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应用随机模拟试验进行概率统计研究性学习一例

发布时间: 2022-03-04 08:40:02 浏览:

zoޛ)j馟i6P5=n6^tMzMip'FpN感受不同试验次数时正面出现的频率。

再接着,我说历史上有很多著名的学者也都做过抛硬币试验。他们做的结果如表1。

显然,这些学者所做的结果也体现了我们所得出的结论。

有了这些试验结果做铺垫,我自然地引出频率稳定性的概念及概率的频率定义:当试验重复次数n很大时,频率会稳定在某一常数附近,我们称这个常数为频率的稳定值,就是我们所求的概率。

频率方法提供了概率的一个可供想象的具体值,并且在试验重复次数较大时,可用于给出频率的一个近似值。这个概念有两个关键部分,一个是试验的重复次数要足够大,另一个是要得出频率的稳定值。

概念里的试验重复次数足够大,这是一个很模糊的字眼,到底多少次是试验次数足够大,15000次算不算足够大呢?如果设抛硬币试验的n=15000,统计正面出现的频率,让学生将这一试验重复4次,记录其结果如表2。

而把概率定义成频率的稳定值,也就是通过频率来估计概率,可即使在相同的条件下重复多次试验,得到的频率值都是不一样的,这是由随机性所决定的,但多次试验时频率具有一定的稳定性。

这个概念看似简单,但背后却隐藏着不少疑点,如果仅仅将概念在课堂上简单一讲便进入到后续内容,学生将会把这些问题遗忘,最终导致课程没学到位。但这些疑点在本次课程中也无法从根本上解决。因此,课程内容讲完后,我便给同学们留了一道家庭作业,就是希望同学们能够通过所学的VB程序设计语言,自己开发验证频率稳定性的抛硬币模拟试验,并在实践中思考概念的疑点。没想到,在第二次上课时,就有两组同学主动告诉我已完成了模拟试验。两组同学的抛硬币试验,虽然基本原理一样,但有一个学生设计的相对比较简单,主要是输入次数,然后显示正面出现的次数及频率。另一位同学的界面就相对丰富一些,既包含了上述这些内容,还包含了柱状图,饼状图等基于统计学的一些表示方法。

一个简单的模拟抛硬币试验在同学们的手中可以变得如此丰富多彩,也让我看到了学生们的求知欲和渴求创新的火花。但是,对于概念的疑点,同学们似乎都没有进行深层次的挖掘。

二、模拟试验引出大数定律,解释其理论依据

在讲到大数定理这一节的时候,我带领同学们重温了概率的频率定义,并请大家思考,这个概念的理论依据是什么?频率与概率到底有什么关系呢?同学们表现的很沉默。

1000,10000,m=50。为了节省时间,我让每组同学只做其中一种情况,最后由学习委员汇总大家的结果,后来,我请同学们观察表中的结果是否有什么规律?很快就有同学说,随着试验次数的增大,在多次试验中,正面出现的频率与概率非常接近。我马上接话:不错,这一现象用数学的语言来描述其实就是著名的伯努利大数定律。

三、中心极限定理给出估计误差

再次上课时,我便问同学们,上节课给大家布置的散点图是否具有规律性?有同学说散点图有点像正态分布的曲线。我接着说,同学们的理解是对的,下面我们就来介绍关于这一现象的棣莫佛—拉普拉斯中心极限定理:

这个关系式给出了用频率估计概率的误差。从这个误差计算公式中可以看出,试验次数n的大小决定着估计的误差大小,随着n的增大,误差会逐渐减小。可用于解决用频率估计概率的计算问题。所以在不同的实际问题中,试验次数n不是固定的,应根据问题对精度的要求来确定n的最小取值。至此,这一概念的疑点才算是彻底解决了。

以往在讲解大数定理和中心极限定理的内容时,我们虽然说这些内容是个概率统计的精华部分,但大多数学生都觉得这些只是些枯燥的定理。在讲解上,由于学时的压缩,只有2~4学时的时间。学生学过后都不知所以然,更不用说去解决课程前面遗留的问题。本文运用现代信息技术强大的计算功能,通过编制简单模拟试验开展研究性学习,把概率论的内容从教师的模拟、疑问,转变为学生自己实践验证,再到后来的讨论,引入新内容,前后联系,课内与课外相结合,既解决了前面内容的疑问,又加深了后续内容理论基础。也为学生学习统计学部分打下了坚实的基础。

参考文献:

[1]王金红.大学数学实施研究性学习的若干途径[J].大学数学,2007,23(4).

[2]盛骤,谢式千.概率论与数理统计及其应用[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3]张丽华,王颖喆.概率论教学的探索与实践[J].数学教育学报,2010,19(3).

[4]张淑梅,张唯一.初中“用频率估计概率”的教学解析[J].数学通报,2010,49(1).

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