浅析教材对培养学生数学建模能力的作用

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  【摘 要】 数学建模能给学生呈现一种新的数学学习方式,能为学生提供主动学习和自主探索的空间与机会,有效培养学生的探究意识与合作精神等。教师应充分地利用教材,挖掘数学建模的教学素材,引导学生体验数学建模的过程。
  【关键词】 数学教材 数学建模
  《普通高中数学课程标准(实验)》(以下简称《课程标准》)指出,数学建模是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程。由《课程标准》对数学建模的界定可知,数学建模是由“数学”到“现实”,即用数学的语言来表达世界的方法。但是,目前高中生的数学建模能力较弱,用数学解决实际问题的能力还有待提高,这已制约学生创新能力的发展。那么面对这种情况,教师应如何立足教材进行数学建模教学,培养学生的数学建模能力呢?下面以北师大版高中数学教材(以下简称“教材”)为例,展开来谈。
  一、数学建模重要性与难度并存
  在日常教学中,结合高中学生的学情,对我校697名高一、二学生的调查,调查的问题是:在数学抽象、数学建模、逻辑推理、直观想象、数学运算、数据分析6项能力中,根据自己的学习情况,判断一下,难易程度如何?并选出你认为最难的一项。统计数据结果显示:数学建模(243)、数学抽象(186)、数学运算(140)、逻辑推理(101)、直观想象(19)和数据分析(8)。据此可知,对学生来说,数学建模难度是最大的,教师需要给予足够重视。
  在我国“分析解决问题的能力”自1978年出现在中学数学教学大纲中,分析解决实际问题的过程就是数学建模的过程,分析解决问题的能力实质即为数学建模能力,这种变化是我国首次将数学建模写进中学数学教学标准。2003年颁布的《课程标准》,设置了数学建模的学习活动,要求高中阶段至少为学生安排一次建模活动,做到课内与课外结合。这是教育部门要求让数学建模在中学以课时的形式进入课堂。随着我国课程改革的逐步深入和推进,相信在新一轮的课程改革中,数学建模在中学课堂中只会加强,不会削弱。这一系列变化,凸显了数学建模的重要价值和意义。
  二、关注教材源与流的关系
  教材中突出表现了数学建模的“源于流”,即如何产生,有何应用;特别关注重要知识、概念的应用背景的建立,帮助学生逐步加深对这一概念的理解。如必修1:生活中的变量关系是通过一组实际函数例子来引入。教材的意图是让学生接触、感受身边的数学,感受走进数学建模的情境。必修2:通过飞机和轿车的三视图,射影几何、分型几何、微分几何的美图欣赏,旨在让教师和学生通过情景挖掘数学问题。必修3诸多例题都源于真实数据,如上海市居民支出构成表,大陆女性初次结婚年龄,这些数据从统计的角度列举出我们现实生活的数学建模。必修4:借助钱塘江潮水的例子,让学生感受自己身边的“周期”现象。这样安排,不仅体现出我们身边数学建模素材的多,更注重在教学中引导学生嗅到建模的影子,感悟数学问题的源泉,让学生明白数学建模从哪里“来”,到哪里“去”,从而更好地把握源与流的关系。
  三、抓住和积累一批建模的素材
  教材呈现了诸多数学建模的素材,教师不仅要多加积累,还行善于作用,要在现有素材的基础上进行延展与升华。教材从分段函数、函数最值、统计应用、三角函数、数列等方面,选取适合学生认知结构、知识结构的素材,尤其注重从身边较为熟悉的环境中去选取素材。如必修1:所得税的计算、同种商品不同型号的价格问题;必修2:打包问题(长方体最小表面积) 、追击问题、圆的方程的建立和应用;必修3:流行歌曲的流行趋势(统计应用)、确定线段N等分点的算法、MC方法求π;必修4:摩天轮的问题、升旗时间的问题(周期函数的建立和应用);必修5:教育储存(等差、等比数列的应用);测量问题(三角函数的应用)。教师可以对这些素材做进一步改进、优化,发展、拓展出新的建模素材,开展有新意的数学建模教学活动,逐步提升学生的数学建模能力。
  四、重視数学建模过程的引导
  数学建模过程,即为数学建模所经过的程序。一般来说,数学建模过程的流程图如图2所示。
  根据这个流程图,我们能够清晰地看出完成一个数学建模的大致流程。在“提出问题”环节,教师要通过多种形式的讨论及多个案例的剖析,让学生明白“提出问题的量与质”——提出问题既包括提出相关的数学问题或通过数学能解决的问题,也包括我们通过哪些问题因子来完成相关问题的解决。必修1在“教育储蓄”学习过程中,首先提出的问题是:教育储蓄能干什么?需要哪些数据?怎么获得数据?数据怎么分析?能解决哪些问题?怎么解决?等等。每一个环节都需要根据实际的需要不断提出新的问题。只有这样,才能让问题贯穿于建模的全过程,让学生在建模中领会数学的真谛。
  数学建模能力的培养不是孤立的教学行为,而是和其他教学能力的培养密不可分。例如,数学建模中会涉及数学抽象、逻辑推理、数学运算、数据分析等与之相关的数学能力,这就要求教师在平时的教学中注重这些能力的渗透和培养,为学生打好教学建模的根基,为数学建模学习的每一个环节提供支撑。
  参考文献
  [1] 张思明.理解数学:中学数学建模课程的实践案例与探索[M].福建教育出版社,2012(2)
  [2] 董玉成,徐斌艳.我国高中数学教材中数学建模的处理——人教版、湘教版、苏教版和北师大版教材为例[J].课程·教材·教法,2014,34(12):51-56.
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