“数学建模”与“数量关系”的辩证关系

来源 :云南教育·小学教师 | 被引量 : 0次 | 上传用户:doudouhuijia
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  【现象】六年级某班单元测验中有这样一道应用题:“某商店一种商品现在的单价是120元,比原来降低了30元,降低了百分之几?”测试后的统计结果显示,全班53%的学生出现“(120-30)÷120”的错解。
  【诊断】分析错误原因,主要是在应用题教学中过分注重类型,给学生灌输大量的公式和题型套路,进行大量的程式化练习,学生却不明白公式的意义和作用,更没有去深究公式的来龙去脉,在解题时只能是死记类型、死套公式,不会灵活运用所学知识来解决新情境下的问题。上述测试题属于“求比一个数少百分之几”的应用题,课本例题(浙教版)是:“一个蔬菜基地第一季度收蔬菜30万千克,第二季度收蔬菜39万千克,第二季度蔬菜产量比第一季度增产百分之几?第一季度的蔬菜比第二季度少百分之几?”这位教师在教这类应用题时,为了使学生能熟练解题,总结出一些解题“秘诀”:(大数-小数)÷小数=多百分之几;(大数-小数)÷大数=少百分之几。于是在做上述测试题时,不少学生出现了生搬硬套“(120-30)÷120”的错误。
  【思考】针对这些弊端,本次课程改革对“应用题教学”动了“大手术”:不再单独设立“应用题”章节,强调要从运算意义进行思考,淡化应用题类型教学,其功能也不再是对解题模式的简单应用,而是真正让数学与现实联系,让学生学习用数学的眼光、数学的思维、数学的方法去认识世界,去解决所碰到的现实问题。倡导“问题情境——建立模型——解释、应用与拓展”的学习模式和“原型——模型——应用”的知识呈现形式。有些教师没有全面领会数学课程标准的精神和新教材的意图,也没有把握“解决问题”教学策略的实质,在进行“解决问题”教学时,普遍存在以下一些困惑:什么是数学建模?数学建模要不要分析数量关系?在数学建模教学中怎样把握“解决问题”领域的结构体系?数学建模学习中有哪些有效的策略和方法?等等。针对这些问题,笔者作了以下一些辩证思考。
  
  一、机械的数量关系分类教学不是数学建模
  什么是数学模型?数学模型是指把某种事物系统的主要特征、主要关系抽象出来,用数学语言概括地或近似地表述出来的一种数学结构。什么是数学建模?所谓数学建模,就是把现实世界中的实际问题加以提炼,抽象为数学模型,求出模型的解,验证模型的合理性,并用该数学模型所提供的解答来解释、应用现实问题的过程。其用框图表示是:
  


  从上述定义中我们可以看出,数学建模的过程是学生自主探索、尝试、发现与建构的过程。如果进行简单的数量关系分类教学,学生就会死扣解题类型而不去思考其中的数学意义,思考空间就会被缩小,虽然发展了学生的解题技能,但没有发展学生的数学理解和思考能力。这样的教学没有对实际问题的数学抽象,更谈不上对数学模型的意义建构,当然也就不可能去解释和应用新情境下的实际问题。如前面所述那位数学教师的“套路教学”中,多数学生在面对新情境下的同类问题时,往往只会“死记硬套”,而不是在真正地解决问题。如果引导学生展开数学建模学习,学生就不会简单地把问题和类型相联系,而是思考情境中的问题与数学意义的联系,并经历一个思考与再创造的过程,在这一过程中获得实质性的模型建构。因此,机械的数量关系分类教学绝不是真正意义上的数学建模活动,只有认识到这一点,应用题教学才有可能真正转变为解决问题的过程。
  
  二、数学建模需要对数量结构关系进行提炼和概括
  施教数学课程标准实验教材,在解决问题教学中要不要进行数量关系的分析?传统教学中好的方法能不能继续运用?有些教师的课堂教学中存在着关注了情境创设,关注了信息的收集,而忽略了数量关系的提炼。常常出现“就题论题”的现象,学生的数学学习只是一个个孤立“个案”的叠加,没有做必要的“梳理”与“整合”,没有通过问题情境,探索并构建出数学模型,难以实现数量结构化迁移。这样的教学不是真正的数学建模学习活动,因为数学模型的核心要素是要用数学语言表述出数学结构。实践表明,只有积累必要的数量结构,才能使学生在获取信息后形成解题思路,学会解决问题,并把零散的知识汇编成系统的网络,便于师生把握“问题解决”教学领域的结构系统。可见,新课程中的应用问题教学改革关注的并不是要不要数量关系的问题,而是改革如何获得数量关系的方式以及怎样使用数量关系的问题。
  例如,学习“有小括号的混合运算”(北师大版教材二年级下册),可以这样设计教学:
  (1)出示主题图。图中告诉我们哪些数学信息?要解决什么问题?
  


  (2)要求需要几只船,可以用什么方法来计算?(让学生提出模型假设:一共的人数÷每只船能乘的人数=需要船的只数)
  (3)哪个信息还没有直接告诉我们?怎样解决?(利用数学模型解决中间问题:男生人数+女生人数=一共的人数)
  (4)让学生独立列式计算并尝试列出综合算式。(模型求解)
  (5)选取部分学生列出的综合算式“29+25÷9”进行讨论交流。(让学生用前面提出的模型假设来验证运算顺序是否正确)
  (6)引出小括号,体验小括号的作用。(让学生根据数学模型作出解释)
  (7)变式练习:欢欢有10支铅笔,用去4支,剩下的送给2个小朋友,平均每个小朋友能分到几支?(拓展模型)
  (8)总结两步计算问题解决的共同模型及关键(先解决中间问题,再解决最后问题,每一步的问题解决都要根据基本数量关系模型来进行),引导学生理出解决两步实际问题的知识链,形成认知网络结构,实现结构化迁移,逐步提高解决数学问题的一般能力。
  (9)巩固应用。
  
  三、数学建模注重“解决问题的策略”与“分析数量关系的基本方法”的有机结合
  数学建模是一个提出问题、分析问题和解决问题的过程,需要具备一定的解决问题的策略,如列表整理、枚举、还原、假设、转化、猜想、实验、分类、类比、对应等等。它不能简单地以数量关系的分析来代替学生丰富生动、个性不一的解决问题策略的展示。但是,我们不能抛弃传统应用题教学中的精华,传统教学中分析数量关系的基本方法,如图形法、分析法、综合法等,对提高学生的数学思维能力和解决问题能力是很有作用的,这些基本方法有别于解一定类型题的个别技能技巧,它是一种具有广泛迁移性的解任何题都需要具备的能力。
  在具体的问题解决过程中,分析数量关系的基本方法和解决问题的策略是相互渗透、相辅相成的,它们共同帮助学生找到解决问题的途径和方法:首先,运用分析与综合的方法,弄清现实情境中的条件和问题之间的数量关系,选择一些解决问题的有效策略并构建恰当的数学模型,用数学概念、数学符号、数学表达式或图形简洁、清晰地表达出来,接着,在建立数学模型的基础上进行逻辑推理或数学演算,求出问题的解,最后,把数学模型中得到的解返回到问题中去,检验是否使问题得到了解决。
  下面以数学建模方法之一的“图形法”为例加以说明。所谓“图形法”,就是对某些数学问题的数量关系,以某种方式与几何图形建立联系,将题目中的条件及数量关系直接反映在几何图形中,然后在构造的图形中寻求问题的解决。例如:“一辆车从建筑工地前往水泥厂运水泥,往返共用了22个小时,去时用的时间是回来的1.2倍,回来时的速度比去时的速度每小时快13千米。从建筑工地到水泥厂的路程是多少千米?”解决过程如下:
  (1)对题中数量关系进行分析与综合。根据往返共用22小时和去时的时间是回来的1.2倍,可以求出回来的时间:22÷(1+1.2)=10(小时);去时的时间:22-10=12(小时)。
  (2)采取对应与转化的策略。因为“路程=速度×时间”、“长方形面积=长×宽”,可以用长方形的长与宽分别表示速度和时间,那么长方形面积的值就对应路程的值,从而将算术问题转化为几何问题。
  (3)用“图形法”构造出数学模型:
  


  (4)求出模型的解。由于往返路程是一样的,所以长方形ABCD(去时)与长方形AEFG(返回)面积相等,即阴影①与阴影②的面积相等。
  ●阴影②的面积是:13×10=130
  ●阴影①的长(去时的速度)是:130÷(12-10)=65(千米)
  ●长方形ABCD的面积(要求的路程)是:65×12=780(千米)
  (5)检验问题是否得到正确解决。
  作者单位 浙江省武义县教育局教研室
  ◇责任编辑:曹文◇
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