新课程改革下数学建模的教学方法与教学策略

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  摘 要:数学建模素养是中学生一项关键的数学核心素养,能够帮助学生培养和提升创新能力。重要性毋庸置疑。由于新课改的推进,中学数学建模教学备受各界的重视。新课改倡导让学生深刻地领悟和理解数学,原来的教学方法已很难适应教育改革,也满足不了学生的个性发展。因此,数学教师需有针对性地将建模思想和理念渗透给学生,引导他们养成使用数学的良好习惯。基于新课改背景,本文将探讨数学建模相关的教学策略、方法。
  关键词:中学数学;教学方法;教学策略
  一、数学建模概述
  (一)数学模型:总结数字、其他符号以及字母的数量规律,对数学公式、算法加以描述。
  (二)数学建模:将待解决的问题进行抽象化和合理假设,分析变量、常量彼此的数学关系,建立相应的数学结构(数学模型),并成功地求解,将结果融入到现实问题中加以检验,以更好地解释问题,实现拓展与推广。
  (三)数学建模教学的3个阶段
  1.简单建模:该过程,是让学生轻松地接触建模,清楚建模方法、详细步骤,督促学生用建模思维来看待生活中碰到的问题,增强建模意识。
  2.典型案例建模:本阶段,教师需要选择部分典型的案例,鼓励学生进行探索,让他们学会转化,使其变为数学问题;根据数学建模的思路和流程,来完成建模,让所有学生均可动手加入建模的整个过程。
  3.综合建模:本阶段重点是对学生自身的综合建模能力进行考察,以评估他们能否将学到的建模知识运用到实践中来。该情况下,教师需要设定有一定难度的问题,鼓励学生自主探究。根据模型去分析问题,培养他们的创新和探究能力。
  二、中学数学建模教学的常见方法:
  (一)理论分析:在中学数学建模中,理论分析法是相对普遍的教学方法。相较于经验分析法,理论分析实质上是理论思维教学的表现,也是高等级的分析思路。本质上看,它是运用数学理论来对变量进行分析,以解决在建模上出现的问题。
  (二)模拟方法:该种方法,是模拟一个类似于实际问题的问题模型,并对此展开实验,旨在解决原来的某些实际问题。
  (三)函数拟合:这是中学数学建模中相对普遍的教学方法,适合对离散数据进行处理,注重计算机工具的价值。有了教师的指导,学生能够自由地描点、绘图,编制拟合直线,同时建立函数关系式以及数学模型。
  三、中学数学建模教学的意义
  (一)提升对数学的学习兴趣,培养科学的学习观
  大家都知道,和语文、英语不同,中学数学课程比较枯燥。它的内容难度较高,容量大,除课堂外,很多学生不情愿花时间再去学习。更有甚者,对数学早就出现一种厌学心理。利用运用建模教学,能够提高学习兴趣,让学生意识到数学建模是趣味性较强的学科,心甘情愿地学习数学。与此同时,学校也需要举办建模活动来鼓励学生们踊跃报名,让他们对数学保持更多的兴趣,掌握这门枯燥的课程。
  (二)有助于塑造良好品德和提高数学能力
  建模过程能够让学生领会成功的喜悦,培养他们勇敢探索与研究的品质。学习数学时,不少学生害怕难题,有些人遇到困难立马就放弃。在数学问题面前,有些学生不想动脑筋也不愿去思考。而数学建模,能够提高他们的数学应用能力。当学生学会了建模知识和数学模型,便可以将书本上的知识运用于自己的生活中。看待问题时,建模能够对知识进行转化,培养学生的数学应用能力。此外,利用建模可以求解商品需求(供应)量、最优策略还有成本及利润,包括最大利润、养老保险以及投资决策等很多比较实际的问题,提高學生对数学知识的应用能力。
  (三)有助于培养学生的创新能力
  新课标(2017版)认为,数学建模时,在教师的引领下,或是学生自己进行选题来研究某个特定的课题,在研究中找到新思路、方法和结果。这反映出数学建模能够帮助学生挖掘和提升创新能力。另外,数学建模并非为了找到绝无仅有的求解方案。相反,它是想要找到最优解问题。为此,建模前,学生有必要开拓思维,勤于思考,敢于提出假设,用自己的努力去找到理想的数学模型。该过程中,学生需要勇于创新,提出个人的看法与建议,培养创新能力。
  四、中学数学建模教学的现状
  (一)中学数学建模教学的现状
  新课改推进后,中学数学课程在教学还有内容上日渐倾向于生活化、实践性。掌握数学要领与相关问题,与生活和工作有着紧密的关联。但是,在注重实践应用的背景下,学生长期以来的定势思维和教学习惯阻碍了数学建模的进度。对中学生而言,其数学抽象化能力相对偏弱,无法将实际问题真正地转变为数学模型,对数学建模也没有什么信心;部分教师自身对数学建模教学还不够清晰、理解不透彻,无法及时地转换角色,业务素质也不高。同样地,他们的教学能力和经验也不多,难以对学生做出科学地评价。显然,中学数学建模仍停留在启蒙、摸索初期。
  (二)中学数学建模教学的现状
  新课改后,中学数学教材开设和推出2个新的栏目,一是“综合与实践”;二是“探究活动”。它的设计和“数学建模”存在某些相似点:以现实问题为背景;分小组进行活动;以学生为中心,老师辅助配合来开展教学活动;理论联系实际、互助探究。为此,2个栏目无疑为建模教学打下了牢固的基础,也提供无限的拓展空间。然而,由于评价机制不完善、改革不彻底,中学数学建模在发展中受到诸多的阻碍。一是中考分数始终作为中学生能力、选拔以及是否录取的考核标准。正因为这样,很多家长、学生还有老师的精力均放在应对考试上,师生建模水平以及成绩并未在中考命题中受到肯定与重视。二是学生在中学未能接受建模专业的学习与锻炼,基础不牢固。到了高中,他们还需要很多时间才能去理解和掌握建模。数学建模需要的周期长,而中学数学任务又比较重,不少教师担心建模教可能会耽误课堂的进度,影响成绩,于是选择放弃。三是数学建模没有足够的参考资料,数学建模原本就比较困难。对老师而言,要精通数学建模并将其融入课堂教学,其难度非常大。由于缺乏理论指导,教师对建模教学没什么自信,这就从客观上阻碍数学建模教学的实施。   五、中学数学建模的教学策略
  (一)树立学生建模的信心
  对中学学生来说,数学建模比较陌生。学生才开始接触,难免没多少信心。在他们看来,建模是难度很大的事情,这在一定程度上限制了数学建模能力。刚开始建模教学时,教师最好要挑选合适的教学内容,确定没什么难度、学生兴趣浓郁的题目,让学生来完成建模,帮助他们树立更多的信心,从中领略建模的乐趣,为数学建模能力的提升打下牢固的基础。
  如方程这节内容,教师可引入下列问题:
  以某童装为例,它的标价是150元。到了儿童节当日,其价格降低到了8折,商家拿到的盈利大概20%。请计算出该款童装的进货价。
  简析:表面上看,这是方程问题,我们需要从中提炼部分关键量,其标价150元,现在售卖的价格只有80%,利润率20%,(售价-进价)/进价=利润率,构建起等量关系。这里,我们让学生自己试着去假设未知数、列方程,并做出解答。我们假定:进货价为x元,则得出求解方程:
  解得x=100(元)
  针对现在很多同学,特别是城里学生,他们的内心更倾向于打折销售。这种问题,同学们也好奇和有兴致,听上去毫无违和感。但是,部分同学对于利润或是利润率还没有清晰的定义。对此,教师需要提前布置好任务,让学生自行查阅资料,找出利润、利润率各自的定义。该种做法,要比教师将定义直接给到学生,让他们硬背公式要更为理想,且学生的能动性也会随之提高。教师需建立一个专业的平台,方便学生罗列具体的方程。得到这种体验外,教师也能够细化这道题目。
  (二)培养学生抓重点的能力
  面对现实诸多问题时,很多中学生尚不能很好地进行处理。在数学建模中,学生接触到的文字信息相对杂乱。怎样处理这些信息,很大程度上决定了学生能否具备很好的建模能力。故而,教师需要引导学生如何去抓重点,让他们从大量的信息中快速找出建模必备的信息,让学生挣脱数学建模本身的神秘感,明确建模的根本,促进问题转化。
  如“锐角三角函数”这节课,学生在碰到问题时会出现以下条件:“某地处于多少度方向”,该种文字描述相对来说有些抽象。所以说,教师在学生解题时,需鼓励他们利用图形进行分析,将问题予以几何化处理,让学生能够对题目有更深刻的理解,抓住问题的核心信息,提高他们的建模能力。再如,对部分数量关系相对繁琐,数量上存在关联的某些建模问题进行解决时,教师需要引导学生以表格的形式去思考与分析问题,让学生运用直观的表格来归纳关量内在的关联。除了提高学生的解题效率外,同时也可以帮助他们养成信息素养。通过培养学生抓重点的意识和能力,可以让建模过程日渐透明、清晰,使学生有正确的思路,改进建模教学整体的质量。
  (三)引导学生从做中学
  數学建模时,部分教师有意无意地忽略了学生的主人翁角色,让他们陷入一种完全被动的境地。新课改倡导教师在课堂上需要鼓励学生进行自主合作与互助探究。所以,教师需挑选恰当的数学模型问题,建立生动灵活的问题情境,让学生能够在做中认真学习,发挥他们的自学能力。由此,学生才能经历知识构建的整个过程,渗透建模理念和思路,培养他们的动手能力,使建模教学带来更大的效益。
  如讲授“一次函数的图像和性质”这堂课时,教师可考虑对学生进行分组,让他们按小组来分析一次函数,从函数自变量取值、函数取值、图象形状、特殊点等各个方面,对图像进行分类研究,帮助学生构建一个数学模型。在今后学习反比例函数,二次函数性质这些内容时,学生也会自然地运用一次函数时建立起来的数学模型。深刻地理解反比例,同时对二次函数图形各自的特征进行分析。如“一元二次方程”,本节课涉及多个和生活有关的概念、封面设计,教师需要给学生分配不同的调查问题,让他们课余时间上网去找资料,激发他们对知识的探索能动性,增强学生的认知与记忆。如此,以教材、教师为主导的传统模式才能被取代,学生个人的动手能力也将有所锻炼,发挥建模教学最大的价值。
  结束语
  中学设置和实施数学建模教学,实质上是利用实际问题去锻炼和提升学生的双向翻译、观察分析与猜想能力,培养他们的逻辑思维。建模教学作为解决问题能力的培养方式,要备受中学数学教师们的认可与关注。新课改形势下,中学教师需有针对性地提高学生的能动性与好奇心,让他们能够更好地运用和掌握数学知识,掌握娴熟的学习方法。透过数学建模,使中学数学达到更高的教学水平。
  参考文献
  [1]石利叶.中学数学建模素材的选择[J].思维与智慧,2016(26):3.
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  [3]延卫军、魏美华.数学建模和数学实验融入数学课程的实践与思考[J].科教导刊,2017(17):52-53.
  作者简介:陈仲仁.1977-09,男,汉,闽,中学一级评高级,大专,中学数学教学,福建省三明市建宁县第三中学。
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