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【摘 要】義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn),特別強(qiáng)調(diào)注重發(fā)展學(xué)生的模型思想,使學(xué)生體驗(yàn)從實(shí)際背景中抽象出數(shù)學(xué)問(wèn)題、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、尋求結(jié)果、解決問(wèn)題的過(guò)程。而這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是數(shù)學(xué)建模的一般過(guò)程,即“將實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化歸結(jié)為數(shù)學(xué)問(wèn)題并求解的過(guò)程”。
關(guān)鍵詞 初中;數(shù)學(xué);建模;思想
數(shù)學(xué)建模教學(xué)的基本環(huán)節(jié)以“問(wèn)題情景——建立模型——解釋、應(yīng)用與拓展”的基本敘述方式,使學(xué)生在樸素的問(wèn)題情景中,通過(guò)觀察、操作、思考、交流和運(yùn)用,掌握重要的數(shù)學(xué)觀念和思想方法,逐步形成良好的數(shù)學(xué)思維習(xí)慣,強(qiáng)化運(yùn)用意識(shí)。這種教學(xué)模式要求教師以建模的視角來(lái)對(duì)待和處理教學(xué)內(nèi)容,把基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)與應(yīng)用結(jié)合起來(lái),使之符合“具體——抽象——具體”的認(rèn)識(shí)規(guī)律。
本文從《一次函數(shù)》教學(xué)為例,談?wù)剬?duì)初中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的一些研究。本人教學(xué)一般圍繞五個(gè)基本環(huán)節(jié)。
一、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景,激發(fā)求知欲
情境:給汽車加油的加油槍流量為25L/min。如果加油前油箱里沒(méi)有油,那么在加油過(guò)程中,用y(L)表示油箱中的油量,x(min)表示加油時(shí)間。
(1)y是x的函數(shù)嗎?說(shuō)說(shuō)你的理由。
(2)y與x之間有怎樣的函數(shù)表達(dá)式?
(3)如果加油前油箱里有6L油,y與x之間有怎樣的函數(shù)表達(dá)式?
從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和已有的知識(shí)背景出發(fā),選擇合適的情境,讓學(xué)生帶著問(wèn)題在迫切要求下學(xué)習(xí),為知識(shí)的形成做好情感上的準(zhǔn)備,并提供給學(xué)生充分進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)踐活動(dòng)和交流的機(jī)會(huì)。
二、抽象概括,建立模型,導(dǎo)入學(xué)習(xí)課題
由上面的情境,我們得到了兩個(gè)函數(shù)關(guān)系,前面我們也得到一些函數(shù)關(guān)系式,如:、y=100t、g=h-105這些函數(shù)關(guān)系式有什么共同特點(diǎn)?
一般地,如果兩個(gè)變量x與y之間的函數(shù)關(guān)系,可以表示為y=kx+b(k、b為常數(shù),且k≠0)的形式。那么稱y是x的一次函數(shù)(linearfunction)。
特別地,當(dāng)b=0時(shí),y叫做x的正比例函數(shù)。所以正比例函數(shù)是特殊的一次函數(shù)。
通過(guò)學(xué)生的實(shí)踐、交流,發(fā)表見解,整理、描述,抽象其本質(zhì),概括為我們需要學(xué)習(xí)的課題—一《一次函數(shù)》,滲透建模意識(shí),學(xué)生應(yīng)是這一過(guò)程的主體,教師適時(shí)啟發(fā)與引導(dǎo)得出一次函數(shù)和正比例函數(shù)模型,也讓學(xué)生感受到正比例函數(shù)是一次函數(shù)的特例。
三、研究模型,形成數(shù)學(xué)知識(shí)
1.在上面我們所討論的一次函數(shù)y=25x+6、y=25x、、y=100t、g=h-105哪些是正比例函數(shù),哪些不是正比例函數(shù);
2.同桌之間互寫三個(gè)一次函數(shù)的表達(dá)式,并指出其中的k、b.
小結(jié):通過(guò)上面的研究,我們發(fā)現(xiàn),判斷一個(gè)函數(shù)是否為一次函數(shù),實(shí)際上,只要去看它的函數(shù)表達(dá)式是否具備y=kx+b(k、b為常數(shù),且k≠0)的形式;判斷一個(gè)函數(shù)是否為正比例函數(shù),實(shí)際上,只要去看它的函數(shù)表達(dá)式是否具備y=kx(b為常數(shù),且k≠0)的形式。對(duì)所建立的模型,靈活運(yùn)用啟發(fā)式、嘗試指導(dǎo)法等教學(xué)方法,以教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體完成課題學(xué)習(xí),形成數(shù)學(xué)知識(shí)、思想和方法,并獲得新的數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。
四、解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題,享受成功喜悅
鞏固練習(xí):1.水池中有水465m3,每小時(shí)排水15m3,排水th后,水池中還有水ym3。試寫出y與t之間的函數(shù)表達(dá)式,并判斷y是否為t的一次函數(shù),是否t的正比例函數(shù)。
2.一個(gè)長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為15cm,寬為10cm.如果將長(zhǎng)方形的長(zhǎng)減少xcm,寬不變,那么長(zhǎng)方形的面積y(cm2)與x(cm)之間有怎樣的函數(shù)表達(dá)式?判斷y是否為x的一次函數(shù),是否為x的正比例函數(shù)。
應(yīng)用我們得到的數(shù)學(xué)模型到實(shí)際中去,并用它去解決很多來(lái)自日常生活及經(jīng)濟(jì)中的問(wèn)題。使學(xué)生能體會(huì)到數(shù)學(xué)在解決問(wèn)題時(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,體驗(yàn)到所學(xué)知識(shí)的用途和益處,成功的喜悅油然而生。
五、歸納總結(jié),深化目標(biāo)
根據(jù)教學(xué)目標(biāo),指導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié),不僅可以幫助學(xué)生梳理知識(shí)、理清脈絡(luò),而且還能夠起到提升認(rèn)識(shí)、內(nèi)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)的作用。老師、同學(xué)、自己三方融為一體進(jìn)行知識(shí)梳理、答疑、解惑,很好的發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性,有利于培養(yǎng)學(xué)生的反思能力、問(wèn)題意識(shí)。同時(shí)體會(huì)和掌握構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法,深化教學(xué)目標(biāo)。
教學(xué)反思:
新課程強(qiáng)調(diào),數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā),讓學(xué)生親身經(jīng)歷將實(shí)際問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行解釋與應(yīng)用的過(guò)程,進(jìn)而使學(xué)生獲得數(shù)學(xué)理解的同時(shí),在思維能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀等多方面得到進(jìn)步和發(fā)展。
數(shù)學(xué)模型是通過(guò)學(xué)生討論、交流,親身體驗(yàn)將實(shí)際問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題的過(guò)程,以及應(yīng)用數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。在教學(xué)中,教師不僅僅滿足于將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題,更注重方法的提煉,注重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維能力,強(qiáng)調(diào)用不同的數(shù)學(xué)模型解決同一實(shí)際問(wèn)題以及用同一數(shù)學(xué)模型解決不同的實(shí)際問(wèn)題。
【關(guān)鍵詞】 高中數(shù)學(xué) 數(shù)學(xué)建模 建模教學(xué) 滲透
數(shù)學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)世界數(shù)量關(guān)系和空間形式的科學(xué),在它產(chǎn)生和發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中。一直是和各種各樣的應(yīng)用問(wèn)題緊密相關(guān)的。數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用的橋梁。研究和學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)模型,能幫助學(xué)生探索數(shù)學(xué)的應(yīng)用,產(chǎn)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力,加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)與學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的智力開發(fā)具有深遠(yuǎn)的意義。
1 數(shù)學(xué)建模在教學(xué)中的重要意義
數(shù)學(xué)建模是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的一種新的方式,它為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的空間,有助于學(xué)生體驗(yàn)數(shù)學(xué)在解決實(shí)際問(wèn)題中的價(jià)值和作用,體驗(yàn)數(shù)學(xué)與日常生活和其他學(xué)科的聯(lián)系,體驗(yàn)綜合運(yùn)用知識(shí)和方法解決實(shí)際數(shù)學(xué)問(wèn)題的過(guò)程,增強(qiáng)應(yīng)用意識(shí),有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí),教師應(yīng)首先需要提高自己的建模意識(shí)。這不僅意味著教師在教學(xué)內(nèi)容要求上的變化,更意味著要努力鉆研如何結(jié)合教材把中學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活,注意研究新教材各個(gè)章節(jié)要引入哪些模型問(wèn)題。通過(guò)經(jīng)常滲透建模意識(shí),潛移默化,學(xué)生可以從示范建模問(wèn)題中積累數(shù)學(xué)建模經(jīng)驗(yàn),激發(fā)數(shù)學(xué)建模的興趣。建模教學(xué)的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)知識(shí)去觀察、分析、提出和解決問(wèn)題的能力,同時(shí)還應(yīng)該通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題(建模過(guò)程)加深理解相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí),因此數(shù)學(xué)課堂中的建模能力必須與相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)。數(shù)學(xué)建模可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生不怕吃苦、敢于戰(zhàn)勝困難的堅(jiān)強(qiáng)意志,培養(yǎng)自律、團(tuán)結(jié)的優(yōu)秀品質(zhì),培養(yǎng)正確的數(shù)學(xué)觀。具體的調(diào)查表明,大部分學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模比較感興趣,并不同程度地促進(jìn)了他們對(duì)于數(shù)學(xué)及其他課程的學(xué)習(xí)。有許多學(xué)生認(rèn)為:“數(shù)學(xué)源于生活,生活依靠數(shù)學(xué),平時(shí)做的題都是理論性較強(qiáng),實(shí)際性較弱的題,都是在理想化狀態(tài)下進(jìn)行討論,而數(shù)學(xué)建模問(wèn)題貼近生活,充滿趣味性”;“數(shù)學(xué)建模使我更深切地感受到數(shù)學(xué)與實(shí)際的聯(lián)系,感受到數(shù)學(xué)問(wèn)題的廣泛,使我們對(duì)于學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要性理解得更為深刻”。數(shù)學(xué)建模能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)進(jìn)行分析、推理、證明和計(jì)算的能力;用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)實(shí)際問(wèn)題及用普通人能理解的語(yǔ)言表達(dá)數(shù)學(xué)結(jié)果的能力;應(yīng)用計(jì)算機(jī)及相應(yīng)數(shù)學(xué)軟件的能力;獨(dú)立查找文獻(xiàn),自學(xué)的能力,組織、協(xié)調(diào)、管理的能力;創(chuàng)造力、想象力、聯(lián)想力和洞察力。由此,在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模知識(shí)是很有必要的。
2 數(shù)學(xué)探究與建模的課程設(shè)計(jì)
根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)精神以及高中數(shù)學(xué)教學(xué)的總體規(guī)劃,本文認(rèn)為高中數(shù)學(xué)探究與建模的課程設(shè)計(jì)必須符合以下幾個(gè)原則:①實(shí)用性原則。作為刻畫自然規(guī)律和社會(huì)規(guī)律的科學(xué)語(yǔ)言和有效工具,數(shù)學(xué)探究與建模課程設(shè)計(jì)必須以實(shí)用性為基本原則。這里實(shí)用性包括兩個(gè)方面的含義:首先,以日常生活中的數(shù)學(xué)問(wèn)題為題材進(jìn)行課程設(shè)計(jì),勿庸質(zhì)疑,這是實(shí)用性原則的最核心體現(xiàn);其次,保持高中數(shù)學(xué)的承續(xù)作用,為學(xué)生未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)提供數(shù)學(xué)探究和建模的初步訓(xùn)練,這要求課程設(shè)計(jì)的題材選取必須與高等教學(xué)體系和職業(yè)需求體系保持一致。如果說(shuō),第一層含義體現(xiàn)了數(shù)學(xué)應(yīng)用的廣泛性和開放性,那么第二層含義則更多體現(xiàn)了數(shù)學(xué)應(yīng)用的針對(duì)性。②適用性原則。適用性原則體現(xiàn)的是數(shù)學(xué)訓(xùn)練的進(jìn)階過(guò)程,它要求高中數(shù)學(xué)探究與建模課程必須適應(yīng)整個(gè)高中數(shù)學(xué)課程體系的總體規(guī)劃和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。首先,題材的選取不能過(guò)于專業(yè),它必須以高中生的知識(shí)水平和知識(shí)搜尋能力為界進(jìn)行設(shè)計(jì)。這一點(diǎn)保證了數(shù)學(xué)探究與建模的可操作性,不至于淪為絢麗的空中樓閣或者“艱深”的天幕。再者,題材的選取也不宜過(guò)于平淡,正如課程的名稱所示,該課程設(shè)計(jì)必須注重學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的探索性。素質(zhì)教育的一個(gè)核心思想是培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí),適用性必須包容這樣的指導(dǎo)精神,即學(xué)習(xí)的過(guò)程性和探索性。③思想性原則。正如實(shí)用性原則所指出的,課程設(shè)計(jì)必須為學(xué)生未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)提供數(shù)學(xué)探究和建模的初步訓(xùn)練。但教育理論同時(shí)也指出“授人以魚不如授人以漁”,對(duì)數(shù)學(xué)探究和建模的研究思想的把握將給予學(xué)生終生的財(cái)富,而非某個(gè)特殊的案例和習(xí)題。這就要求課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須提煉出一些具有廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的一般性模型和理性分析思路,只有在這樣的數(shù)學(xué)訓(xùn)練中學(xué)生才能有效掌握數(shù)學(xué)思想、方法,深入領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)的理性精神,充分認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)的價(jià)值。
3 在教學(xué)中注意聯(lián)系相關(guān)學(xué)科加以運(yùn)用
關(guān)鍵詞: 高中數(shù)學(xué); 數(shù)學(xué)建模; 建模教學(xué)
中圖分類號(hào): G623.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1009-8631(2011)02-0149-01
一、高中數(shù)學(xué)建模的教學(xué)現(xiàn)狀
美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家都普遍重視數(shù)學(xué)建模教學(xué),把數(shù)學(xué)建模活動(dòng)從大學(xué)生向中學(xué)生轉(zhuǎn)移已成為國(guó)際數(shù)學(xué)教育發(fā)展的一種趨勢(shì)。2003年,國(guó)家教育部頒布了《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》,該《標(biāo)準(zhǔn)》把“數(shù)學(xué)探究、數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)文化”作為三大教學(xué)板塊單獨(dú)列出,規(guī)定高中階段至少各應(yīng)安排一次較為完整的數(shù)學(xué)探究、數(shù)學(xué)建模活動(dòng),并提出了具體的教學(xué)要求,從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)建模由隱性課程向顯性課程的跨越。
數(shù)學(xué)建模既是數(shù)學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容和一種重要的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式,同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)意識(shí)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的一種形式。在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中,積極有效地、科學(xué)地開展數(shù)學(xué)建模活動(dòng),對(duì)高中學(xué)生掌握數(shù)學(xué)知識(shí),形成應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí),提高應(yīng)用數(shù)學(xué)能力有很好的作用。然而傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)還缺乏對(duì)數(shù)學(xué)建模的課時(shí)和內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)的安排,也缺乏有效的教材和規(guī)定,這讓許多一線教師在具體教學(xué)的實(shí)施過(guò)程中缺乏有效的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù),從而影響規(guī)范化的教學(xué)過(guò)程。因此如何進(jìn)行建模教學(xué)就成為了高中數(shù)學(xué)教學(xué)研究引以關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。
二、數(shù)學(xué)建模的基本含義和步驟
數(shù)學(xué)建模是從實(shí)際情境中抽象出數(shù)學(xué)問(wèn)題,求解數(shù)學(xué)模型,再回到現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行檢驗(yàn),必要時(shí)修改模型使之更切合實(shí)際的過(guò)程。數(shù)學(xué)建模是運(yùn)用數(shù)學(xué)思想、方法和知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程,強(qiáng)調(diào)與社會(huì)、自然和實(shí)際生活的聯(lián)系,推動(dòng)學(xué)生關(guān)心現(xiàn)實(shí)、了解社會(huì)、解讀自然、體驗(yàn)人生。數(shù)學(xué)建模能培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)用數(shù)學(xué)的分析、推理、證明和計(jì)算的能力;用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)實(shí)際問(wèn)題及用普通人能理解的語(yǔ)言表達(dá)數(shù)學(xué)結(jié)果的能力;應(yīng)用計(jì)算機(jī)及相應(yīng)數(shù)學(xué)軟件的能力;獨(dú)立查找文獻(xiàn)及自學(xué)的能力,組織、協(xié)調(diào)、管理的能力;創(chuàng)造、想象、聯(lián)想和洞察的能力。
1.模型準(zhǔn)備:考慮問(wèn)題的實(shí)際背景,明確建模的目的,掌握必要的數(shù)據(jù)資料,分析問(wèn)題所涉及的量的關(guān)系,弄清其對(duì)象的本質(zhì)特征。
2.模型假設(shè):根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的特征和建模的目的,對(duì)問(wèn)題進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化,并用精確的語(yǔ)言進(jìn)行假設(shè),選擇有關(guān)鍵作用的變量和主要因素。
3.模型建立:根據(jù)模型假設(shè),著手建立數(shù)學(xué)模型,利用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具,建立各個(gè)量間的定量或定性關(guān)系,初步形成數(shù)學(xué)模型,盡量采用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)工具。
4.模型求解:運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和方法求解數(shù)學(xué)模型,得到數(shù)學(xué)結(jié)論。
5.模型分析:對(duì)模型求解的結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)上的分析,有時(shí)需要根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)分析各變量之間的依賴關(guān)系或性態(tài),有時(shí)需要根據(jù)所得結(jié)果給出數(shù)學(xué)式的預(yù)測(cè)和最優(yōu)決策、控制等。
6.模型檢驗(yàn):把求得的數(shù)學(xué)結(jié)論回歸到實(shí)際問(wèn)題中去檢驗(yàn),判斷其真?zhèn)危欠窨煽浚匾獣r(shí)給予修正。一個(gè)符合現(xiàn)實(shí)的、真正適用的數(shù)學(xué)模型其實(shí)是需要不斷檢驗(yàn)和改進(jìn)的,直至相對(duì)完善。
7.模型應(yīng)用:如果檢驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際不符或部分不符,而且求解過(guò)程沒(méi)有錯(cuò)誤,那么問(wèn)題一般出現(xiàn)模型假設(shè)上,此時(shí)應(yīng)該修改或補(bǔ)充假?zèng)]。如果檢驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際相符,并滿足問(wèn)題所要求的精度,則認(rèn)為模型可用,便可進(jìn)行模型應(yīng)用。
三、關(guān)于高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的幾點(diǎn)建議
數(shù)學(xué)建模作為新課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一種數(shù)學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)方式,它的有效實(shí)施和應(yīng)用,有賴于學(xué)校、數(shù)學(xué)教師和其他有識(shí)之士的共同努力。筆者結(jié)合自己在高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)中的實(shí)踐,從建模教學(xué)的形式、內(nèi)容、層次和學(xué)生的合作能力培養(yǎng)四個(gè)方面提出如下建議:
1.數(shù)學(xué)建模的教學(xué)形式要多樣化。目前比較常見的形式主要有三種:一是結(jié)合正常的課堂教學(xué),在部分環(huán)節(jié)上切入數(shù)學(xué)模型的內(nèi)容。例如在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中講解關(guān)于橢圓的內(nèi)容時(shí),教師就可以在這個(gè)部分切入數(shù)學(xué)建模的內(nèi)容,在太陽(yáng)系中有的行星圍繞太陽(yáng)的運(yùn)行軌道就是一個(gè)橢圓,并且太陽(yáng)恰好在其中的一個(gè)焦點(diǎn)的位置上,引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料,并建立行星軌道的橢圓方程。二是開展以數(shù)學(xué)建模為主題的單獨(dú)的教學(xué)環(huán)節(jié),可以引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型,解決問(wèn)題。三是在有條件的情況下開設(shè)數(shù)學(xué)建模的選修課。這三種形式在實(shí)際數(shù)學(xué)教學(xué)中都可結(jié)合實(shí)際有效使用。
2.數(shù)學(xué)建模的教學(xué)要選擇合適的建模問(wèn)題。進(jìn)行建模教學(xué)活動(dòng)的內(nèi)容和方法要符合學(xué)生的年齡特征、智力發(fā)展水平和心理特征,適合學(xué)生的認(rèn)知水平,既要讓學(xué)生理解內(nèi)容、接受方法,又要使學(xué)生通過(guò)參加活動(dòng)后,認(rèn)知水平達(dá)到一定程度的新的飛躍。不切實(shí)際的問(wèn)題,不適合學(xué)生的認(rèn)知水平的建模活動(dòng),不但達(dá)不到目的,而且也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的興趣和愛好受到很大挫傷。
3.數(shù)學(xué)建模的教學(xué)要有層次性。數(shù)學(xué)建模對(duì)教師,對(duì)學(xué)生都有一個(gè)逐步的學(xué)習(xí)和適應(yīng)的過(guò)程,教師在設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)建模活動(dòng)時(shí),特別要考慮學(xué)生的實(shí)際能力和水平,起點(diǎn)要低,形式要有利于更多的學(xué)生參與,因而要分階段循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的建模能力。建模訓(xùn)練一般可分為三個(gè)階段:第一階段簡(jiǎn)單建模,結(jié)合正常教學(xué)的內(nèi)容,提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣和增強(qiáng)應(yīng)用意識(shí)。第二階段典型案例建模,鞏固并適當(dāng)增加數(shù)學(xué)知識(shí),嘗試讓學(xué)生獨(dú)立解決一些應(yīng)用數(shù)學(xué)問(wèn)題。第三階段綜合建模,在這一階段,讓學(xué)生或每個(gè)小組的成員承擔(dān)一項(xiàng)具體任務(wù),他們進(jìn)行自己的建模設(shè)計(jì),最后進(jìn)行討論,教師只做簡(jiǎn)單的指導(dǎo),這樣可以充分檢測(cè)出學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。這三個(gè)階段循序漸進(jìn),不斷提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模的能力,從而提高學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。
4.數(shù)學(xué)建模的教學(xué)要注重學(xué)生合作能力的培養(yǎng)。數(shù)學(xué)建模的內(nèi)容通常信息量大,難度相對(duì)也比較大,解決問(wèn)題的方法也不唯一,而且活動(dòng)中要涉及到對(duì)觀點(diǎn)或方法的評(píng)價(jià),靠單個(gè)人的努力難以很好的解決問(wèn)題。分組學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)是一種很重要的數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)方式。這種方式可以體現(xiàn)資源共享的優(yōu)越性,可以加強(qiáng)學(xué)生之間的溝通、合作,從而加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的合作意識(shí),體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)精神。通過(guò)合作學(xué)習(xí)的方式,學(xué)生共同收集資料,分析問(wèn)題,對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn),可以彌補(bǔ)個(gè)人能力的不足。合作學(xué)習(xí)要求教師要努力創(chuàng)造學(xué)生進(jìn)行合作的情境及自由的心理氣氛,鼓勵(lì)學(xué)生在建模活動(dòng)中勇于發(fā)表自己的意見,引導(dǎo)他們學(xué)會(huì)主動(dòng)驗(yàn)證自己想法的正確性,提倡合作,但同時(shí)也要求他們進(jìn)行獨(dú)立思考,在民主的合作學(xué)習(xí)中提高集體思維的效益,讓每個(gè)學(xué)生都能在建模活動(dòng)中得到進(jìn)步和發(fā)展。
“授人以魚不如授人以漁”,對(duì)數(shù)學(xué)建模能力的把握將給予學(xué)生終生的財(cái)富,而非某個(gè)特殊的案例和習(xí)題。這就要求教師在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須提煉出一些具有廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的一般性模型和理性分析思路。只有在這樣的數(shù)學(xué)訓(xùn)練中,學(xué)生才能有效掌握數(shù)學(xué)思想、方法,深入領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)的精神,充分認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)的價(jià)值。研究和學(xué)習(xí)建立數(shù)學(xué)模型,能幫助學(xué)生探索數(shù)學(xué)的應(yīng)用,產(chǎn)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力,加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)與學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力的開發(fā)、國(guó)家人才的培養(yǎng)意義深遠(yuǎn)。
參考文獻(xiàn):
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之所以提出這樣的要求,和整個(gè)基礎(chǔ)教育課程改革提出“向?qū)W科本身回歸”是緊密關(guān)聯(lián)的。數(shù)學(xué),就其本質(zhì)而言,是在不斷地抽象、推理、模式化的過(guò)程中發(fā)展和豐富起來(lái)的。數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)只有深入到“模型”“建模”的意義上,才是一種真正的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)。當(dāng)然,這種“深入”,就小學(xué)低年級(jí)數(shù)學(xué)教學(xué)而言,具有鮮明的初始性的特點(diǎn),也就是說(shuō)要結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)情境慢慢地滲透,重在體驗(yàn)和感受。回顧許衛(wèi)兵老師執(zhí)教的《認(rèn)識(shí)1~5》,在這方面可圈可點(diǎn)。
一、舉“三”歸“一”,在抽象中感悟
抽象是建模的前提和基礎(chǔ)。上課開始階段,隨著主題圖中的大樹、小鳥、猴子、小松鼠、小朋友依次、有序地呈現(xiàn),老師在屏幕上用五個(gè)“1”來(lái)表示它們各自的數(shù)量。從“具體實(shí)物”到“數(shù)字符號(hào)”這是一個(gè)高度抽象的過(guò)程,不過(guò),因?yàn)閷W(xué)生有較好的幼兒園學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),這一過(guò)程很容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí),學(xué)生也直觀感知到無(wú)論是動(dòng)物、植物,還是人,當(dāng)它們的個(gè)數(shù)一樣多的時(shí)候,都可以用同一個(gè)數(shù)來(lái)表示。隨后,變化小鳥、小猴、小松鼠、小朋友的個(gè)數(shù),依次出現(xiàn)4個(gè)“2”、3個(gè)“3”、2個(gè)“4”、1個(gè)“5”,每一次變化,都同樣經(jīng)歷著從具體實(shí)物到數(shù)字符號(hào)的抽象過(guò)程,很好地詮釋著數(shù)學(xué)是“怎么來(lái)”的。隨后,學(xué)生用擺圓片的方式,再次經(jīng)歷著從1開始,一個(gè)、一個(gè)地增加圓片個(gè)數(shù),進(jìn)而產(chǎn)生1、2、3、4、5的自然數(shù)列的過(guò)程,和剛才不同的是前面出現(xiàn)的1、2、3、4、5是分別通過(guò)大樹、小鳥、猴子、小松鼠、小朋友這五種不同的事物來(lái)呈現(xiàn)的,而此處,1、2、3、4、5都融合在最后的五個(gè)圓片中。這在一定程度上表達(dá)了任何一個(gè)自然數(shù)不僅具有基數(shù)的含義,也具有序數(shù)的含義。
客觀地看,“數(shù)”和很多數(shù)學(xué)知識(shí)一樣,都是從具體事物的類比和歸納中不斷抽象形成的。在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,讓學(xué)生以多種方式經(jīng)歷這樣的抽象過(guò)程,能切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)感,逐步形成正確的數(shù)概念。
二、舉“一”反“三”,在畫圖中建模
認(rèn)識(shí)了1~5這五個(gè)數(shù)后,許衛(wèi)兵老師出示了一道練習(xí)題。要求學(xué)生先將實(shí)物圖和相對(duì)應(yīng)個(gè)數(shù)的數(shù)用線連起來(lái),接著讓孩子再給這些數(shù)畫一幅畫。在學(xué)生一一匯報(bào)后,老師說(shuō):看來(lái)“3”的本領(lǐng)真是大,不僅能表示3根黃瓜,還能表示這么多的3樣?xùn)|西,如果讓你們繼續(xù)畫,能畫得完嗎?
細(xì)細(xì)想來(lái),這個(gè)環(huán)節(jié)值得品味。喜愛畫畫涂鴉是孩子的特點(diǎn),但是,畫畫只是學(xué)生感悟自然數(shù)的模型意義的一個(gè)載體。在畫畫中,學(xué)生感受的自然數(shù)高度概括性與無(wú)限豐富性的統(tǒng)一。而許衛(wèi)兵老師訓(xùn)練的是學(xué)生抽象、概括、舉一反三的學(xué)習(xí)能力,不僅僅讓孩子數(shù)數(shù)、認(rèn)數(shù),而且讓孩子在頭腦中建立了“1~5”的模型意義,滲透了初步的數(shù)學(xué)建模思想,且這種訓(xùn)練并不是簡(jiǎn)單、生硬地進(jìn)行,而是和低年級(jí)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)相貼切――由具體、形象的實(shí)例開始,借助于操作予以內(nèi)化和強(qiáng)化,最后通過(guò)思維發(fā)散和聯(lián)想加以擴(kuò)展和推廣。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)模型;層層遞進(jìn);舉一反三
DOI:10.16550/ki.2095-9214.2016.05.131
數(shù)學(xué)建模從小學(xué)到大學(xué)甚至研究生一直存在,它是指通過(guò)分析現(xiàn)實(shí)情景,提煉其中的重要信息,對(duì)不重要的信息進(jìn)行簡(jiǎn)化假設(shè),使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言,建立數(shù)學(xué)模型,描述現(xiàn)實(shí)情境,量化的進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。“數(shù)學(xué)建模”既是一個(gè)過(guò)程,也是一個(gè)結(jié)果,又是一種數(shù)學(xué)思想方法。只有對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行模型刻畫,理論結(jié)合實(shí)際,運(yùn)用理論知識(shí),才能更加深入地理解客觀世界。數(shù)學(xué)建模就是一種發(fā)揮想象力、利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的方法,是結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)和客觀實(shí)際問(wèn)題的紐帶。數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用之間的橋梁,建立和處理數(shù)學(xué)模型的過(guò)程,即學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,以身邊熟悉的數(shù)學(xué)情景出發(fā),通過(guò)引導(dǎo)思考、分析問(wèn)題、參與討論、解決問(wèn)題、分析總結(jié)等環(huán)節(jié),將數(shù)學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。下面結(jié)合小學(xué)應(yīng)用題教學(xué)中的追擊相遇問(wèn)題,談?wù)剬?duì)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):
一、選擇學(xué)生身邊熟悉的問(wèn)題構(gòu)建數(shù)學(xué)模型
小學(xué)生的知識(shí)范圍有限,對(duì)很多事物和情景難以理解。在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型之前,首先要分析現(xiàn)實(shí)情景,因此,在培養(yǎng)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型時(shí),要選擇學(xué)生熟悉的場(chǎng)景進(jìn)行建模。例如在講述相遇問(wèn)題時(shí),可以選取貼近學(xué)生的生活實(shí)際、學(xué)生親身經(jīng)歷的、含有數(shù)學(xué)問(wèn)題的上學(xué)情境。老師通過(guò)直觀生動(dòng)的演示,描述兩名同學(xué)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程(包括行走的速度和方向),激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生眼、耳、手、口等多種感官并用,吸引學(xué)生積極主動(dòng)地投入到探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中來(lái)。詳略得當(dāng)?shù)拿枋銮榫埃瑫?huì)為幫助學(xué)生充分理解題目背景做好鋪墊。
二、在理解背景及其數(shù)學(xué)原理的基礎(chǔ)上構(gòu)建數(shù)學(xué)模型
充分理解現(xiàn)實(shí)背景和問(wèn)題,是構(gòu)建合理數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。為使學(xué)生充分理解此問(wèn)題背景,老師在讓學(xué)生解決問(wèn)題前,師生可進(jìn)行了多次不同的現(xiàn)場(chǎng)模擬表演,引導(dǎo)學(xué)生自己說(shuō)出并理解“同時(shí)出發(fā)”、“相對(duì)而行”、“最后相遇”等關(guān)鍵詞的含義,掌握相遇問(wèn)題的基本特征。為了加深學(xué)生對(duì)題意的理解,老師可讓學(xué)生分小組互相做幾次自己動(dòng)手演示。同時(shí)借助學(xué)生已有的認(rèn)知基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗(yàn),讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)問(wèn)題的背景,初步建立相遇問(wèn)題的模型,為建立數(shù)學(xué)模型打下良好基礎(chǔ)。基本的數(shù)學(xué)原理也是構(gòu)建正確數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。在構(gòu)建相遇問(wèn)題的模型前,老師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生溫習(xí)速度、時(shí)間與路程三者之間的關(guān)系式以及相對(duì)速度的概念,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)演示背后的數(shù)學(xué)問(wèn)題,使學(xué)生投入到對(duì)該情景數(shù)學(xué)問(wèn)題的思考,這樣既可以保證學(xué)生建模的正確性,又能更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的認(rèn)識(shí),同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、層層遞進(jìn),構(gòu)建數(shù)學(xué)模型
對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō),建模是一項(xiàng)大的工程,需要層層遞進(jìn),一步一步地構(gòu)建完整的數(shù)學(xué)模型。在充分理解現(xiàn)實(shí)情境和掌握基本數(shù)學(xué)原理的基礎(chǔ)上,應(yīng)進(jìn)一步指出問(wèn)題中的信息如何使用數(shù)學(xué)中專業(yè)術(shù)語(yǔ)描述,并通過(guò)畫圖、列表等直觀的方式描述問(wèn)題。如相遇問(wèn)題中,在引導(dǎo)學(xué)生在理解相遇問(wèn)題基本特征的基礎(chǔ)上,添加相應(yīng)的數(shù)學(xué)信息“同時(shí)出發(fā)”、“相對(duì)而行”、“最后相遇”,提煉生成完整的數(shù)學(xué)問(wèn)題。這樣既幫助學(xué)生把“現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題”轉(zhuǎn)化為“數(shù)學(xué)問(wèn)題”,又幫助學(xué)生構(gòu)建了相遇問(wèn)題的語(yǔ)言模型,還幫助學(xué)生構(gòu)建了“直觀圖畫模型”、“數(shù)學(xué)算式模型”和“數(shù)學(xué)本質(zhì)模型”,可謂一箭多雕。在學(xué)生已經(jīng)初步建立相遇模型后,老師可進(jìn)一步組織學(xué)生進(jìn)行自主整理、合作交流、展示、比較和提煉升華等活動(dòng),將抽象難理解的文字信息轉(zhuǎn)化為直觀形象的示意圖、圖表、線段、擺一擺等形式,幫助學(xué)生理清信息之間的關(guān)系,構(gòu)建了信息與信息之間、信息與問(wèn)題之間的內(nèi)在聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生獲得解決問(wèn)題的方法,積累解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn),提高解決問(wèn)題的技巧與能力,為有效解決問(wèn)題做好鋪墊。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的訓(xùn)練,學(xué)生慢慢形成解答相遇應(yīng)用題的模式。在學(xué)生掌握一個(gè)相遇問(wèn)題的模型后,還可以對(duì)解答相遇應(yīng)用題的模式進(jìn)行總結(jié),便于學(xué)生舉一反三,觸類旁通。
四、運(yùn)用數(shù)學(xué)模型,體驗(yàn)數(shù)學(xué)的價(jià)值
建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型,是為了解決更多的類似問(wèn)題。老師在“新知鞏固”環(huán)節(jié)中,可以設(shè)計(jì)幾道類似的有代表性的題目,引導(dǎo)學(xué)生將相遇問(wèn)題的解題策略和解題經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行遷移,解決與之類似的問(wèn)題,豐富相遇問(wèn)題的內(nèi)涵,揭示該類問(wèn)題的本質(zhì)。在介紹相遇問(wèn)題時(shí),老師可以設(shè)計(jì)與例題類似的高速公路上車輛相遇問(wèn)題,和設(shè)計(jì)本質(zhì)上一樣的工程施工問(wèn)題,促進(jìn)學(xué)生對(duì)模型本質(zhì)的理解。構(gòu)建一類問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型,可促使學(xué)生形成該類問(wèn)題的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系,體驗(yàn)數(shù)學(xué)的價(jià)值。
五、只有結(jié)束的課堂,沒(méi)有結(jié)束的探索
對(duì)新知識(shí)的探索是永無(wú)止境的。在主要內(nèi)容講解結(jié)束后,老師可以進(jìn)行問(wèn)題的擴(kuò)展,可以是不同條件,或者不同情景,或者增加看似少條件的題目進(jìn)行延伸。如對(duì)相遇問(wèn)題的延伸,可以介紹相背而行問(wèn)題,相向而行但沒(méi)到相遇點(diǎn)的問(wèn)題等等。借助該類問(wèn)題,有利于幫助學(xué)生打破思維定勢(shì),拓寬解決問(wèn)題的思路,積累解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn),提高解決問(wèn)題的能力。“只有結(jié)束的課堂,沒(méi)有結(jié)束的探索”,給學(xué)生適時(shí)創(chuàng)造課外探索的空間和機(jī)會(huì),有利于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神與實(shí)踐能力。教育必須反映社會(huì)的實(shí)際需要,數(shù)學(xué)建模既順應(yīng)時(shí)展的潮流,也符合教育改革的要求。建立數(shù)學(xué)模型貫穿學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程,對(duì)學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)至關(guān)重要。從小培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思維,能讓學(xué)生掌握準(zhǔn)確快捷的計(jì)算方法和邏輯推理。在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型,提高學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解能力,為今后的學(xué)習(xí)生活奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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