。

然而,确有数学教师将“最喜欢的学科”调查结果反馈给了有关老师(一位新教师),并帮助她分析学生“不喜欢”的原因,改进教学,扭转了学生的看法,也让学生看到了调查统计最真实的功效。顺便说一句,这在上海市静安区,并非绝无仅有的个案。

毫无疑问,这样的做法,一般的数学教师,目前是不可复制的。但有理由相信,当全国推广“绿色学业质量评价”之后,情况会有所改观。尽管如此,只要是有心人,总能发现并抓住教育的契机。比如,实施前面介绍的“数学测验扣分分类统计”,就能出现一系列的真人真事,让学生体会到身边的统计或自己的统计,显现了它的实用价值。

三、案例分析:“读图”

人类已经进入“读图时代”,为了更好地生存,人人都需要从大量的“图”中获取有用的信息,作出自己的分析、解释,有时,还有必要进行合理的质疑。

统计图是小学数学的传统教学内容,它的教学研究,之所以需要与时俱进,主要是因为如今的教学要求,早已从重在图的绘制转向了重在图的阅读、图的分析与图的评价(包括质疑)。

下面介绍一节五年级“读图”课的教学片段,这是在学生已经学了条形图、折线图的基础上,以看图分析、解释、质疑为主的课。

1.片段描述

(1)读图步骤的自然生成。

怎样看图,似乎无须总结步骤,自然总是先看最吸引眼球的。其实不然。当面对一些具有典型教学功能的统计图时,学生能够悟出首要步骤的合理性。

请看下图[3],并无夺人眼球之处,如果先看横轴、纵轴,都看不出所以然。


 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


先看标题,才知道是三个城市男女青年平均身高的统计。那么,是哪三个城市呢?再看横轴,是上海、武汉、成都。

就这样,随着教师一个最普通的问题:这两幅条形统计图统计了什么?你是从哪里看出来的?读图的一般步骤“先看标题,知道统计主题;再看横轴,了解统计项目”,也就自然生成了,其合理性是显然的。

接下去,就可以想怎么看就怎么看了。

(2)看图获取意想不到的信息。

不看真不知道,三个城市男女青年的平均身高,居然如同楼梯,依次下降。探明究竟的欲望油然而生。

题目有提示:在地图上找到三个城市的位置,你发现从东往西男女青年的平均身高有什么变化规律?

教师出示地图,圈出三地,分别在我国的西部、中部、东部。非常明显,从东往西,男女青年的平均身高都呈现下降趋势。

进一步的解释,已超出了统计图提供的内容范围。但是学生想知道,为什么上海人具有身高优势。

五年级学生,已经知道中国的地势西高东低,还有学生说“一江春水向东流也是因为西高东低,水往低处流”。教师出示三地的平均海拔高度:

成都,540米;武汉,30米;上海,4米。

印证了学生的解释。同时指出,三个城市的选择,大致处在同一维度上,居民都以汉族为主,这样才有可比性。学生仍欲罢不能,有学生认为,原因还有上海人不吃辣,成都人最吃辣。教师加以引导:还想继续了解数据以外的原因,比如饮食习惯对身高的影响,课后自己上网搜索。

(3)可能存在的“视觉误导”。

看图提出问题时,有学生问,为什么上海、武汉的女青年都比男青年高?这是一个与数据有关的问题,教师在两幅统计图上拉出两根红线,反问:是吗?怎么会呢?

有学生发现,是两幅图的刻度不相同造成的,从数据看三个地方都是男青年高。进而提出问题,为什么不用相同的刻度,这不是忽悠人吗?

教师指出,统计图有时会给人视觉上的误导。比如,由于刻度不统一,看上去好像两地女青年平均身高比男青年还高。再比如,从图上看,三地男女青年的平均身高相差很大,实际只相差了多少呢?随着教师的提问,学生开始仔细观察数据,教学进入了下一环节,研究为什么数据相差一点点,如171.7-170.2=1.5,条形长短相差这么大?

(4)揭示隐含的知识点。

教师出示右图[4]:我们再来看两幅折线统计图,研究一下刻度问题。学生看出,两幅图的内容完全相同。从而引出问题:为什么都是小亚同一时间的体温,两幅图的折线起伏差别这么大?

经过小组讨论,学生找到了其中的原因:两幅图的刻度不同,同样的单位长度,图1表示的温度是图2的10倍。由此得出结论:一格表示的数量越小,条形的长短或折线的起伏相差越大。

教师又提出一个问题:为什么要省略一部分刻度?学生有三种回答:一是人的体温不可能低于30℃,所以0℃~30℃这部分是多余的;二是省略一部分刻度,才能使每一格表示更小的数量;三是方便医生,一眼就能看清病人的体温变化。最后一种回答,把为什么要放大差异的现实需要也说清楚了。

2.简要评析

(1)要让学生亲近数据,数据内容是关键

这节课,学生始终兴趣盎然,他们对数据的亲切感是由衷的、探究的欲望是情不自禁的。因为,数据中蕴含着意想不到的信息,吸引了学生,他们愿意亲近这样的数据。“好”的数据内容,读图效果自然会好。

正是由于数据背后富有内容,所以学生的分析,没有停留在“最大”、“最小”之类的简单判断上。

看来,统计教学不仅需要学生自己的数据、身边的数据、连续积累的数据(如一年级到五、六年级的身高、体重),还需要一些有趣的、内涵知识的数据。否则,内容单一,兴趣必然减弱。

(2)看图分析、解释,需要教师适当干预

教师的干预,首先体现在精心预设、充分准备方面。

比如,中国地图是必需的,不然,同一纬度带就无法直观。而纬度相近,民族相同,又恰恰是身高比较样本选择合理性的重要因素。

又如,预料学生会作出地势高低导致身高变化的解释,教师准备了三地平均海拔高度的资料,用数据支持学生的解释。

其次,教师的干预还体现在讨论的引导方面。

例如,引导学生根据数据作出解释、提出问题。这在小学的读图教学中,常常是必要的。对于数据以外的、常识难以判断的解释,引导学生课后寻找依据,也是明智的对策。

显然,这比由着学生随意解释数据,鼓励学生脱离数据想当然地进行预测,要好的多。

再如,教师抓住学生的合理质疑,引出了看图可能产生的两点视觉误导:女青年的平均身高明明低于男青年,但条形高度却相反;数据大小相差一点点,条形高低相差很大。由后者,又很自然地引出了新的学习内容。

这里的两处“误导”,都并非故意“忽悠”,没有不良意图。教师称之为“视觉误导”是比较恰当的。

两幅条形图的刻度不一致,是计算机造成的。现在工作或研究中的统计图,几乎都是输入数据,由计算机自动生成。计算机不知道两图将并列出示,当两组数据不同时,刻度自然不统一。因此,单独看,所选刻度都是合理的,放在一起比较,就可能产生“误导”。这一点,可以向学生作简要说明。

条形高低差异被放大,是便于观察、增强比较效果的需要。学生的疑惑,通过两幅折线图的比较,得到了较好的澄清。从中也可以看出,选择体温统计图的用意,有利于调动学生的生活经验,体会医生的工作需要,理解放大差异的实际意义。

(3)在看图过程中揭示有价值的知识点

新一轮课改以来,从“一格表示1”到“一格表示2”、“一格表示5”……被公认为统计图教学的台阶,“一格表示几”成了一个知识点。对此,笔者已有论述[5]。相比之下,刻度变化引起条形、折线的变化,倒是一个值得教学的“知识点”。遗憾的是,目前这还是一个教学的“盲点”。

学生都以为省略一部分刻度是因为画不下的缘故,不少教师也如此解释,其实是一种误解。试想只要每一格表示的数量足够大,怎有画不下的道理?省略一部分刻度主要是为了留出空间,放大差异,一目了然,以便于比较。对折线图来说,也可去掉空白部分。实践表明,通过对比,学生都能理解。

3.关于统计图的选择

上述“读图课”,受到观摩者的一致好评。特别是教师引用的条形统计图,大家赞赏有加。然而,由此又引出一个颇有争议的问题:怎样选择合适的统计图?

我们知道,小学主要学习三种形式的统计图,它们各自的特点,通常概括为:

条形统计图能清楚地表示出每个项目的具体数目;

折线统计图能清楚地反映事物的变化情况;

扇形统计图能清楚地表示出各部分在总体中所占的百分比。

什么情况下选用扇形统计图,很少产生歧义;什么情况下选用条形统计图或折线统计图,经常引起争论。多数教师认同的一条选择标准是,离散的数量用条形图比较合适,连续的数量用折线图比较合适。

这一有着明显“数学味”的标准,在统计中并不具有一般性。因为统计学不同于纯数学,它是真正的应用数学。以上面的男女青年平均身高统计为例,典型的离散数量,用折线图表示从东往西男女青年平均身高的变化规律,也是合适的。这就是说,有序的离散数量的变化规律或发展趋势,也可以采用折线统计图。

反之,无序的、没有潜在变化规律的离散数量,是否就不宜选用折线图了呢?同样不一定。试举一例:一项测试,有5道试题,每题满分都是10分,下面是甲、乙两班各题平均得分的统计图。

折线显示,甲班各题平均得分总体高于乙班,但题4出现了倒挂,乙班平均得分高于甲班3分。对于题4的测试内容来说,乙班值得总结教学经验,甲班则有必要寻找“反差”原因。

显然,折线揭示的这一状况,与试题编号无关。因此,无序的、没有明显变化规律的统计项目,采用折线统计图,也可能有非常直观的比较效果,给分析带来方便。

既然一切皆有可能,还有什么能总结的呢?有。其一,图的特点可以灵活应用;其二,合适的图,能让数据“开口说话”。所以,关键在于,你统计了什么,分析了什么,想让大家看到什么,一切皆因需要。

总之,在关注儿童学习心理的同时,以统计学的视角分析、处理相关内容,则培养、发展学生数据分析观念的核心目标,就能比较自然地得到有效落实。

 

 

[参 考 文 献]

[1] 史宁中等.“数据分析观念”的内涵及教学建议[J].课程.教材.教法,2008(6).

[2] 陆虹.信息技术与小学数学统计初步知识教学的整合研究[J].小学数学教育,2005(9).

[3] 山东省教学研究室.义务教育课程标准实验教科书数学(四年级上册)[M].青岛:青岛出版社,2006.101.

[4] 上海市中小学(幼儿园)课程改革委员会.九年义务教育课本(四年级第二学期)[M]. 上海:上海教育出版社,2006.45.

[5] 曹培英. 关于“统计与概率”教学实践的反思[J].小学数学教师,2009(1).

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