将数学建模融入高中教学的实践研究

来源 :中学生数理化·教与学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rmprinthecb
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  高中数学课程标准(实验)指出,把数学建模、数学探究和数学文化并列作为高中数学教学的三大板块,并对数学建模教学提出了具体的要求.然而,在高中数学教学中,建模并没有引起人们足够的重视,还有许多教师苦于不知道如何实施.
  一、在高中开展数学建模教学的重要意义
  1. 开展数学建模教学的对提升学生能力的作用
  数学建模体现了数学学以致用的特点,对学生能力的培养具有重要作用.首先,开展建模教学可提高学生的思维能力.模型的建立通过思维的分析,促进学生从感性认识上升到理性认识,能够提高学生的抽象思维能力.其次,提高学生的自学能力.现实问题是多种多样的,在数学建模教学中,教师提供给学生的只能是解决问题的大致思想和方法,许多东西还得靠学生自己去消化和领悟,这有助于学生自学能力的形成.再次,培养学生分析问题和解决问题的能力.学生通过实践,能够运用所学解决实际问题.最后,提高学生的创新能力.数学模型的建立需要学生运用数学方法,不断加工和分析所掌握的材料,大胆猜想,提出假设,这是一个探究的过程,在这个过程中,学生的创造力得到提升.
  2.开展数学建模教学对教育改革的意义
  中国学生理论知识丰富,动手能力却不足,这已经成为不争的事实.不知何时起,我们的数学课教学逐渐远离了现实生活,其终极目标只剩下解题,而这些被求解的题目都被理想化了,理论性强却与实际脱节.许多学生甚至教师也越来越困惑,不知道学数学是为了什么.理论联系实际,成为教育改革的最大呼声.数学建模关注生活,与生活密切联系,能够解决实际问题,并极大地调动学生的学习兴趣和积极性.在欧、美、日等发达国家,数学建模活动已经走进基础教育,国际数学界也呼吁采用数学建模活动来推动数学教育改革,我国也开始意识到数学建模对于数学的重大意义,在高中教学大纲中明确提出要“能初步运用数学模型,解决实际问题”.这不仅是高中数学教育改革的需要,也是数学本身发展的需要,更是社会的需要.
  二、数学建模的概念及实施过程
  数学模型是在人们对课题本质进行细致深入地观察和研究之后,巧妙灵活地运用数学符号、数学式子、数学图形、表格和程序等,抽象简洁地刻画出事物的本质,揭示其内在规律,它既能解释某一现象,又能预测其发展方向,并能为某一现象的发展提供策略.建立数学模型的过程就是数学建模.数学建模是一种数学思考方法,是沟通数学知识和数学应用的桥梁,是运用数学知识解决现实问题的强有力的手段.数学建模的实施过程有以下几个部分.
  1.模型准备
  即了解问题的实际背景,明确建模的目的和意义,掌握必要的信息,用数学语言来描述研究对象.
  2.模型假设
  根据问题的特征及建模的目的,合理简化问题,使用精准的语言,对其进行恰当假设.
  3.模型建立
  以模型假设为依据,适当采用尽可能简单的数学工具,建立各变量之间的数学关系,形成相应的数学结构,建立初步的数学模型.
  4.模型求解
  根据获取的数据资料,利用一定的数学知识和数学方法,解出数学模型,得出结论.
  5.模型分析
  从数学上分析模型求解的结果,有时需要根据情况对结果做出某种预测,或选出最佳决策等.
  6.模型检验
  把得到的结论同实际的情况进行对比,放到实际中去检验,以辨别它的真伪性,模型正确,则计算他的结果,解释其含义;模型错误,则回到模型假设,重新建立模型.
  7.模型应用
  其方式因模型的目的而异.
  三、如何将数学建模融入高中教学
  数学建模虽然有基本的实施过程,但却不是机械地套用固定的程序,而是有赖于建模活动的层层深入和各方面综合能力的提高.数学建模能力的形成不是一朝一夕的,需要长时间的渗透和积累.这就需要教师在高中阶段,将数学建模融入日常教学.
  1.根据课本内容,在课堂教学的部分环节中“切入”数学建模的内容
  所谓“切入”就是将数学建模过程分解成一些较小的部分,渗透到正常教学的部分环节.比如在讲到椭圆的知识时,我们就可以巧妙地穿插一些数学建模内容——以太阳为焦点,行星环绕着太阳运行,它所形成的轨道就相当于一个椭圆——这样就可以让学生通过资料的查找,列出有关行星轨道的椭圆方程.建模“切入”的内容,必须要和正常的教学内容挂钩,通过建模,加深学生对课本知识的理解和掌握.高中课堂教学内容,可以建立以下几种模型.
  (1)方程或不等式模型.如现实中的最优化问题可划归为函数最大、最小值问题,生产规划、人口控制等可以归结为不等式的模型;
  (2)三角函数模型.与三角函数有关的如电流、声波、航线、视角等问题,都可以通过建立三角函数模型来解决.
  (3)数列模型.数列是一种特殊的函数,广泛应用于生活中的各个领域,如经济中的涨幅问题、利息问题、银行存贷款问题,生物学中的细胞分裂问题,环境保护中的森林覆盖率问题等.
  (4)几何模型.涉及几何图形的问题,如地球经纬度、人造卫星轨道问题、体积和容量问题、桥梁问题、建筑和航行问题等.
  (5)概率模型.概率问题涉及的有中奖问题、掷币问题、获胜问题、风险决策、评估预测等,内容也十分广泛.在课堂教学的部分环节中“切入”数学建模的内容,能够打破课堂的枯燥,调动和激发学生探索的兴趣和热情,以便更好地完成教学目标.
  2.精心设计贴近学生的数学建模课程,引导学生建模思想
  要想让学生更易于接受建模思维,掌握建模方法,就需要结合学生的特点,根据学生所掌握的知识结构、兴趣爱好及其思维发展的特点,精心组织数学建模课程.例如,磁带是我们生活中经常用到的,我们从它身可以上挖掘出许多值得探究的问题,这既不需要太多的专业知识,同时也符合学生的兴趣.
  3. 激发学生的建模热情,提高学生的建模能力
  首先,要关注社会热点,在日常教学中融入现实问题.
  将数学生活化,促使学生运用所学知识解决实际问题,这是数学建模教学的重要目标.在数学建模的日常教学时,可选择与一些社会热点相结合,以体现数学的应用的广泛性.例如,蔬菜等作物的农药残留问题,曾引起人们的广泛关注.以此为例,探讨高中建模教学的实施.问题:将小白菜上的残留农药用一盆水清洗干净, 是用一盆水清洗一次好,还是把水分成两份,分两次清洗好?让学生根据“模型准备——模型假设——模型建立——模型求解——模型分析——模型检验——模型应用”完成建模过程,强化学生的数学建模能力.
  其次,开展课外活动,加强学生的实践能力.
  课堂的教学实践十分有限,要想充分发展每一位同学的数学建模能力,还需要在课外安排一些活动.例如,可以让同学以论文的形式,将数学建模成果上交,题目可由教师给出或自拟.这样的活动可以一学期安排一两次,也可以利用放寒暑假的时间,让同学们通过实地调查研究,借助团队合作精神,完成建模论文.要对优秀的作品予以奖励,以提高学生的学习热情和探究热情.
  总之,将数学建模融入高中教学,通过持之以恒的训练,一定能够使我们高中数学教育产生质的飞跃,为社会培养出更多的人才.
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