國立高雄大學統計學研究所
最新消息 本所簡介 師資介紹 開設課程 教師成果 學生表現 學術演講 入學管道 學生園地 心在南方 表格下載 活動集錦 網路資源 關於我們
本站首頁 本校首頁 英文版
:::心在南方  
主題:庶民中央極限定理─1 前言
發表者:黃文璋 Email:huangwj@nuk.edu.tw 日期:2011/7/30 下午 12:58:09

德國馬克是以前西德的法定貨幣,東西德統一後,繼續使用至2002年歐元流通為止。有段時間10馬克紙幣上,放的是高斯(Carl F. Gauss1777-1855)之肖像。大數學家高斯,在許多領城,如統計、代數,及分析等,皆有極開創性的突破。甚至還有人認為,不少高斯的研究成果,至今仍能深深影響人類生活,其貢獻較其他舉世知名的科學家,都廣泛許多,可參考黃文璋(2008)一文。但被挑出來放在紙幣上與他長相左右,不是別的,而是常態分佈的機率密度函數及其圖形。由此一方面可看出常態分佈的重要,一方面可理解德國這個國家,其國民的數學素養怎會不好?他們鈔票上有數學家,還有一個大有來頭的函數。這函數絕非簡單,其中有兩個數學中極重要的常數π及e,連同幾個數學中常用的符號√及希臘字母μ與σ。

近年來可能是鑑於各行各業常在做民調,民調已融入生活,負責制訂高中數學課程綱要的委員,因此覺得有必要讓一般人民了解其中常出現的信賴區間。於是在民國95年版的高中數學課程綱要裡,開始引進信賴區間。民國99年版的課程綱要中,仍保有此題材。雖僅討論二項分佈B(np)裡參數p之估計,但為了近似,也引進中央極限定理,及隨之而來的常態分佈。德國在鈔票上有常態分佈,我們在高中裡介紹中央極限定理,算是與他們互別苗頭。只是鈔票能用就好,其上的圖案,有何深遠的含義,懂不懂都沒關係。但既然將這些題材擺進高中數學,顯然是想提高國民的統計素養,且還不得不擠掉一些原本有的題材,因此總要能傳遞正確的概念。否則不但無法達到統計深耕的目的,並將有礙日後學習進階的統計。

大家可能也聽過有些人是怎麼看統計的:

有三種謊言:謊言,可惡的謊言,統計。

時至今日,統計早已成為做決策不可缺少的工具。但若未正確運用,將比不採任何統計方法還要糟。統計工作者,當然得避免提出的分析報告,被與謊言歸於同一類,棄之如敝屣。只是統計裡的一些基本想法,所謂統計思維,與數學是大異其趣的,可參考黃文璋(2009)一文。統計裡強調隨機性,與一向著重必然性的數學,本質上並不易相容。因此要在中學裡教統計,比較好的作法,是讓統計成為單獨的一科,而非像目前放進數學課程中。要知信賴區間與中央極限定理,這些連在大學機率統計課程裡,都不算簡單的題材,即使循序漸進地跨入,學生都難免一知半解,如今卻堂而皇之地進入高中數學。在低估此題材之深度下,缺乏足夠鋪陳,便快速進入一雖非邈然不可攀,但也有些難度的境界。不論在教學或學習,引起很多困擾,乃可預期。

有如憲法是國家的根本大法,教科書乃依課程綱要而編寫。為何我們說制訂時,低估信賴區間等題材之深度,甚至因此還訂出這套缺乏一言而為天下法的課程綱要呢?在課程綱要“常態分布、信賴區間與信心水準的解讀”那項下寫著:

高中程度的統計推論只做隨機變數期望值的估計,它的背後理論是中央極限定理。要介紹中央極限定理,就需要引入常態分布。此部分僅做通識性的介紹,以活動方式建立學生對於中央極限定理的直觀。

對一固定的信心水準,給出信賴區間公式,再讓學生以亂數表模擬或實驗投擲正面出現機率為p的銅板n次,代入信賴區間公式,以說明信心水準的意涵;並以此解讀,何以大多數的學生所得的信賴區間都會涵蓋p

首先,“隨機變數期望值的估計,它的背後理論是中央極限定理”,此講法不知從何而生。要知參數估計,通常分點估計及區間估計。中央極限定理,對於點估計(不管是否估計期望值),根本用不到;而對區間估計,不少情況下也不需要,遑論成為背後理論?以此做為引進中央極限定理的理由,高斯若地下有知,恐會感到莫名其妙。其次“此部分僅做通識性的介紹”,雖說得輕鬆,只是中央極限定理的概念,豈有那麼容易?而且究竟“通識性”是指什麽?難道高中課程裡,有非通識性的嗎?由於課程綱要中特別強調通識性,有些教科書可能因企圖落實通識性,將氣勢磅礴的中央極限定理寫得花拳繡腿。這還算小事,有時還因此忽略嚴謹性,甚至將此定理詮釋錯誤。

主要由於隨機性的本質,再加上不同分佈間的差異,對參數估計,往往有不一而足的方法,各有優點(可參考黃文璋(2007)一文),因此能並存。沒有放之四海而皆準的估計,乃統計的特色之一。參數的區間估計不會唯一,便也很顯然。因此出現諸如“給出”信賴區間公式,這種定於一尊的說法,實在不像是在討論統計。這不禁令人想起曾定於一尊的建構式數學,幾年前所惹出的風波,大家應仍記憶猶新。

至於對銅板正面出現的機率p,課程綱要中提議以實驗來顯示“大多數”學生得到的信賴區間皆會涵蓋p。此講法完全缺乏隨機的概念,其不恰當,雖早在黃文璋(2006)一文中便已指出,只是顯然未被99年版的課程綱要委員所理會。

另外,在幾套高中數學課本裡,都曾出現類似“高中階段我們只針對離散型的隨機變數進行討論”的句子,頗令人納悶。不是有重頭戲常態分佈嗎?這難道不是連續型?原來課程綱要裡有一句“高中課程只處理離散型的隨機變數”。猜想是因編寫的教科書都要送審,編撰者遂以為擷取課程綱要中的句子最萬無一失,也不管究竟正不正確。

絕學無憂,重重問題固然令人憂心忡忡。只是這些題材都已經放進高中數學了,一時也無可奈何。務實地看,到底有沒有什麼方式,可以略微提高學習成效?雖云道可道非常道,本文仍嘗試對現行高中數學裡,環繞中央極限定理的幾個概念,做些闡釋。

參考文獻

1. 黃文璋(2007). 統計裡的信賴。數學傳播季刊,31(4): 48-61

2. 黃文璋(2007). 統計裡的估計。數學傳播季刊,31(1): 3-20

3. 黃文璋(2008). 誰與達爾文爭鋒。心在南方(http://www. stat.nuk.edu.tw/South.asp)200847

4. 黃文璋(2009) . 統計思維。數學傳播季刊,33(4): 30-46

   暫無回應
 回本區首頁 
  回應總數0  
 
 
  下一頁  
  
 
我要回應
姓 名: 回應前,請先註冊登入
E-mail:
內 容:
驗證碼:  (SCW2
 
 
:::
 
*

地  址:811高雄市楠梓區高雄大學路700號
電  話:07-5919362 傳真:07-5919360 e-mail: stat@nuk.edu.tw
更新日期:2026/8/6 下午 03:18:51

2003/10/20起第 12893336 位訪客
*