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    9.1.2分层随机抽样(教学设计)-2022-2023学年高一数学同步备课 (人教A版2019 必修第二册)
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    数学必修 第二册9.1 随机抽样教案

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    这是一份数学必修 第二册9.1 随机抽样教案,共9页。教案主要包含了类题通法,巩固练习1,巩固练习2,巩固练习3,设计意图等内容,欢迎下载使用。


    本小节内容选自《普通高中数学必修第二册》人教A版(2019)第九章《统计》的第一节《随机抽样》。以下是本节的课时安排:
    前面学习了简单随机抽样,本节分层抽样是对上一节的继续,主要让学生理解分层随机抽样的概念,了解分层随机抽样的特点、适用范围和必要性;掌握各层样本量比例分配的方法,会用分层抽样得到的样本均值估计总体均值。
    1.理解分层随机抽样的概念,培养数学抽象的核心素养;
    2.掌握用分层随机抽样从总体中抽取样本,培养数据分析的核心素养。
    1.重点:正确理解分层抽样的定义,灵活应用分层抽样抽取样本。
    2.难点:恰当的选择两种抽样方法解决现实生活中的抽样问题
    (一)新知导入
    某市为调查中小学生的近视情况,在全市范围内对小学生、初中生、高中生三个群体抽样,进而了解中小学生的总体情况和三个群体近视情况的差异大小.
    【问题】 1.上述问题中总体有什么特征?
    2.采用抽签法合适吗?若不合适,应该用什么方法抽取样本?
    提示 1.该总体中,小学生、初中生、高中生三个群体在年龄、体质等方面存在着明显的差异.
    2.不合适,若用抽签法,抽取的样本可能集中于某一个群体,不具有代表性.应该用分层随机抽样抽取样本.
    (二)分层抽样
    分层随机抽样总体是由差异明显的各层组成的
    (1)分层随机抽样的定义:一般地,按一个或多个变量把总体划分成若干个子总体,每个个体属于且仅属于一个子总体,在每个子总体中独立地进行简单随机抽样,再把所有子总体中抽取的样本合在一起作为总样本,这样的抽样方法称为分层随机抽样,每一个子总体称为层.
    (2)比例分配:在分层随机抽样中,如果每层样本量都与层的大小成比例,那么称这种样本量的分配方式为比例分配.
    2.样本平均数的计算公式
    在分层随机抽样中,如果层数分为2层,第1层和第2层包含的个体数分别为M和N,抽取的样本量分别为m和n,第1层和第2层样本的平均数分别为eq \(x,\s\up6(-))和eq \(y,\s\up6(-)),则样本的平均数eq \(ω,\s\up6(-))=eq \f(m,m+n)eq \(x,\s\up6(-))+eq \f(n,m+n)eq \(y,\s\up6(-))=eq \f(M,M+N)eq \(x,\s\up6(-))+eq \f(N,M+N)eq \(y,\s\up6(-)) .
    【探究1】分层随机抽样的总体具有什么特性?
    【提示】分层随机抽样的总体按一个或多个变量划分成若干个子总体,并且每一个个体属于且仅属于一个子总体.
    【探究2】简单随机抽样和分层随机抽样有什么区别和联系?
    【提示】区别:简单随机抽样是从总体中逐个抽取样本;分层随机抽样则首先将总体分成几层,在各层中按比例分配抽取样本.
    联系:(1)抽样过程中每个个体被抽到的可能性相等;
    (2)每次抽出个体后不再将它放回,即不放回抽样.
    【探究3】 在分层随机抽样中,N为总样本量,n为样本量,如何确定各层的个体数?
    【提示】 每层抽取的个体的个数为ni=Ni×eq \f(n,N),其中Ni为第i(i=1,2,…,k)层的个体数,eq \f(n,N)为抽样比.
    【探究4】 在分层随机抽样中,总体的个体数、样本量、各层的个体数、各层抽取的样本数这四者之间有何关系?
    【提示】 设总体的个体数为N,样本量为n,第i(i=1,2,…,k)层的个体数为Ni,各层抽取的样本量为ni,则eq \f(ni,Ni)=eq \f(n,N),这四者中,已知其中三个可以求出另外一个.
    【辩一辩】判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
    1.在统计实践中选择哪种抽样方法关键是看总体的个体数的大小.(×)
    2.分层随机抽样中,个体数量较少的层抽取的样本量较少,这是不公平的.(×)
    3.从全班50名同学中抽取5人调查作业完成情况适合用分层随机抽样.(×)
    【做一做】某校高三年级有男生500人,女生400人,为了解该年级学生的健康状况,从男生中任意抽取25人,从女生中任意抽取20人进行调查.这种抽样方法是( )
    A.简单随机抽样 B.抽签法
    C.随机数法 D.分层随机抽样
    解析:从男生500人中抽取25人,从女生400人中抽取20人,抽取的比例相同,因此用的是分层随机抽样.
    答案:D
    (三)典型例题
    1.分层抽样的理解
    例1. (1)某政府机关在编人员共100人,其中副处级以上干部10人,一般干部70人,工人20人,上级部门为了了解该机关对政府机构改革的意见,要从中抽取20人,用下列哪种方法最合适( )
    A.抽签法法 B.随机数法
    C.简单随机抽样法 D.分层随机抽样法
    (2)分层随机抽样又称类型抽样,即将相似的个体归入一类(层),然后每类抽取若干个个体构成样本,所以分层随机抽样为保证每个个体等可能抽样,必须进行( )
    A.每层等可能抽样 B.每层可以不等可能抽样
    C.所有层按同一抽样比等可能抽样 D.所有层抽取的个体数量相同
    解析:(1)总体由差异明显的三部分构成,应选用分层随机抽样法.
    保证每个个体等可能的被抽取是三种基本抽样方式的共同特征,为了保证这一点,分层随机抽样时必须在所有层都按同一抽样比等可能抽取.
    答案:(1)D (2)C
    【类题通法】1.使用分层随机抽样的前提
    分层随机抽样的总体按一个或多个变量划分成若干个子总体,并且每一个个体属于且仅属于一个子总体,而层内个体间差异较小.
    2.使用分层随机抽样应遵循的原则
    (1)将相似的个体归入一类,即为一层,分层要求每层的各个个体互不交叉,即遵循不重复、不遗漏的原则;
    (2)分层随机抽样为保证每个个体等可能入样,需遵循在各层中进行简单随机抽样,每层样本数量与每层个体数量的比等于抽样比.
    【巩固练习1】下列问题中,最适合用分层随机抽样抽取样本的是( )
    A.从10名同学中抽取3人参加座谈会
    B.某社区有500个家庭,其中高收入的家庭125户,中等收入的家庭280户,低收入的家庭95户,为了了解生活购买力的某项指标,要从中抽取一个容量为100户的样本
    C.从1 000名工人中,抽取100人调查上班途中所用时间
    D.从生产流水线上,抽取样本检查产品质量
    解析:A中总体所含个体无差异且个数较少,适合用简单随机抽样;C和D中总体所含个体无差异且个数较多,不适合用分层随机抽样;B中总体所含个体差异明显,适合用分层随机抽样.
    答案:B
    2.分层抽样的应用
    例2.某学校有在职人员160人,其中行政人员有16人,教师有112人,后勤人员有32人.教育部门为了了解在职人员对学校机构改革的意见,要从中抽取一个容量为20的样本,请利用分层随机抽样的方法抽取,写出抽样过程.
    解:抽样过程如下:
    第一步,确定抽样比,样本量与总体的个体数的比为eq \f(20,160)=eq \f(1,8).
    第二步,确定分别从三类人员中抽取的人数,从行政人员中抽取16×eq \f(1,8)=2(人);
    从教师中抽取112×eq \f(1,8)=14(人);从后勤人员中抽取32×eq \f(1,8)=4(人).
    第三步,采用简单随机抽样的方法,抽取行政人员2人,教师14人,后勤人员4人.
    第四步,把抽取的个体组合在一起构成所需样本.
    【类题通法】分层随机抽样的步骤
    【巩固练习2】一个地区共有5个乡镇,人口3万人,其人口比例为3∶2∶5∶2∶3,从3万人中抽取一个300人的样本,分析某种疾病的发病率,已知这种疾病与不同的地理位置及水土有关,问应采取什么样的方法?并写出具体过程.
    解:因为疾病与地理位置和水土均有关系,所以不同乡镇的发病情况差异明显,因而采用分层随机抽样的方法.
    具体过程如下:
    第一步,将3万人分为5层,一个乡镇为一层.
    第二步,按照抽样比求得各乡镇应抽取的人数分别为60,40,100,40,60.
    第三步,采用简单随机抽样的方法,按照各层抽取的人数抽取各乡镇的样本.
    第四步,将300人合到一起,即得到一个样本.
    3.分层抽样中的计算问题
    例3.(1)交通管理部门为了解机动车驾驶员(简称驾驶员)对某新法规的知晓情况,对甲、乙、丙、丁四个社区做分层随机抽样调查,假设四个社区驾驶员的总人数为N,其中甲社区有驾驶员96人.若在甲、乙、丙、丁四个社区抽取驾驶员的人数分别为12,21,25,43,则这四个社区驾驶员的总人数N为( )
    A.101 B.808 C.1 212 D.2 012
    (2)将一个总体分为A,B,C三层,其个体数之比为5∶3∶2.若用分层随机抽样方法抽取容量为100的样本,则应从C中抽取 个个体.
    (3)分层随机抽样中,总体共分为2层,第1层的样本量为20,样本平均数为3,第2层的样本量为30,样本平均数为8,则该样本的平均数为 .
    解析:(1)因为甲社区有驾驶员96人,并且在甲社区抽取的驾驶员的人数为12人,
    所以四个社区抽取驾驶员的比例为eq \f(12,96)=eq \f(1,8),
    所以驾驶员的总人数为(12+21+25+43)÷eq \f(1,8)=808(人).
    (2)∵A,B,C三层个体数之比为5∶3∶2,又有总体中每个个体被抽到的概率相等,∴分层随机抽样应从C中抽取100×eq \f(2,10)=20(个)个体.
    (3)eq \x\t(ω)=eq \f(20,20+30)×3+eq \f(30,20+30)×8=6.
    答案:(1)B (2)20 (3)6
    【类题通法】(1)进行分层随机抽样的相关计算时,常用到的两个关系
    ①eq \f(样本量n,总体的个数N)=eq \f(该层抽取的个体数,该层的个体数);
    ②总体中某两层的个体数之比等于样本中这两层抽取的个体数之比.
    (2)样本的平均数和各层的样本平均数的关系为:
    eq \(ω,\s\up6(-))=eq \f(m,m+n)eq \(x,\s\up6(-))+eq \f(n,m+n)eq \(y,\s\up6(-))=eq \f(M,M+N)eq \(x,\s\up6(-))+eq \f(N,M+N)eq \(y,\s\up6(-)).
    【巩固练习3】甲校有3 600名学生,乙校有5 400名学生,丙校有1 800名学生,为统计三校学生某方面的情况,计划采用分层随机抽样法抽取一个容量为90的样本,应在这三校分别抽取学生( )
    A.30人,30人,30人 B.30人,45人,15人
    C.20人,30人,40人 D.30人,50人,10人
    解析:先求抽样比eq \f(n,N)=eq \f(90,3 600+5 400+1 800)=eq \f(1,120),再各层按抽样比分别抽取,甲校抽取3 600×eq \f(1,120)=30(人),乙校抽取5 400×eq \f(1,120)=45(人),丙校抽取1 800×eq \f(1,120)=15(人),故选B.
    答案:B
    (四)操作演练 素养提升
    1.某学校为了解三年级、六年级、九年级这三个年级之间的学生的课业负担情况,拟从这三个年级中按人数比例抽取部分学生进行调查,则最合理的抽样方法是( )
    A.抽签法 B.简单随机抽样
    C.分层随机抽样 D.随机数法
    2.某林场有树苗30 000棵,其中松树苗4 000棵.为调查树苗的生长情况,采用分层随机抽样的方法抽取一个容量为150的样本,则样本中松树苗的数量为( )
    A.30 B.25 C.20 D.15
    3.某高中高一年级、高二年级、高三年级的学生人数分别是1500、2000、2500人,现用分层抽样方法在全校抽取一个容量为120人的样本,则高二年级应该抽_______人.
    4.某学院的A,B,C三个专业共有1 200名学生,为了调查这些学生勤工俭学的情况,拟采用分层随机抽样的方法抽取一个容量为120的样本.已知该学院的A专业有380名学生,B专业有420名学生,则在该学院的C专业应抽取________名学生.
    答案:1.C 2.C 3.40 4.40

    【设计意图】通过练习巩固本节所学知识,通过学生解决问题的能力,感悟其中蕴含的数学思想,增强学生的应用意识。
    (五)课堂小结,反思感悟
    1.知识总结:
    2.学生反思:
    (1)通过这节课,你学到了什么知识?


    (2)在解决问题时,用到了哪些数学思想?


    【设计意图】
    通过总结,让学生进一步巩固本节所学内容,提高概括能力,提高学生的数学运算能力和逻辑推理能力。
    完成教材:第182页 练习 第1,2,3,4题
    第189页 习题9.1 第5,7题










    9.1随机抽样
    课时内容
    9.1.1简单随机抽样
    9.1.2分层抽样
    9.1.3获取数据的途径
    所在位置
    教材第173页
    教材第181页
    教材第186页
    新教材内容分析
    本节内容是统计的初步内容——简单随机抽样,是其他抽样方法的基础,也是估计总体结果的前提,同时也是初中频率知识的延伸。
    本节内容是在简单随机抽样的基础上学习另外一种抽样方法——分层随机抽样,是比简单随机抽样更加具有代表性的一种抽样方法,也是将简单随机抽样进行的拓展延伸。
    统计学是通过收集数据和分析数据来认识未知现象,因此如何收集数据,是统计学研究的重要内容。在实践中,获取数据的途径多种多样,像统计报表和年鉴、社会调查、普查和抽样、互联网、试验设计等等都是常见的。
    核心素养培养
    通过对简单随机抽样的概念和应用的学习,培养学生数学数据分析素养.
    通过对分层随机抽样的学习,培养学生数学抽象素养;通过对分层随机抽样的应用,培养学生数据分析素养.
    通过对获取数据的途径的学习,培养学生数据分析的素养;在获取数据的过程中,培养学生数学建模的核心素养.
    教学主线
    抽样方法的选择
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