Особенности изучения основ теории вероятностей в школьном курсе математики
Выпуск:
ART 86416
Библиографическое описание статьи для цитирования:
Тарасевич
А.
К.,
Морозова
Е.
В. Особенности изучения основ теории вероятностей в школьном курсе математики // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 11. – С.
1946–1950. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/86416.htm.
Аннотация. Статья посвящена особенностям изучения основ теории вероятностей в школьном курсе математики. Отдельное внимание уделено целям преподавания, особенностям и периодам, а также примерам изучения данной дисциплины с помощью специально созданных программ.
Ключевые слова:
методика изучения теории вероятностей в школе, способы изучения основных понятий, методика обучения математике
Текст статьи
Тарасевич Алёна Константиновна,Студентка Смоленского государственного университета, город Смоленскtarasevichalena@mail.ru;
Морозова Елена Валентиновна,Ученая степень кандидат педагогических наук, должность доцент кафедры информационных и образовательных технологий, Смоленский государственный университет, город Смоленскelena_morozova1972@mail.ru
Особенности изучения основ теории вероятностей в школьном курсе математики
Аннотация. Статья посвящена особенностям изучения основ теории вероятностей в школьном курсе математики. Отдельное внимание вней уделено целям преподавания,особенностям и периодам, а также примерам изучения данной дисциплины с помощью специально созданных программ.
Ключевые слова: методика изучения теории вероятностей в школе, способы изучения основных понятий, методика обучения математике.
Изучение основ теории вероятностей в школьном курсе математикиимеет некоторые особенности. С одной стороны это достаточно емкий и тяжелый процесс, который трудно усваивается порой уже в более сознательном возрасте, не говоря уже о школьном, однако, на данный момент никто не сомневается в необходимостивключения даннойдисциплины в предвузовый курс, так как она помогает развивать у ребенка ряд навыков, которые пригодятся ему не только в дальнейшем обучении, но и в жизни в целом.Нужно научить школьников мыслить, учитывая всякого рода вероятности. То есть нужно научить их получать, анализировать и обрабатывать информацию, совершатьвзвешенные, обдуманныепоступкив различных ситуациях снеожиданными исходами. Школьникив своей жизни каждый день сталкивается с такимиситуациями. Игра и кураж занимают определенное, значимое место вихжизни. Все эти вопросы, связанныес сопоставлением понятий «вероятность» и «достоверность», трудностьвыбора именно лучшего из нескольких вариантов действия, оценка вероятности успеха и фиаско, представление о добре и зле в играх и в настоящихжизненных ситуациях–все это, конечно же, находится в кругу истинных и нужных увлечений подростка.Математическая деятельность школьников обязательно выходить за рамки готовых вероятностных моделей. Выполнение школьниками заданий, которые потом помогают принимать решения в реальных жизненных ситуациях, играет огромную роль и требует правильного и опытного преподавания материалапедагогом. Знание стохастики–один из самых главных факторов перспективнойдеятельности учителя математики. Нужен многосторонний взгляд на стохастику, в том числе как на особеннуюметодологию, включающуювероятностные и статистические выводыв их взаимосвязи.Учитель должен досконально знать и осознаватьпричины появления риска совершения неверных решений в ходе анализасобытий, происходящих в виду случая. Обманчивое понимание, например, может возникать изза малой статистической информации. У учителей появляются необычные подходык обучению. Преподаватель, определяя уровень знания школьниками всякого родастохастических навыков, может столкнуться с некоторыми трудностями,например, при решении задач школьникам часто приходится,так скажем, здраво мыслить, а не действовать строго по алгоритму, правилам, поэтому их ответы на одни и те же вопросымогут быть разными.В данном случае задачей преподавателя будет оценка права на ошибку ученика, поскольку она носит возможный характер. Следует иметь в виду, что наиболее развитые дети быстрее начинают делать вещи, связанные с проведением интересующих нас экспериментов и исследований, берут, такскажем, опеку над своими товарищами.
Поэтому не мало важно разграничение уровня умений и навыков индивидуально и без помощи посторонних делать выводыоб изученном. Приступая к преподаванию ученикам стохастики, педагог обязан осознавать, почему появилось необходимость введения в курс обучения новой программы. Правильное понимание преподавателем в школе целей обучения стохастике, ясное представление их соотношенияс математикой и места стохастики в ряду других тем, знание конечных требований к данной подготовке учеников представляет собой основной базис учителя математики к реализации новой линии.Нельзя не отметить ито, что обучение любому разделуматематики положительносказывается на умственном развитии подростков, потому как наделяет их навыкамиправильногологического мышления, опирающегося исключительно на верные и нужные понятия. Все перечисленное в полномобъеме относится и к обучению теории вероятностей, но преподавание «законаслучая» имеет гораздо больше значение, выходя за область обычного. Изучаякурс теории вероятностей, ученик начинает понимать, как применять приемы логического мышления тогда, когда сталкиваешься с неопределенностью (а таких случаевна практике огромное множество)[1].
Все вышенаписанное можно определить как цели изучения данной дисциплины, а что же именно она преподносит нам в школьном курсе, что изучают учащиесяи какие основные понятия там встречаются?
Если подходить детально и поэтапно, то школьный курс теории вероятностей лучше начинать еще в 5 классе, где будут введены основные дефиниции теории вероятностей на конкретных, «живых», понятных примерах. Началом теории вероятностей являетсякомбинаторика, где задачи будут решены методом перебора,то есть учащиесяисследуютвсе возможные варианты решения. Разумеется,необходимо рассмотреть решение комбинаторных задач с помощью дерева возможных вариантов.
Следующий этап обученияучащиеся эторассмотрение событий: случайных, достоверных, невозможных,равновозможные, равновероятныесобытия, которые иллюстрируются на житейских примерах.Необходимо также рассмотреть правило умножения, которое является новым средством решения комбинаторных задач, которое звучит так: «если первый элемент некоторой пары можно выбрать m способами и для каждого из этих способов второй элемент можно выбрать n способами, то эту пару можно выбрать m*n способами»[2]. Необходимо проиллюстрировать возможности данного правила на конкретных примерах.
Отдельной главой необходимо рассмотреть основныестатистическиехарактеристик[3]:среднее арифметическое (средним арифметическим ряда чисел называется частное от деления суммы этих чисел на их количество), мода (модой называют число ряда, которое встречается в этом ряду наиболее часто),размах (размах —это разность между наибольшим и наименьшим значениями ряда данных),медиана(медиана —это число, которое разделяет ряд данных на две части, одинаковые по количеству членов), которыедолжныиллюстрируются множеством примеров из жизни.Самое важное в обучении это рассматривать примеры, связывающие с практикой, описываются различные жизненные примеры, которые будут полезны и интересны детям.
Проанализировав вышесказанное, мы можем сформулироватьклассическоеопределениетеории вероятностей, которое впервые было дано в трудах французского математика Лапласа, а также рассмотреть элементы комбинаторики: размещения и сочетания. Проиллюстрировать классическое определение можно с помощью таблицы:Таблица 1Решение задач с помощью классического определения
Уже в старших классах изучаются статистические исследования, вводится определение статистики(наука, изучающая, обрабатывающая и анализирующая количественные данные о самых разнообразных массовых явлениях в жизни)[4], рассматриваются новые понятия выборка, репрезентативность, генеральная совокупность, ранжирование, объем выборки. Вводится новый способ графического представления результатов полигоны. Изучаются новыепонятия выборочной дисперсии и среднее квадратичное отклонение.
Изучение последних требует не только понимания основ, данных ранее, но и более детального и внимательного отношения, ибо в математике,как и в жизни –чем дальше, тем сложнее.
Разумеется, что,как и во всех дисциплинах, так и в школьном курсе изучения теории вероятностей существует своя особенная методика изучения теорем, основными из которых являются теорема сложения вероятностей и следствия из них и теорема умножения вероятностей. Изучение теорем необходимо продемонстрировать на конкретных примерах, иллюстрирующих их применение, но это мы предоставим школьным учителям, а сами просто огласим содержание данных теорем, и так, теорема сложения вероятностей звучит так: «вероятность суммы двух несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий», и, соответственно формула к данной теореме Р(А + В) = Р(А) + Р(В)[5]. Теорема умножения вероятностей «Вероятность произведения двух событий равна произведению вероятности одного события на условную вероятность другого при условии, что первое событие произошло», формула к ней выглядит так Р(АВ)=Р(А)*Р(В/А)[6]. Наряду с данными теоремами в курсе математики изучается и теория множеств —раздел математики, в котором изучаются общие свойства множеств —совокупностей элементов произвольной природы, обладающих какимлибо общим свойством.Если учащиеся будут обладать знаниями теории множеств, то они смогутувидеть связь междуоперациями над событиямии операциями над множествами. Благодаря этому ученики смогут сделать вывод, что объекты и отношения в теории вероятностей аналогичны объектам и отношениям в теории множеств.Отличие заключается в названиях используемых терминов.На первых порах, необходимо составить сводную таблицу, отражающая основную информацию.ЭкспериментЧисло nвозможных исходов экспериментаСобытие АЧисло т исходов, благоприятных для этого событияВероятность наступления события А:Р(А)=m/nБросаем монету2Выпал орел11/2Вытягиваемэкзаменационныйбилет24Вытянулинесчастливыйбилет11/24Бросаем кубик6На кубике выпалочетное число очков33/6=1/2Играем в лотерею250Выиграли, купив один билет1010/250=1/25
В процессе изученияопераций над событиями необходимоиспользовать как можно большепримеров, которые отражают не только сутьэтих операций, но и отличия в них. Ученики с лёгкостьнайдути сумму, и произведение событий, используя определение. Сложность заключается в том, чтобысформировать у учащихся понимание и осознание сущности операций над событиями. Для этого можно использовать различные задания по работе с операциями над событиями.Проблема,с которой можно столкнутьсяпри объяснении данной темы заключается в сложности выделения простых событий. Решение очевидно, все дело в опыте, чем больше задач решено, тем больше понимания и минимум ошибочных суждений.Изучение данной темыприведет учащихсяк гораздо детальному пониманию и осмыслению таких понятий, как «элементарныесобытия», «несовместные события», «достоверные события», «невозможные события», «противоположные события», так как все эти понятия могут бытьопределены на основе операции над событиями.Разумеется, любая система имеет свои недостатки и замечания. Один изизъянов общепринятого определения вероятности это его ограниченность использовании, так как он пригоден толькодля классических экспериментов, которые не так часто встречаютсяв современнойпрактике.Самое главное убедится, в том, что учащиеся усвоили, что введенноеопределение вероятности очень конкретизировано в своем использовании, именно поэтому возникает необходимость изучениябольшего количества подходов к интерпретации понятия вероятности. Одним из наиболее важных подходов с практической точки зрения является статистический подход к определению понятия «вероятности». Его реализация рассматривается как следующий этап формирования теоретиковероятностных представлений у учащихся. Освоение статистического определения понятия «вероятности» важно для последующего его применения в разделах математической статистики для оценки статистических характеристик широкого класса явлений различного характера.Практика показала,чтоизучения теории вероятностей очень трудоемкий и тяжелый процесс для учащихся в школе, и настолько же тяжел он и для преподавателей, с точки зрения его передачи ученикам. Поэтому он не упрощает какихлибо ошибок и недочетов, какие,скажем, можно допускать на уроках ИЗО и музыки, прежде всего потому, что он последователен, структурен, и каждая частица его структуры дополняет друг друга.
Ссылки на источники1.Морозова Е.В. Пути развития логического мышления и логической рефлексии учащихся в условиях модернизации школьного образования // Современные проблемы науки и образования. –2014. –№ 5; URL: http://www.scienceeducation.ru/ru/article/view?id=14962 (дата обращения: 10.02.2016).2.Г.В. Дорофеев, И.Ф.Шарыгин, С.Б.Суворова. Учебник: Алгебра. 7 класс: учеб.для общеобразоват.учреждений/–М.: Просвещение 2014 г. –288 с.3.Г. В. Дорофеев, С. Б. Суворова, Е. А. Бунимович и др.Алгебра. 8 класс : учеб, для общеобразоват. учреждений / А45; под ред. Г. В. Дорофеева ; Рос. акад. наук, Рос. акад. образования, издво «Просвещение».—5е изд. —М. : Просвещение, 2010.—288 с.4.См.: Г.В. Дорофеев, И.Ф.Шарыгин, С.Б.Суворова. Учебник: Алгебра. 7 класс: учеб.для общеобразоват.учреждений/–М.: Просвещение 2014 г. –288 с.5.
Н. Л. Стефанов, Н. С. Подходов. Методика и технология обучения математике. Курс лекций : пособие для вузов /. —М. : Дрофа, 2005. —416 с.6.
См.: Н. Л. Стефанов, Н. С. Подходов. Методика и технология обучения математике. Курс лекций : пособие для вузов /. —М. : Дрофа, 2005. —416 с.
Морозова Елена Валентиновна,Ученая степень кандидат педагогических наук, должность доцент кафедры информационных и образовательных технологий, Смоленский государственный университет, город Смоленскelena_morozova1972@mail.ru
Особенности изучения основ теории вероятностей в школьном курсе математики
Аннотация. Статья посвящена особенностям изучения основ теории вероятностей в школьном курсе математики. Отдельное внимание вней уделено целям преподавания,особенностям и периодам, а также примерам изучения данной дисциплины с помощью специально созданных программ.
Ключевые слова: методика изучения теории вероятностей в школе, способы изучения основных понятий, методика обучения математике.
Изучение основ теории вероятностей в школьном курсе математикиимеет некоторые особенности. С одной стороны это достаточно емкий и тяжелый процесс, который трудно усваивается порой уже в более сознательном возрасте, не говоря уже о школьном, однако, на данный момент никто не сомневается в необходимостивключения даннойдисциплины в предвузовый курс, так как она помогает развивать у ребенка ряд навыков, которые пригодятся ему не только в дальнейшем обучении, но и в жизни в целом.Нужно научить школьников мыслить, учитывая всякого рода вероятности. То есть нужно научить их получать, анализировать и обрабатывать информацию, совершатьвзвешенные, обдуманныепоступкив различных ситуациях снеожиданными исходами. Школьникив своей жизни каждый день сталкивается с такимиситуациями. Игра и кураж занимают определенное, значимое место вихжизни. Все эти вопросы, связанныес сопоставлением понятий «вероятность» и «достоверность», трудностьвыбора именно лучшего из нескольких вариантов действия, оценка вероятности успеха и фиаско, представление о добре и зле в играх и в настоящихжизненных ситуациях–все это, конечно же, находится в кругу истинных и нужных увлечений подростка.Математическая деятельность школьников обязательно выходить за рамки готовых вероятностных моделей. Выполнение школьниками заданий, которые потом помогают принимать решения в реальных жизненных ситуациях, играет огромную роль и требует правильного и опытного преподавания материалапедагогом. Знание стохастики–один из самых главных факторов перспективнойдеятельности учителя математики. Нужен многосторонний взгляд на стохастику, в том числе как на особеннуюметодологию, включающуювероятностные и статистические выводыв их взаимосвязи.Учитель должен досконально знать и осознаватьпричины появления риска совершения неверных решений в ходе анализасобытий, происходящих в виду случая. Обманчивое понимание, например, может возникать изза малой статистической информации. У учителей появляются необычные подходык обучению. Преподаватель, определяя уровень знания школьниками всякого родастохастических навыков, может столкнуться с некоторыми трудностями,например, при решении задач школьникам часто приходится,так скажем, здраво мыслить, а не действовать строго по алгоритму, правилам, поэтому их ответы на одни и те же вопросымогут быть разными.В данном случае задачей преподавателя будет оценка права на ошибку ученика, поскольку она носит возможный характер. Следует иметь в виду, что наиболее развитые дети быстрее начинают делать вещи, связанные с проведением интересующих нас экспериментов и исследований, берут, такскажем, опеку над своими товарищами.
Поэтому не мало важно разграничение уровня умений и навыков индивидуально и без помощи посторонних делать выводыоб изученном. Приступая к преподаванию ученикам стохастики, педагог обязан осознавать, почему появилось необходимость введения в курс обучения новой программы. Правильное понимание преподавателем в школе целей обучения стохастике, ясное представление их соотношенияс математикой и места стохастики в ряду других тем, знание конечных требований к данной подготовке учеников представляет собой основной базис учителя математики к реализации новой линии.Нельзя не отметить ито, что обучение любому разделуматематики положительносказывается на умственном развитии подростков, потому как наделяет их навыкамиправильногологического мышления, опирающегося исключительно на верные и нужные понятия. Все перечисленное в полномобъеме относится и к обучению теории вероятностей, но преподавание «законаслучая» имеет гораздо больше значение, выходя за область обычного. Изучаякурс теории вероятностей, ученик начинает понимать, как применять приемы логического мышления тогда, когда сталкиваешься с неопределенностью (а таких случаевна практике огромное множество)[1].
Все вышенаписанное можно определить как цели изучения данной дисциплины, а что же именно она преподносит нам в школьном курсе, что изучают учащиесяи какие основные понятия там встречаются?
Если подходить детально и поэтапно, то школьный курс теории вероятностей лучше начинать еще в 5 классе, где будут введены основные дефиниции теории вероятностей на конкретных, «живых», понятных примерах. Началом теории вероятностей являетсякомбинаторика, где задачи будут решены методом перебора,то есть учащиесяисследуютвсе возможные варианты решения. Разумеется,необходимо рассмотреть решение комбинаторных задач с помощью дерева возможных вариантов.
Следующий этап обученияучащиеся эторассмотрение событий: случайных, достоверных, невозможных,равновозможные, равновероятныесобытия, которые иллюстрируются на житейских примерах.Необходимо также рассмотреть правило умножения, которое является новым средством решения комбинаторных задач, которое звучит так: «если первый элемент некоторой пары можно выбрать m способами и для каждого из этих способов второй элемент можно выбрать n способами, то эту пару можно выбрать m*n способами»[2]. Необходимо проиллюстрировать возможности данного правила на конкретных примерах.
Отдельной главой необходимо рассмотреть основныестатистическиехарактеристик[3]:среднее арифметическое (средним арифметическим ряда чисел называется частное от деления суммы этих чисел на их количество), мода (модой называют число ряда, которое встречается в этом ряду наиболее часто),размах (размах —это разность между наибольшим и наименьшим значениями ряда данных),медиана(медиана —это число, которое разделяет ряд данных на две части, одинаковые по количеству членов), которыедолжныиллюстрируются множеством примеров из жизни.Самое важное в обучении это рассматривать примеры, связывающие с практикой, описываются различные жизненные примеры, которые будут полезны и интересны детям.
Проанализировав вышесказанное, мы можем сформулироватьклассическоеопределениетеории вероятностей, которое впервые было дано в трудах французского математика Лапласа, а также рассмотреть элементы комбинаторики: размещения и сочетания. Проиллюстрировать классическое определение можно с помощью таблицы:Таблица 1Решение задач с помощью классического определения
Уже в старших классах изучаются статистические исследования, вводится определение статистики(наука, изучающая, обрабатывающая и анализирующая количественные данные о самых разнообразных массовых явлениях в жизни)[4], рассматриваются новые понятия выборка, репрезентативность, генеральная совокупность, ранжирование, объем выборки. Вводится новый способ графического представления результатов полигоны. Изучаются новыепонятия выборочной дисперсии и среднее квадратичное отклонение.
Изучение последних требует не только понимания основ, данных ранее, но и более детального и внимательного отношения, ибо в математике,как и в жизни –чем дальше, тем сложнее.
Разумеется, что,как и во всех дисциплинах, так и в школьном курсе изучения теории вероятностей существует своя особенная методика изучения теорем, основными из которых являются теорема сложения вероятностей и следствия из них и теорема умножения вероятностей. Изучение теорем необходимо продемонстрировать на конкретных примерах, иллюстрирующих их применение, но это мы предоставим школьным учителям, а сами просто огласим содержание данных теорем, и так, теорема сложения вероятностей звучит так: «вероятность суммы двух несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий», и, соответственно формула к данной теореме Р(А + В) = Р(А) + Р(В)[5]. Теорема умножения вероятностей «Вероятность произведения двух событий равна произведению вероятности одного события на условную вероятность другого при условии, что первое событие произошло», формула к ней выглядит так Р(АВ)=Р(А)*Р(В/А)[6]. Наряду с данными теоремами в курсе математики изучается и теория множеств —раздел математики, в котором изучаются общие свойства множеств —совокупностей элементов произвольной природы, обладающих какимлибо общим свойством.Если учащиеся будут обладать знаниями теории множеств, то они смогутувидеть связь междуоперациями над событиямии операциями над множествами. Благодаря этому ученики смогут сделать вывод, что объекты и отношения в теории вероятностей аналогичны объектам и отношениям в теории множеств.Отличие заключается в названиях используемых терминов.На первых порах, необходимо составить сводную таблицу, отражающая основную информацию.ЭкспериментЧисло nвозможных исходов экспериментаСобытие АЧисло т исходов, благоприятных для этого событияВероятность наступления события А:Р(А)=m/nБросаем монету2Выпал орел11/2Вытягиваемэкзаменационныйбилет24Вытянулинесчастливыйбилет11/24Бросаем кубик6На кубике выпалочетное число очков33/6=1/2Играем в лотерею250Выиграли, купив один билет1010/250=1/25
В процессе изученияопераций над событиями необходимоиспользовать как можно большепримеров, которые отражают не только сутьэтих операций, но и отличия в них. Ученики с лёгкостьнайдути сумму, и произведение событий, используя определение. Сложность заключается в том, чтобысформировать у учащихся понимание и осознание сущности операций над событиями. Для этого можно использовать различные задания по работе с операциями над событиями.Проблема,с которой можно столкнутьсяпри объяснении данной темы заключается в сложности выделения простых событий. Решение очевидно, все дело в опыте, чем больше задач решено, тем больше понимания и минимум ошибочных суждений.Изучение данной темыприведет учащихсяк гораздо детальному пониманию и осмыслению таких понятий, как «элементарныесобытия», «несовместные события», «достоверные события», «невозможные события», «противоположные события», так как все эти понятия могут бытьопределены на основе операции над событиями.Разумеется, любая система имеет свои недостатки и замечания. Один изизъянов общепринятого определения вероятности это его ограниченность использовании, так как он пригоден толькодля классических экспериментов, которые не так часто встречаютсяв современнойпрактике.Самое главное убедится, в том, что учащиеся усвоили, что введенноеопределение вероятности очень конкретизировано в своем использовании, именно поэтому возникает необходимость изучениябольшего количества подходов к интерпретации понятия вероятности. Одним из наиболее важных подходов с практической точки зрения является статистический подход к определению понятия «вероятности». Его реализация рассматривается как следующий этап формирования теоретиковероятностных представлений у учащихся. Освоение статистического определения понятия «вероятности» важно для последующего его применения в разделах математической статистики для оценки статистических характеристик широкого класса явлений различного характера.Практика показала,чтоизучения теории вероятностей очень трудоемкий и тяжелый процесс для учащихся в школе, и настолько же тяжел он и для преподавателей, с точки зрения его передачи ученикам. Поэтому он не упрощает какихлибо ошибок и недочетов, какие,скажем, можно допускать на уроках ИЗО и музыки, прежде всего потому, что он последователен, структурен, и каждая частица его структуры дополняет друг друга.
Ссылки на источники1.Морозова Е.В. Пути развития логического мышления и логической рефлексии учащихся в условиях модернизации школьного образования // Современные проблемы науки и образования. –2014. –№ 5; URL: http://www.scienceeducation.ru/ru/article/view?id=14962 (дата обращения: 10.02.2016).2.Г.В. Дорофеев, И.Ф.Шарыгин, С.Б.Суворова. Учебник: Алгебра. 7 класс: учеб.для общеобразоват.учреждений/–М.: Просвещение 2014 г. –288 с.3.Г. В. Дорофеев, С. Б. Суворова, Е. А. Бунимович и др.Алгебра. 8 класс : учеб, для общеобразоват. учреждений / А45; под ред. Г. В. Дорофеева ; Рос. акад. наук, Рос. акад. образования, издво «Просвещение».—5е изд. —М. : Просвещение, 2010.—288 с.4.См.: Г.В. Дорофеев, И.Ф.Шарыгин, С.Б.Суворова. Учебник: Алгебра. 7 класс: учеб.для общеобразоват.учреждений/–М.: Просвещение 2014 г. –288 с.5.
Н. Л. Стефанов, Н. С. Подходов. Методика и технология обучения математике. Курс лекций : пособие для вузов /. —М. : Дрофа, 2005. —416 с.6.
См.: Н. Л. Стефанов, Н. С. Подходов. Методика и технология обучения математике. Курс лекций : пособие для вузов /. —М. : Дрофа, 2005. —416 с.