TEACHER GUIDE / 教師手冊

先聽學生怎樣想,再決定怎樣教。

這是三個可調整的課堂設計,不是已驗證成效的教材。年級與時間為建議,請按先備知識安排。

基本流程:用一句預測暴露原有想法;一次只改一個條件;留下兩筆可比較的紀錄;最後用證據修正解釋。網頁不替代教師提問,也不自動判斷開放題。

本頁向所有人公開,不是受密碼保護的「教師模式」。提示及參考答案不適合用作保密測驗。

三個層次,不是三類學生。

「核心、深究、挑戰」指任務深度,學生可按準備情況轉換。操作熟練不等於理解;不以完成頁面或點擊次數當作學習成效。投影模式只是隱藏筆記、放大圖像,不啟動任何監控。

階段 教師可留意的證據
預測 學生能否指出「我只改哪一個條件」?
比較 兩筆紀錄能否支持所提出的結論?
解釋 能否從數學關係解釋,而不只是描述畫面?
遷移 離開互動圖像後,能否解釋一個新例子?

01 / 二次函數

先備知識:座標、代入求值、平方;建議 20–25 分鐘。開啟活動 →

目標:以平方項解釋頂點與平移;在固定刻度及相同相對高度下比較伸縮;辨認 a = 0 的退化情況。

提問:「在哪個 x 值,平方項等於零?」比「h 正數向哪邊?」更能引出原因。比較 a = 0.5、1、2 時,可固定 y − k = 2,再比較 |x − h|;不要換刻度後只憑視覺大小下結論。

分層:核心只改 h;需要支援時先填 h − 1、h、h + 1 的表格。深究比較 |a|,再比較正負 a。挑戰由頂點及一點反推參數,不靠亂拖猜中。

參考推理與離堂題

對 a ≠ 0,平方項在 x = h 時為零,因此頂點是 (h,k);只要 (y − k)/a ≥ 0,便有 |x − h| = √((y − k)/a)。比較同號 a 時,在開口一側固定非零的 y − k,|a| 愈大,|x − h| 愈小;在頂點高度 y = k,這個距離一律為零。a = 0 時是常數函數,不應仍顯示唯一頂點;k = 0 時所有實數都是零點,k ≠ 0 時沒有零點。

挑戰:頂點 (2,−3) 給出 h = 2、k = −3;代入 (4,5),5 = 4a − 3,所以 a = 2。離堂題:頂點 (−1,3),對稱軸 x = −1,向下開口。圖像觀察之後仍需代數論證。

02 / 概率與相對頻率

先備知識:比率與概率;建議 20–25 分鐘。開啟活動 →

目標:區分理論概率與實驗相對頻率;區分一般穩定趨勢與每一步必然接近;在固定概率的獨立試驗模型中避免「補回偏差」的推理。

提問:「你能找到某一步比前一步離 p 更遠嗎?」「多條序列一起看,與只挑一條漂亮路徑有甚麼不同?」先 p = 0.5,再 p = 0.7,避免把大數法則誤記成『一定趨近 0.5』。

分層:核心比較小樣本與大樣本;深究加入第二條序列,同時看頻率偏差與次數偏差;挑戰討論連續正面會否改變下一次概率。短時間可只做 10、100、1,000 次。

參考推理與模擬限制

理想化的獨立 Bernoulli(p) 模型中,n ≥ 1 時,相對頻率的方差是 p(1 − p)/n;這描述同一 n 下重複試驗的變異,不表示每條樣本路徑在每一步都單調接近 p。次數與 np 的絕對偏差可以增加,同時相對偏差減少。n = 0 時相對頻率未定義,頁面以「—」顯示。

有限次模擬不是大數法則的證明。網頁用固定 seed 的偽隨機數重現教學示例,不適合作為密碼學或嚴格隨機試驗工具。畫面大量資料會抽樣連線;表中數值仍由全部試驗計算。

離堂題已設定 p = 0.5,但「一定」仍不成立。可重現反例:p = 0.5、seed = 5,首 100 次有 49 次正面,相對頻率為 0.49;首 1,000 次有 528 次正面,相對頻率為 0.528,反而離 0.5 更遠。先記錄 100 次,再重設試驗並增加 1,000 次,便可比較同一序列的兩個長度。這是一個反例,不是每條序列的共同走勢。

在設定的獨立試驗模型中,之前五次正面不會令下一次的反面概率改變;它仍為 1 − p。若 p = 0 或 p = 1,結果沒有隨機波動;p = 0 時「連續五次正面」不是模型中可能發生的事件。

03 / 一個點的影響

先備知識:直線、散點圖及平均數;建議 25–30 分鐘。開啟活動 →

目標:比較加入一點前後的擬合;從 x 位置及垂直偏離區分高槓桿、離群與影響;不把高 R² 當成因果或有效預測的證據。

提問:「為甚麼 x = 4.5 的點往上移,斜率可以幾乎不變?」「一個遠離其他 x、但接近原有趨勢的點,與偏離趨勢的點有何不同?」保留基準虛線,避免只看變化後的圖。

分層:核心只移 y,比較斜率與截距;深究比較兩個預設;挑戰討論是否需要核實或保留觀測值。未教 R² 時,可先用斜率變化及垂直殘差,不要求推導公式。

參考推理與資料說明

原有八點的平均 x 為 4.5,Sxx = 42、Sxy = 45,因此基準斜率為 15/14、截距為 13/14。加入 x = 4.5 的點不改變 Sxx 或 Sxy,故此例中斜率不變;若新增點的 y 不等於原有平均 5.75,y 平均及截距便會改變。斜率不變不代表整條直線不受影響。

殘差 eᵢ = yᵢ − ŷᵢ 是相對目前擬合的垂直偏離,不是點到直線的最短距離;頁面的殘差線段會隨重新擬合改變。探究影響時,另外比較該點相對原有基準線的偏離及加入前後的直線,避免只憑重新擬合後的小殘差下結論。

槓桿值 hᵢ = 1/n + (xᵢ − x̄)²/Sxx 只由 x 位置決定。兩個右側預設 (11,2) 及 (11,13) 的槓桿值同為 95/179,但加入後的斜率分別為 105/358 及 391/358;後者較接近基準斜率。「右側延伸點」接近原有趨勢,並非恰在線上,因此仍有小幅變化。若新增點恰好在基準線上,OLS 的斜率與截距都不變。高槓桿不等於高影響,仍須考慮相對原有趨勢的偏離。

程式以含截距的普通最小平方法計算 b = Sxy/Sxx、c = ȳ − bx̄、R² = 1 − SSE/SST。若 x 無變異,斜率無法唯一估計;若 y 為常數,R² 顯示未定義,不能硬設為 1。

資料全部是設計用的示意點,不是學生真實成績。不能只為提高 R² 刪除觀測值;應先檢查來源、量度與研究目的。

把活動變成教學證據

先在一個班試用一個活動。課前保留匿名預測,課後保留解釋及離堂題,再記下你如何因應學生回答調整教學。不要以網站完成或作品漂亮作為已改善學習的證明。

建議觀察三件事:是否只改一個變量;是否引用可比較的紀錄;能否用數學關係解釋新例子。對同一份作品作 0/1/2 級描述時,應保留評分理由及例子;這是教師設計的初步觀察表,不是經驗證量表。

筆記、私隱與教室設備

預設不儲存筆記;學生自行匯出文字或 JSON。勾選本機儲存後,筆記只寫入目前瀏覽器的活動專用項目。共用電腦應取消勾選或清除筆記;不要填寫姓名、私人資料或真實成績。教師不會自動收到筆記。

設定連結只包含參數、seed、試驗次數及任務層級,不含筆記。首次載入需連線;載入完成後的操作不需要額外網絡請求。沒有 service worker,不能保證重新開頁時離線可用。託管平台仍可能記錄一般連線資料,故不能宣稱「完全無網絡紀錄」。

桌面可用滑桿及數值輸入;手機可直接輸入數值,不必精準拖動點。以 Tab 鍵巡覽,滑桿可用方向鍵。列印會保留當前圖像、文字筆記及紀錄,隱藏按鈕。列印不是作業提交。