高中数学新课标人教A版必修第一二册教材解读第十章概率章整体解读.docx

高中数学新课标人教A版必修第一二册教材解读第十章概率章整体解读.docx

《高中数学新课标人教A版必修第一二册教材解读第十章概率章整体解读.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中数学新课标人教A版必修第一二册教材解读第十章概率章整体解读.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中数学新课标人教A版必修第一二册教材解读第十章概率章整体解读

第十章概率

概率论是研究随机现象规律的一门学科，为人们从不确定性的角度认识客观世界提供重要的思维模式和解决问题的方法．自十七世纪中叶以来，概率论已由最初的研究博弈问题主要是赌博问题发展成为一门有鲜明特点的综合性学科．尤其是近些年来，概率论与其他学科不断交叉融合，越来越发挥不可替代的作用，不断有从事概率论研究的学者获得菲尔兹奖和沃尔夫奖等国际数学大奖．这充分说明，概率论学科不仅汇入了数学的主流，而且逐步走向数学的前沿而引领数学科学的发展．经过几十年的发展，在中小学数学课程中，概率从无到有，从选修到必修，从附属地位到中学数学课程的主线，概率内容在我国中小学课程中的地位有了明显的提高．

目前我们已进入大数据时代，为了适应社会与科学技术的发展和进步，“概率与统计”内容已经成为大学数学教育的基础课程，在高中阶段“概率与统计”成为数学课程的主线，概率内容变得越来越重要，在培养学生的随机观念和提升学生的核心素养方面具有不可替代的作用．概率课程的主要育人功能是培养学生分析随机现象的能力，提升学生的数学抽象、数学建模、逻辑推理以及数学运算等素养．通过对随机现象主要是古典概型的探索，在构建随机现象的研究路径、抽象概率的研究对象、建立概率的基本概念、发现和提出概率的性质、探索和形成研究具体随机现象的思路和方法、应用概率知识解决实际问题的过程中，发展学生认识不确定性现象的思维模式，使学生学会辩证地思考问题，成为善于认识问题、善于解决问题的人才．

一、本章内容安排

通过本章的学习，结合具体案例的教学，帮助学生理解样本点、样本空间、随机事件等概念，会计算古典概型中简单随机事件的概率，加深对随机现象的认识和理解；理解研究随机现象规律性的一般方法，通过构建概率模型解决实际问题，提高用概率的方法解决问题的能力．也为后续学习条件概率、随机变量的分布、二项分布、正态分布等有关知识打好基础．

1．随机事件与概率

结合具体实例，理解样本点和有限样本空间的含义，理解随机事件与样本点的关系；类比集合的关系与运算，了解随机事件的并、交与互斥的含义，能结合具体问题进行随机事件的并、交运算；理解古典概型，并能解决一些简单的实际问题；理解概率的性质，并能根据概率的运算法则求随机事件的概率．

2．事件的相互独立性

独立性是事件之间的一种特殊关系，直观理解为两个事件发生与否互不影响，本质上是两个事件积的概率等于两个事件概率的乘积．独立性的相关内容从必修内容到选择性必修内容均有涉及，因此，对于独立性的认识，既要从直观上感悟，又要从本质上理解．《课程标准2021年版》要求在必修课程中介绍随机事件的独立性，在选择性必修课程中介绍条件概率，因此，无法借助条件概率来定义两个随机事件的独立性．教材从事件的关系和运算的角度出发研究概率的基本性质，结合问题“两个事件的积的概率与这两个事件的概率有什么关系？

”通过具体例子引入事件的独立性概念，先通过具体例子直观理解，再用数学表达式刻画两个随机事件的独立性，即从特殊到一般，从感性认识上升到理性认识．

3．频率与概率．

如何得到随机事件的概率是概率研究的重点．对某些随机试验，在一定的假设条件下，可以通过构建概率模型，直接计算事件的概率．例如，在古典概型中，由于每个样本点都是等可能发生的，并且样本点的个数是有限的，我们可以借助古典概型公式计算有关事件的概率．但在现实生活中，很多试验的样本点不是等可能发生的，大量随机事件的概率不能直接计算，只能借助于频率来估计概率，因此，必须清楚频率与概率的关系．本节主要内容是频率的稳定性，频率与概率的联系与区别，用频率估计概率，随机模拟等．

基于以上分析，本章知识结构如下：

本章的重点是由实际问题抽象随机事件的概念，理解事件的关系和运算，通过古典概型理解概率的意义，探究概率的性质，理解频率的稳定性，通过实际操作试验或计算机模拟试验，用频率估计概率．

本章有三个难点：

一是抽象研究对象——随机事件；二是在求解古典概型问题时，对所有样本点等可能性的判断；三是对频率与概率的关系的理解．

二、获得概率的研究对象，建构概率的研究路径及框架

《课程标准2021年版》中提出要发展学生的数学学科核心素养，在这样的理念下，教材在编写过程中更加注重落实“四基”，培养“四能”，关注概率的研究对象是什么，研究内容是如何得到的，概念是怎么抽象的，概率的性质是如何发现的，等等．在编写过程中，教材从认识概率的研究对象入手，围绕如何使学生获得概率的研究对象、发现概率的研究内容和方法等问题展开，不仅让学生知道“是什么”“怎么做”，更重要的是让学生知道“为什么”“怎么想”，最大限度发挥概率的育人功能和价值．

1．概率的研究对象

数学历来被认为是确定性的科学，所谓“确定性”的含义就是在给定的条件下可以得到确定的结果，也就是说如果知道足够多的信息，可以对未来进行精准的预测．但是，现实中还存在着大量的现象，即便是从相同的条件下出发，我们仍然无法预知其结果．例如，抛掷一枚硬币是正面朝上还是反面朝上，明天是否会下雨，彩票能否中奖，等等．类似这些问题中都包含了不确定性．这类在一定的条件下事先不能预知结果的现象称为不确定性现象．“不确定性”的含义是在一定条件下，某个结果可能发生也可能不发生，而且即使知道所有可能结果，我们也无法预知在某一次观测中哪一个结果出现．

在现实生活中，我们会面对很多不确定性的问题，有的相对简单，有的比较复杂，甚至有些不确定性的现象，以人类目前的能力，根本无法解决．为此，我们缩小研究的范围，在高中阶段我们仅研究那些在相同条件下能进行重复观测且有规律的现象——随机现象．

随机现象：

在一定条件下不能事先预知结果，且各个结果发生的频率都具有稳定性的现象．

考虑到随机现象的高度复杂性以及学生的认知准备状况，同时也不失一般性，把高中必修课程中概率的研究对象限制在有限结果的随机现象．具体而言，所研究的不确定现象具有以下的特征：

结果有限性；不可预知性；频率稳定性．

教材的呈现方式为：

选择典型的、生活中常见的随机现象，归纳随机试验的特点，引入随机试验的概念；结合简单的随机试验，归纳出样本点、样本空间有限样本空间的概念；对于随机事件的概念，在初中描述的基础上，抽象为样本空间的子集．为用数学的方法描述和研究随机现象奠定了基础．

用适当的字母、数字、数对表示结果，构建样本空间，这是将实际问题数学化的关键步骤，也是提升学生数学抽象素养的重要途径．用符号语言准确而简练地表示求解概率问题的过程，揭示了随机变量的本质，即样本空间到实数集的映射，为选择性必修内容奠定基础．

纵观上述过程，教材呈现了概率研究对象的获得过程，符合知识发生发展的内在逻辑和学生认知心理的特点，能较好地培养学生的数学抽象和直观想象核心素养．

2．构建概率主题研究框架，整体设计研究路径

由于概率的研究对象是随机事件，随机性本身就具有一定的难度．面对“随机事件”这一新的研究对象，有哪些问题需要研究？

按照怎样的路径展开研究？

可以采取哪些研究方法？

教材从学生的已有知识和经验出发，发挥学生在研究确定性现象中获得的知识经验，获得研究概率的内容、过程和方法，体现研究一个数学对象的基本套路．

数学的本质在于度量，无论是确定性问题，还是随机性的问题都是如此．①概率是对事件发生可能性大小的一种度量，引入了样本空间以后，随机事件可以看成是样本空间的子集，对于一个具体的随机试验，通常含有许多随机事件，因此需要对每个随机事件都分配一个实数与其对应，从这种意义上来看，概率可以看成定义在样本空间有限样本点子集上的“集函数”．所以我们可以类比函数的研究，建立概率的研究路径、发现概率的研究内容和方法，尽管函数的研究对象、研究内容和方法与概率有很大的不同，但这样的类比至少在入门阶段可以给学生提供研究方向的指引，有效消除学生对于概率的陌生感．

下面分析一下函数的研究路径．

1与初中给出的函数描述性定义比较，对函数的更为严格和精确的定义是基于集合这一基本概念的．把函数定义为两个非空数集A，B之间的一种特殊的映射f，对∀∈A，按照对应关系f，都有唯一确定的数f∈B和它对应．因此，定义函数概念需要先有集合的有关知识．

2从概念学习的需要看，应该给学生提供典型丰富的具体例证，使学生经历具体事例共性的分析、归纳过程，概括得出函数的定义，并通过概念辨析深入理解概念的内涵．函数概念的学习应该从“事实”出发，用概念形成的方式．

3在定义函数概念、理解函数的各种表示法后，研究函数的值域、单调性、奇偶性、周期性、特殊点的取值等性质，它们从“关系”“规律”等角度反映了函数的某些特征．

4针对某一类现象如均匀变化、匀变速、指数增长、对数增长、周期现象等建立函数模型．其核心内容有两个：

一是建立关于这种变化现象中量与量之间的确切关系——函数模型＝f，从而精确地刻画一个量是如何随着另一个量的变化而变化的，据此就能准确地“预测未来”；二是通过对＝f的“纯数学”研究，发现这类函数的性质，包括定义域、值域、单调性、最大小值、衰减率、增长速度、函数的零点等，这些性质都是这类现象在某一方面变化规律的反映．

归结起来，对于函数的研究，其结构和内容大致如下：

预备知识—集合概念、关系、运算；

函数的事实—函数概念的定义、表示—函数的性质—基本初等函数．

类比上述结构和内容，可以建立概率教材的结构体系如下：

预备知识—样本点、样本空间、随机事件、事件的关系和运算；

概率的事实随机现象—概率的定义及表示—概率的性质、运算法则—古典概型—频率的稳定性等—概率的计算、随机模拟试验．

通过对比不难发现，前三部分是对概率的基本概念、基本性质的研究，相当于对函数的一般概念与性质的研究；古典概型是最简单的概率模型，也是高中概率课程重点研究的概率模型，与函数中的幂函数、指数函数、三角函数等具有同等重要的地位．另外，由于古典概型比较简单，便于解释相关概念，有利于学生体会概率的意义，考虑到学生的已有经验和认知水平，为了使学生在理解概率的概念和性质时有一个完整的具体例证支撑，教材把古典概型提前安排．

三、重视相关概念的数学本质和形成过程

1．样本空间

样本点是随机试验的每个可能的基本结果，样本空间是全体样本点的集合．在确定随机试验的样本空间时，要注意不要把问题背景与问题本身混为一谈．

例如，抛掷一对骰子，要求“点数之和是偶数”的概率，有人认为建立样本空间Ω1＝{，|，＝1，2，3，4，5，6}比较复杂，可以建立样本空间Ω2＝{偶，偶，偶，奇，奇，偶，奇，奇}，将Ω2中的每个元素看成是试验的基本结果，这4个结果也是等可能的，从而求得“点数之和是偶数”的概率为0．5．但是，我们如果在同样的问题背景下，同时求“点数之和为5”的概率，显然利用样本空间Ω2就不行了，还是要用Ω1．这样，对于同样的问题背景，针对不同的问题，需要构建不同的样本空间，使得原本清晰的问题变得复杂了．

因此，针对选择样本点、建立样本空间的基本原则是“样本点和样本空间与问题背景有关，与问题本身无关”．

2.概率的古典定义

概率定义的产生和发展经历了漫长的过程．概率的描述性定义为“概率是随机事件发生的可能性大小的度量”，但这个定义对确定具体随机事件的概率没有任何帮助．早期研究的概率问题绝大多数是古典概型，由于所有结果的等可能性，自然把随机事件A发生的可能结果数与试验的可能结果总数n的比值作为事件A的概率定义．法国数学家拉普拉斯onLaie，1883—1953把这个稳定值定义为事件的概率，称为概率的频率定义．1777年法国科学家蒲丰1707—1788提出了著名的“投针问题”，引进了几何概率．但是无论是古典概率定义、频率定义还是几何概率定义，都有其局限性和不完善之处．于是，1933年，苏联数学家柯尔莫果洛夫在总结前人成果的基础上提出了概率的公理化结构，使概率成为严谨的数学分支．

对于有限样本空间，概率的公理化结构为：

设随机试验E的样本空间为Ω，随机事件是样本空间的子集，所有事件构成的集类F称为事件域，定义在事件域F上的“集合函数”

．DIST　计算．

用fnA表示重复抛掷n次硬币时A＝“正面朝上”出现的频率，频率落在不同误差范围内的概率如表1所示．

有人认为：

用频率估计概率，重复试验次数越多，估计的结果就越精确．但这样的表述并不准确．观察上面的计算结果，我们看到：

做100次试验，频率与概率的偏差不超过0．05的概率为0．7287；做1000次试验，频率与概率的偏差不超过0．05的概率为0．9986．因此，用频率估计概率，比较严格的表述为：

当试验次数较少时，用频率估计概率误差较小的可能性较小；当试验次数足够多时，用频率估计概率误差较小的可能性大．

第五层次，大数定律．

设事件A的概率为，fnA是n次试验中事件A发生的频率，则对任意的ε>0，都有

第一层次、第二层次在初中已有初步认识，第三层次是高中的教学要求，第四层次可根据教学条件选择，第五层次超出了高中课程的要求．

四、重视从整体上把握概率和思想方法的渗透

1．了解概率论的特点，整体把握逻辑关系

对于随机现象，每个结果的发生都具有偶然性，但是在大量重复观测下又呈现出必然规律．在学生的数学学习经历中，以往接触的问题主要是确定性现象，很少有意识地思考随机现象的特点，又由于概率课程自身的特点，例如概率概念比较抽象，对随机性的不同理解会导致不同的结果，利用概率进行一次决策，合理的决策未必一定得到好的结果等．因此，一提到“随机性”学生就感觉难于把握．

在概率教学过程中，自始至终都要结合实例来展开．应提供丰富的、典型的随机现象实例，分析归纳获得研究对象——随机现象的特征．同时鼓励学生提出有价值的概率问题．可以引导学生分类列举随机现象，例如，游戏中的随机现象抛掷硬币、抛掷骰子、抽取扑克牌、电脑游戏等，生活中的随机现象彩票、出生月份、摸球抽签、上学迟到等，实际应用中的随机现象随机抽样、保险问题、投资理财等．

要注意避免人为虚构脱离数学本质的情境，情境也不宜过于复杂，更不能将生活常识、数学定理、成语俗语等当成事件．

在教学中，可结合知识框图，把握本章的整体的结构．特别注意不同的顺序安排，对某些概念的呈现方式是不同的．例如，如果先研究概率的基本性质，然后定义古典概率，由于概率要满足规范性和可加性，只要对每个基本事件定义其概率为

，那么所有事件的概率就完全确定了．本章教材我们采用从认知经验出发，根据古典概型的特征，定义事件的概率为事件包含的样本点数与样本空间中样本点总数的比值，然后研究概率的基本性质．

2．重视核心概念“随机事件”的抽象

“随机事件”是概率论的核心概念之一，如果理解不深刻，将影响整个概率的学习．引入样本点、有限样本空间概念，用样本空间的子集表示随机事件是随机现象数学化的关键一步，必须给予重视．

教学中，应利用典型例子，以“随机现象数学化”为导向，以“不同语言的相互转化”为手段，针对样本点、样本空间、随机事件及其关系等提出问题，并要让学生自己提出问题．这样的训练是基础性的，对于“认识和理解随机现象”有重要意义，不能匆匆而过．加强用数学语言描述随机现象的教学，对于促进学生理解样本点和样本空间的含义，随机事件和样本点的关系，随机事件的发生，随机事件的关系和运算等都是非常有用的．

3．重视数学思想方法的渗透

数学教学固然应该教会学生许多必要的数学基础知识，但是绝不仅仅以教会数学知识为目标，重要的是让学生在学习这些结论的过程中获得数学思想．在教学中应重视数学思想的提炼和渗透，把提升学生的数学学科核心素养落到实处．

对随机试验，用符号字母、数字或数对表示试验结果，抽象出样本点、样本空间，由事件发生的意义抽象出“随机事件”是样本空间的子集；抽象概括出随机试验的本质特征，建立各种概率模型；借助树状图表示试验的所有可能结果，判断样本点的等可能性；从两个事件的发生互相不影响，抽象事件的独立性等，都是数学抽象的体现．

本章中运用了类比、归纳等思想．例如，类比函数的研究，确定概率的研究路径，发现概率的性质；类比集合的关系和运算理解事件的关系与运算；对概率基本性质的研究采用由特殊到一般的归纳的方式；等等．

对古典概型的教学，重点应放在通过解决实际问题，了解构建概率模型的一般方法，理解事件概率的意义，渗透模型化思想，不要把重点放在计数上．

4．加强统计与概率的联系

统计与概率既有联系，又有区别．概率论与统计学虽然研究的都是随机现象，但两者的差别很大．统计学的研究基础是数据，基于归纳的方法用样本数据推断总体；概率论的研究基础和传统数学类似，还是定义和假设，用演绎的方法进行计算和推理．从认知的角度看，统计比概率更具体，统计学以概率论为基础．我们知道，采用随机抽样，用样本推断总体，其结果也具有随机性．评价推断结果的精确程度，推断方法的“好”与“坏”，都需要概率知识．在概率的教学中，要适当地关注二者的联系．例如：

1关注统计中的总体与概率中的样本空间之间的联系．总体没有随机性，只有采用随机抽样，其结果才具有随机性．

2在古典概型教学中，从概率角度比较有放回简单随机抽样、不放回简单随机抽样、按比例分层随机抽样三种抽样方式对总体均值的估计效果．

3在频率与概率的教学中，结合“阅读与思考　孟德尔遗传规律”，让学生认识到：

一方面，可以通过统计发现规律，提出遗传机理的概率模型正态分布模型也采用这种方式构建；另一方面，可以利用统计方法，用频率来验证理论模型的正确与否．

5．重视信息技术的应用

随着科技的发展和技术的进步，传统的课堂教学已经很难满足教学的需求，信息技术与数学课程的深度融合，对教育教学方式产生了巨大影响．信息技术在教育教学中的运用是现代教育发展的必然趋势，也是实施高质量的教育的必然选择．

在本章的学习中，用频率估计概率时，需要做大量的重复试验，但这种方法费事费力．利用计算机等信息技术工具模拟某些随机试验，可以达到快速地进行大量重复试验的目的，从而用频率估计事件的概率，进一步认识频率的稳定性，频率与概率的关系，更好地体会统计思想和概率的意义．例如，“随机选取6个人，调查他们的出生月份”，如果进行实际调查，一是很难保证随机性，二是要将这个试验重复100次，实际上很难完成．因此，我们可以设计一个摸球试验来模拟试验．在袋子中装入编号为1，2，…，12的12个球，这些球除编号外没有什么差别．有放回地随机从袋中摸6次球，得到6个数代表6个人的出生月份，这就完成了一次模拟试验．这样做可以保证随机性，但做大量重复试验效率不高．这时可以借助信息技术工具进行模拟试验，可以节省大量时间、提高效率，而且能帮助学生更好地体会随机性现象背后的概率思想．因此，在概率教学中，要充分发挥信息技术的作用，有条件的学校应尽可能多地使用计算机等信息技术工具辅助教学．