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【關(guān)鍵詞】初中數(shù)學(xué) 建模思想 初中數(shù)學(xué)
中圖分類號:G4 文獻標(biāo)識碼:A DOI:10.3969/j.issn.1672-0407.2014.01.146
一、引言
初中九年級義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)指出:“在教學(xué)中,應(yīng)注重讓學(xué)生在實際背景中理解基本的數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律,注重使學(xué)生經(jīng)歷從實際問題中建立數(shù)學(xué)模型,估計,求解驗證解的正確性和合理性的過程”[1],從而體會數(shù)學(xué)與現(xiàn)實生活的緊密聯(lián)系,增強應(yīng)用知識的意識,培養(yǎng)運用代數(shù)知識與方法解決問題的能力。數(shù)學(xué)新課程改革的一個重要目標(biāo)就是要加強綜合性,應(yīng)用性內(nèi)容,重視聯(lián)系學(xué)生生活實際和社會實踐。而數(shù)學(xué)建模作為重要的數(shù)學(xué)思想初中學(xué)生應(yīng)該了解,而數(shù)學(xué)模型作為解決應(yīng)用問題的最有效手段之一,中學(xué)生更應(yīng)該掌握。在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中及時滲透數(shù)學(xué)建模思想,不僅可以讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)建模思想,而且可以利用數(shù)學(xué)模型提高學(xué)生解決實際問題的能力。本文就創(chuàng)設(shè)情景教學(xué)體驗數(shù)學(xué)建模,以教材為載體,向?qū)W生滲透建模思想.通過實際應(yīng)用體會建模思想在數(shù)學(xué)中的應(yīng)用,談?wù)勛约旱母邢搿?/p>
初中學(xué)生的數(shù)學(xué)知識有限,在初中階段數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想,應(yīng)以教材為載體,以改革教學(xué)方法為突破口,通過對教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)加工,處理和再創(chuàng)造達到在學(xué)中用,在用中學(xué),進一步培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)意識以及分析和解決實際問題的能力。下面結(jié)合兩年來的教學(xué)體會粗略的談?wù)剶?shù)學(xué)建模在初中教學(xué)中的應(yīng)用:
二、創(chuàng)設(shè)情景教學(xué)
數(shù)學(xué)教育學(xué)家弗賴登塔爾說“數(shù)學(xué)來源于現(xiàn)實,存在于現(xiàn)實,并且應(yīng)用于現(xiàn)實,而且每個學(xué)生有各自不同的數(shù)學(xué)現(xiàn)實”[2]。數(shù)學(xué)只有在生活中存在才能生存于大腦。教育心理學(xué)研究表明,學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生已有的潛意識知識及生活經(jīng)驗相關(guān)性越大,學(xué)生對此的學(xué)習(xí)興趣越濃,我們應(yīng)重視數(shù)學(xué)與生產(chǎn)、生活的聯(lián)系,激發(fā)學(xué)生的建模興趣,而生活、生產(chǎn)與數(shù)學(xué)又密切相關(guān),在數(shù)學(xué)的教學(xué)活動中,我們?nèi)裟芡诰虺鼍哂械湫鸵饬x,能激發(fā)學(xué)生興趣問題,創(chuàng)設(shè)問題情景,充分展現(xiàn)數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值,就能激發(fā)學(xué)生的求知欲。
三、課內(nèi)外相結(jié)合
初中九年級義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)指出:強調(diào)數(shù)學(xué)與生活經(jīng)驗的聯(lián)系(實踐性);強調(diào)學(xué)生主體化的活動;突出學(xué)生的主體性,強調(diào)了綜合應(yīng)用(綜合應(yīng)用的含義―不是圍繞知識點來進行的,而是綜合運用知識來解決問題的)[3]。
如:某班要去三個景點游覽,時間為8:00―16:00,請你設(shè)計一份游覽計劃,包括時間、費用、路線等。這是一個綜合性的實踐活動,要完成這一活動,學(xué)生需要做如下幾方面的工作:①了解有關(guān)信息,包括景點之間的路線圖及乘車所需時間,車型與租車費用、同學(xué)喜愛的食品和游覽時需要的物品等;②借助數(shù)、圖形、統(tǒng)計圖表等表述有關(guān)信息;③計算乘車所需的總時間、每個景點的游覽時間、所需的總費用、每個同學(xué)需要交納的費用等。
通過經(jīng)歷觀察、操作、實驗、調(diào)查、推理等實踐活動,能運用所學(xué)的知識和方法解決簡單問題,感受數(shù)學(xué)在日常生活中的作用等,滲透數(shù)學(xué)建模思想。
傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式,常是教師提供素材,學(xué)生被動地參與學(xué)習(xí)與討論,學(xué)生真正碰到實際問題,往往仍感到無從下手,因此要培養(yǎng)學(xué)生建模能力,需要突破傳統(tǒng)教學(xué)模式。教學(xué)形式實行開放,讓學(xué)生走出課堂,可采用興趣小組活動,通過社會實踐或社會調(diào)查形式來實行。
例如:一次水災(zāi)中,大約有20萬人的生活受到影響,災(zāi)情將持續(xù)一個月。請推斷:大約需要組織多少頂帳篷?多少噸糧食?
說明:假如平均一個家庭有4口人,那么20萬人需要5萬頂帳篷;假如一個人平均一天需要0.5千克的糧食,那么一天需要10萬千克的糧食……
例如 用一張正方形的紙制作一個無蓋的長方體,怎樣制作使得體積較大?
說明 這是一個綜合性的問題,學(xué)生可能會從以下幾個方面進行思考:(1)無蓋長方體展開后是什么樣?(2)用一張正方形的紙怎樣才能制作一個無蓋長方體?基本的操作步驟是什么?(3)制成的無蓋長方體的體積應(yīng)當(dāng)怎樣去表達?(4)什么情況下無蓋長方體的體積會較大?(5)如果是用一張正方形的紙制作一個有蓋的長方體,怎樣去制作?制作過程中的主要困難可能是什么?
通過這個主題的學(xué)習(xí),學(xué)生進一步豐富自己的空間觀念,體會函數(shù)思想以及符號表示在實際問題中的應(yīng)用,進而體驗從實際問題抽象出數(shù)學(xué)問題、建立數(shù)學(xué)模型、綜合應(yīng)用已有的知識解決問題的過程,并從中加深對相關(guān)知識的理解、發(fā)展自己的思維能力。
四、總結(jié)
在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中進行滲透數(shù)學(xué)建模思想,不僅可以讓學(xué)生體會到感受數(shù)學(xué)知識與我們?nèi)粘I铋g的相互聯(lián)系,還可以讓學(xué)生感受到利用數(shù)學(xué)建模思想和結(jié)合數(shù)學(xué)方法解決實際問題的好處,進而對數(shù)學(xué)產(chǎn)生更大的興趣。數(shù)學(xué)建模的思想與培養(yǎng)學(xué)生的能力關(guān)系密切,通過建模教學(xué),可以加深學(xué)生對數(shù)學(xué)知識和方法的理解及掌握,調(diào)整學(xué)生的知識結(jié)構(gòu),深化知識層次。學(xué)生通過觀察、收集、比較、分析、綜合、歸納、轉(zhuǎn)化、構(gòu)建、解答等一系列認(rèn)識活動來完成建模過程,認(rèn)識和掌握數(shù)學(xué)與相關(guān)學(xué)科及現(xiàn)實生活的聯(lián)系,感受到數(shù)學(xué)的廣泛應(yīng)用。同時,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識和自主、合作、探索、創(chuàng)新的精神,使學(xué)生能成為學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主體。因此在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中,教師應(yīng)適當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模的思想、方法,形成學(xué)生良好的思維習(xí)慣和用數(shù)學(xué)的能力。
參考文獻
[1]高仰貴.中學(xué)課堂教學(xué)中存在的問題、成因及對策[J].教育理論與實踐.2013(20).
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)模型; 轉(zhuǎn)化; 建模教學(xué)
中圖分類號:G633.6 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-3315(2016)01-025-002
一、數(shù)學(xué)建模教學(xué)的意義
數(shù)學(xué)新課程《標(biāo)準(zhǔn)》指出:“要讓學(xué)生親身經(jīng)歷將實際問題抽象成數(shù)學(xué)模型并進行簡單的解釋與應(yīng)用的過程?!睌?shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)知識與數(shù)學(xué)應(yīng)用的橋梁,隨著數(shù)學(xué)教學(xué)改革的不斷深入,人們越來越重視數(shù)學(xué)知識與現(xiàn)實生活的聯(lián)系,發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識和能力,已成為數(shù)學(xué)教育發(fā)展的趨勢。數(shù)學(xué)建模就是將實際問題抽象轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,然后用數(shù)學(xué)方法求解模型,使問題得到解答,它不但能夠幫助學(xué)生探索數(shù)學(xué)的應(yīng)用,產(chǎn)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,而且還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與實踐能力。因而在初中進行數(shù)學(xué)建模教學(xué),充分體現(xiàn)了新課程提出的“學(xué)數(shù)學(xué),做數(shù)學(xué),用數(shù)學(xué)”的理念。
二、初中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的過程
隨著教育改革的深入,初中數(shù)學(xué)源于實際問題的應(yīng)用題驟增,因而探討這類問題的解法具有重要的現(xiàn)實意義,數(shù)學(xué)建模就是將具有實際意義的應(yīng)用問題,通過數(shù)學(xué)抽象轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,以求得問題的解決,其基本思路是:
實際問題是復(fù)雜多變的,數(shù)學(xué)建模較多的是探索性和創(chuàng)造性,但是初中數(shù)學(xué)常見的建模方法還是有規(guī)律可以歸納總結(jié)的。
三、初中數(shù)學(xué)常見數(shù)學(xué)模型及案例
1.方程(組)模型
方程(組)模型是研究現(xiàn)實世界數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型,它可以幫助人們從數(shù)量關(guān)系的角度更準(zhǔn)確清晰地認(rèn)識、描述和把握現(xiàn)實世界。因此在方程(組)的教學(xué)中,應(yīng)關(guān)注數(shù)學(xué)建模應(yīng)用的過程,培養(yǎng)學(xué)生良好的方程觀念,增強學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。讓學(xué)生經(jīng)歷“問題情境―建立方程(組)模型―解方程(組)―解釋”的全過程,從“問題情境―建立方程(組)模型”,目的是讓學(xué)生體會方程(組)是刻畫現(xiàn)實世界的一個有效的數(shù)學(xué)模型。
例1某工廠甲、乙兩車間去年計劃共完成稅利720萬元,結(jié)果甲車間完成了計劃的115%,乙車間完成計劃的110%,兩車間共完成稅利812萬元,求去年這兩個車間各超額完成稅利多少萬元?
建模過程如下:
(1)將實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型:
設(shè)去年甲、乙兩車間計劃完成稅利分別為x萬元和y萬元。由題意得:
(2)對數(shù)學(xué)模型求解:
(3)回歸實際問題:甲車間超額完成稅利400×15%=60萬元;乙車間超額完成稅利320×10%=32萬元。
許多數(shù)學(xué)問題只是改變實際背景和數(shù)據(jù),而不改變方程組的形式和解法。
2.不等式(組)模型
現(xiàn)實生活中同樣也廣泛存在著數(shù)量之間的不等關(guān)系,這為學(xué)習(xí)“不等式(組)”提供了大量的現(xiàn)實素材。數(shù)學(xué)模型的形式由方程(組)轉(zhuǎn)變?yōu)椴坏仁剑ńM),數(shù)學(xué)建模思想在已有基礎(chǔ)上得到進一步的發(fā)展和強化。讓學(xué)生認(rèn)識到不等式(組)是解決現(xiàn)實問題的一種重要數(shù)學(xué)模型。
例2某寄宿制高中將兩個班級的學(xué)生安排住在A幢學(xué)生公寓,如果每間房間住4人,那么還余18人;如果每間房間住6人,那么最后一間不空也不滿,請計算A幢學(xué)生公寓有幾間房間?這兩個班級共有多少學(xué)生?
建模過程如下:
(1)將實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型:
解:設(shè)學(xué)生公寓有x間房間,則可住學(xué)生(4x+18)人
根據(jù)題意可列不等式:6(x-1)
(2)對數(shù)學(xué)模型求解: 9
當(dāng)x=10時,4×10+18=58;當(dāng)x=11時,4×11+18=62
(3)回歸實際問題:
因此若A幢學(xué)生公寓有10個房間時,則共有學(xué)生58人;若A幢學(xué)生公寓有11個房間時,則共有學(xué)生62人。
[點評]此類實際問題除了要列出各有關(guān)數(shù)量的代數(shù)式,更要注意對代數(shù)式進行適當(dāng)?shù)目s小或放大,構(gòu)造出不同形式的不等式模型,最后結(jié)合實際情況解決問題。
3.函數(shù)模型
函數(shù)的產(chǎn)生是人類對現(xiàn)實世界認(rèn)知的一次重大飛躍,它反映著量與量之間的依賴關(guān)系,是辯證法思想在數(shù)學(xué)上的體現(xiàn),所以函數(shù)反映了事物之間的廣泛聯(lián)系,它揭示了現(xiàn)實世界眾多的數(shù)量關(guān)系及運動規(guī)律?,F(xiàn)實生活中的許多問題,諸如計劃決策、用料造價、最佳投資、最小成本、方案最優(yōu)化等問題,??山⒑瘮?shù)模型求解。
例4、A市和B市分別有庫存機器12臺和6臺,現(xiàn)決定支援給C市和D市分別為10臺和8臺,已知從A市調(diào)運一臺機器到C市和D市的運費分別為400元和800元,從B市調(diào)運一臺到C市和D市的運費分別為300元和500元。
〔1〕設(shè)B市運往C市機器x臺,求總運費y與x的函數(shù)關(guān)系式。
〔2〕若要求總運費不超過9千元,問共有幾種調(diào)運方案?
〔3〕求出總運費最低的調(diào)運方案,最低運費是多少?
建模過程如下:
(1)將實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型:
(3)回歸實際問題
當(dāng)B市運往D市6臺,A市運往C市10臺,A市運往D市2臺時,總運費最低。
總之,在實際課堂教學(xué)中,教師應(yīng)以學(xué)生為主體,充分引導(dǎo)學(xué)生注意觀察生活中的各種現(xiàn)象,充分利用教材的優(yōu)勢,創(chuàng)造性使用教材,努力創(chuàng)設(shè)合適的問題情境,讓學(xué)生投入到解決問題的實踐活動中,自己去探索,經(jīng)歷數(shù)學(xué)建模的全過程,初步領(lǐng)會數(shù)學(xué)模型的思想和方法,使學(xué)生學(xué)到有用的數(shù)學(xué)。其次,在建模教學(xué)中還要注意培養(yǎng)學(xué)生的再創(chuàng)造能力,因為數(shù)學(xué)教學(xué)并不以解決問題為終極目標(biāo),而是要讓學(xué)生學(xué)會自行獲取數(shù)學(xué)知識的方法,體會數(shù)學(xué)思考和創(chuàng)造的過程,增強學(xué)習(xí)的興趣和自信心,不斷提高自主學(xué)習(xí)的能力,幫助學(xué)生樹立終身學(xué)習(xí)的觀念,奠定終身發(fā)展的基礎(chǔ)。
參考文獻:
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;問題驅(qū)動;數(shù)學(xué)建模競賽;課程教學(xué)改革
中圖分類號:G642.0 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)03-0143-03
《數(shù)學(xué)建模》課程具有知識面廣、形式多樣、教學(xué)難度較大等特點。因此,一般認(rèn)為數(shù)學(xué)建模的教學(xué)是一個不斷學(xué)習(xí)、不斷提高、不斷探索和改革的過程。我們在廣東工業(yè)大學(xué)《數(shù)學(xué)建?!氛n程的具體教學(xué)實踐過程中的指導(dǎo)思路是:以培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)實世界建立數(shù)學(xué)模型的能力為目標(biāo),以學(xué)生通過自學(xué)和查閱相關(guān)資料解決實際問題為目的來組織教學(xué)工作。李大潛院士曾指出“數(shù)學(xué)教育本質(zhì)上是一種素質(zhì)教育,《數(shù)學(xué)建?!返慕虒W(xué)及競賽是實施素質(zhì)教育的有效途徑”。數(shù)學(xué)建模課程和競賽為我校大學(xué)生提供了一個運用數(shù)學(xué)、學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、提高數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)的平臺,該項活動對提高學(xué)生的合作精神、解決問題的能力和自學(xué)能力都有很多的幫助。然而,目前傳統(tǒng)的課堂授課模式過分注重教師的主體作用,忽視了學(xué)生自我探究能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng),壓抑了學(xué)生的主動性和積極性。要改變這種現(xiàn)狀,就必須改革現(xiàn)有的課堂教學(xué)狀況,探索培養(yǎng)、引發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的新型教學(xué)模式。美國神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows于1969年創(chuàng)立了基于問題和項目的學(xué)習(xí)(Problem Based Learning,簡稱PBL)理念教學(xué)法,這是一種全新高效的教學(xué)方法,是以問題驅(qū)動為中心的教學(xué)模式。近年來,這種理念在澳大利亞的維多利亞大學(xué)、美國samford大學(xué)、丹麥的奧爾堡大學(xué)等世界知名大學(xué)得到廣泛重視和應(yīng)用推廣,并呈現(xiàn)出不同的形式和多元化的發(fā)展特色。在我們國家這種教學(xué)理念目前主要實踐在醫(yī)學(xué)、市場營銷、生物化學(xué)、實驗教學(xué)、畢業(yè)論文的寫作等領(lǐng)域過程。在數(shù)學(xué)教學(xué)中還很少有人使用這種方法,因此,探索這種教學(xué)理念在《數(shù)學(xué)建?!氛n程中的實踐具有重要的理論價值和實際意義。
一、《數(shù)學(xué)建模》教學(xué)現(xiàn)狀及問題
我校是以工科學(xué)生為主體的省屬重點高校,很多工科院校的大學(xué)生對學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課程的重要性認(rèn)識不足,對數(shù)學(xué)公共課在他們后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課的重要性不夠了解。因此逐步提高我校工科大學(xué)生對數(shù)學(xué)公共課的認(rèn)識水平,加強培養(yǎng)他們的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)已經(jīng)十分必要了。令人高興的是廣東工業(yè)大學(xué)的大學(xué)生們對《數(shù)學(xué)建?!氛n程和數(shù)學(xué)建模競賽活動有著非常濃厚的興趣和積極性,且已經(jīng)有不少學(xué)生在比賽中獲得了不俗的成績。因此,加強數(shù)學(xué)建模教學(xué)和數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)對我校學(xué)生有著重要意義。目前,廣東工業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)和數(shù)學(xué)建模競賽活動分為三個模塊:數(shù)學(xué)建模A,主要針對數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生;數(shù)學(xué)建模B,主要針對非數(shù)學(xué)專業(yè)的專業(yè)選修課;數(shù)學(xué)建模公共選修課,專業(yè)面向全校對數(shù)學(xué)建模感興趣的學(xué)生。另外還為應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院的學(xué)生開設(shè)了“數(shù)學(xué)建模實驗”與“數(shù)學(xué)建模課程設(shè)計”的相關(guān)課程,逐步形成了理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式。由于《數(shù)學(xué)建?!氛n程的教材一般有多個知識單元構(gòu)成,知識的跳躍性較強,因此,我們曾經(jīng)的教學(xué)方法是安排三個老師,每個老師分別負責(zé)講授自己數(shù)學(xué)的專業(yè)領(lǐng)域,這樣做的好處是能充分發(fā)揮老師的專業(yè)特長,讓學(xué)生了解到該專業(yè)方向的最新國內(nèi)外動態(tài)和進展。然而這樣做給我們對學(xué)生的考核造成了一定的難度,我們曾經(jīng)嘗試過閉卷、開卷和交論文考查等多種方式,這樣考核方式各有各的優(yōu)勢和劣勢。如何才能找到更好的教學(xué)和考核方式,這是我們一直在具體的教學(xué)實踐中不斷探索和努力的方向。這幾年我們一直把問題驅(qū)動教學(xué)法的思想融入我們的數(shù)學(xué)建模教學(xué)活動中,已經(jīng)取得了初步的成效,這種方式能既考查到學(xué)生運用數(shù)學(xué)知識解決實際問題的能力,又能讓學(xué)生自己動手解決自己感興趣的問題,雖然這些問題可能對學(xué)生具有一定的難度,但是它能真正考核到學(xué)生的實際水平,這正是我們所愿意看到的。在我們以往的數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)中存在著許多問題,培訓(xùn)上采取以教師為中心、以填鴨式講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式,課時非常有限,而教學(xué)內(nèi)容容量又比較大,學(xué)生在很短的時間很難消化這些知識。因此造成開始報名的時候?qū)W生積極性很高,課時到培訓(xùn)快結(jié)束的時候,剩下來堅持學(xué)習(xí)的學(xué)生就大大減少了。因此,這種填鴨式的培訓(xùn)讓學(xué)生消磨了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的熱情和積極性,而且也不能提高學(xué)生的綜合數(shù)學(xué)能力。因此,對數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)和競賽的培訓(xùn)的改革勢在必行。
二、《數(shù)學(xué)建模》教學(xué)改革的三個方面
為了解決目前數(shù)學(xué)建模教學(xué)中存在的問題,必須從《數(shù)學(xué)建模》課程本身特點出發(fā),改革課堂教學(xué)模式,加強學(xué)生主動學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)、實際建模訓(xùn)練環(huán)節(jié)的教學(xué),將問題驅(qū)動教學(xué)模式運用到《數(shù)學(xué)建?!氛n程的教學(xué)過程中去。這樣不僅對改變《數(shù)學(xué)建?!愤@門課程的教學(xué)現(xiàn)狀有著積極的意義,而且以點帶面,對其他相似或相同特點課程的教學(xué)改革也具有很好的促進、借鑒作用,切合我校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的定位,也符合我校2010版培養(yǎng)方案的制訂要求,更推動了新時期新形勢下的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革。下面分別就指導(dǎo)思想、教學(xué)方法和培訓(xùn)方法三方面的改革探索進行論述。
1.指導(dǎo)思想的改革?!稊?shù)學(xué)建模》課程和數(shù)學(xué)建模競賽活動是培養(yǎng)具有綜合數(shù)學(xué)素質(zhì)的復(fù)合型專業(yè)人才的內(nèi)在要求。在具體教學(xué)實踐過程中我們應(yīng)該強調(diào)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的重要性,而不是簡單地講授數(shù)學(xué)知識點;必須強調(diào)的是學(xué)生通過自己的努力學(xué)習(xí)自主地解決所面臨的實際問題,而不是成為數(shù)學(xué)解題能手;必須強調(diào)學(xué)生在數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)中的主體地位和主觀能動性的發(fā)揮,而不是學(xué)生被動的接受知識點。我們教學(xué)改革的目標(biāo)是要突破純粹的教師講、學(xué)生聽、做習(xí)題的教學(xué)模式,這種教學(xué)模式要突破傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué),要通過有趣的實際例子激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的積極性,要不斷提高學(xué)生對數(shù)學(xué)公共課的興趣,逐步培養(yǎng)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型的能力和利用計算機等其他技術(shù)解決生活中的實際問題的能力。《數(shù)學(xué)建?!氛n程和數(shù)學(xué)建模競賽本身就是一個具有挑戰(zhàn)的科學(xué)研究和學(xué)習(xí)過程,無論是數(shù)學(xué)建模教學(xué)還是數(shù)學(xué)建模比賽,我們做的目的都是要提高我們工科大學(xué)生的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì),為將來學(xué)好專業(yè)知識打下良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。因此,我們提出問題驅(qū)動教學(xué)法來組織數(shù)學(xué)建模的教學(xué)和培訓(xùn)工作。通過該方法來充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的積極性,讓學(xué)生在全國數(shù)學(xué)建模比賽的具體實際活動中體會團結(jié)合作精神的重要性,通過告訴學(xué)生要學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會思考、學(xué)會與人為善,進而提高他們的動手能力、協(xié)助能力和溝通能力,為他們將來走上自己的工作崗位奠定基礎(chǔ)。
2.教學(xué)方法的改革。選擇正確的有效的教學(xué)方法能更好地確立教學(xué)內(nèi)容,實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。鑒于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模教學(xué)模式無法達到大幅提高學(xué)生綜合能力的預(yù)期目標(biāo),我們提出了以問題驅(qū)動為指導(dǎo)思想的新的教學(xué)方法――問題驅(qū)動教學(xué)法。問題驅(qū)動教學(xué)模式的特點是以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體,教師通過問題驅(qū)動,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容,并利用學(xué)過的理論知識來解決這些實際問題,最后總結(jié)歸納和評價。問題驅(qū)動是一種讓學(xué)生以小組形式共同學(xué)習(xí)和解決問題的教學(xué)策略,通過這樣的教學(xué)策略,可以讓學(xué)生們在學(xué)習(xí)知識和解決問題的過程中培養(yǎng)探究問題解決的技能以及自主學(xué)習(xí)的技能,實現(xiàn)知識意義的建構(gòu)。這種教學(xué)模式無疑對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)有著積極的意義。黃東明等人還在問題驅(qū)動教學(xué)理念的基礎(chǔ)上提出了雙環(huán)互動教學(xué)模式。在具體的教學(xué)實踐過程中,我們經(jīng)常把問題布置給學(xué)生,要求他們在一周的時間內(nèi)自己去收集相關(guān)資料,尋求問題的解決方法,這種教學(xué)模式不再是傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)過程,而是以學(xué)生自己為主體,要求學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性和積極性。并且我們要求學(xué)生把自己準(zhǔn)備好的解決問題的方法在講臺上給所有的同學(xué)講解,并且要回答同學(xué)的提問。整個學(xué)習(xí)過程好像一個論文答辯過程,這樣的教學(xué)模式既能充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性,又能充分發(fā)揮學(xué)生自己的聰明才智,在實踐中體會團隊合作的重要性。
3.培訓(xùn)方法的改革。全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽所涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛,常用到的數(shù)學(xué)理論包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)學(xué)規(guī)劃、微分方程、離散數(shù)學(xué)等,常用到的軟件有Matlab、Lingo、Mathematics等。在建模過程中常常需要用到學(xué)生從未學(xué)習(xí)的知識來解決實際問題。因此,我們在培訓(xùn)過程中必須要訓(xùn)練學(xué)生快速學(xué)習(xí)新知識并立即運用新知識解決問題的能力。數(shù)學(xué)建模競賽是以提交論文的方式進行結(jié)果評定的,故在培訓(xùn)的過程中還應(yīng)該特別注重論文撰寫的能力。為了適用數(shù)學(xué)建模比賽的要求,結(jié)合我們在《數(shù)學(xué)建模》課程教學(xué)的改革實際情況,把“問題驅(qū)動教學(xué)法”運用到競賽培訓(xùn)中去。在提出驅(qū)動問題時,教師可以根據(jù)現(xiàn)階段學(xué)生所掌握的知識情況,挑選一個具體的實際問題,學(xué)生根據(jù)所給問題首先進行歸納分析,然后查閱相關(guān)新知識和準(zhǔn)備可能要用到的軟件。在這個過程中學(xué)生需要主動學(xué)習(xí)可能沒有接觸到的新知識和軟件的新功能,并進行參考文獻的泛讀和優(yōu)秀論文的精讀。通過對優(yōu)秀論文的細節(jié)把握,提高學(xué)生處理實際問題的能力和論文撰寫的能力。最后學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型并撰寫論文。最后由老師對論文進行點評,指出其優(yōu)點和不足,并提出修改意見。經(jīng)過近年來教學(xué)方法與培訓(xùn)方法的改革試驗,學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的興趣大大提高,競賽成績穩(wěn)步上升,取得較好的成果。
三、其他方面的探索
1.加強教師隊伍的建設(shè)?!皢栴}驅(qū)動法”的教學(xué),特別是在學(xué)生自主學(xué)習(xí)階段需要的一個教學(xué)團隊。所以加強師資隊伍建設(shè)是《數(shù)學(xué)建?!氛n程教學(xué)改革成功與否的關(guān)鍵。一方面,教師應(yīng)加強學(xué)習(xí),提高自身素養(yǎng),掌握先進的教學(xué)理念,同時還要對教學(xué)內(nèi)容進行深刻研究,能從現(xiàn)實生活的各種社會經(jīng)濟現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)問題,并且用數(shù)學(xué)語言加以描述。另一方面,各個教師應(yīng)在教學(xué)方法創(chuàng)新上不斷實踐。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)活動都是沿襲著“定義―定理―推論―例題”的模式進行,這種模式既使學(xué)生感到數(shù)學(xué)乏味,也使得原來對數(shù)學(xué)感興趣的學(xué)生易生厭倦,因此,加強探索新的教學(xué)方法迫在眉睫。如何進行高水平的教學(xué),吸引更多的學(xué)生熱愛和喜歡數(shù)學(xué),把學(xué)到的數(shù)學(xué)知識用得更廣、更深入,是我們教師不得不思索的問題,更是我們教師要做的主要工作。
2.教材建設(shè)的改革。目前的《數(shù)學(xué)建?!方滩亩喾N多樣,不過大多數(shù)太注重數(shù)學(xué)的理論性和完整性,這樣就使得實用性不強,與實際問題脫節(jié),常常讓學(xué)生無所適從,很難培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力。經(jīng)過我們對這門課程的改革常識,我們深刻體會到教材建設(shè)應(yīng)遵循的原則如下:①實用性。教師將要教學(xué)的內(nèi)容強調(diào)數(shù)學(xué)公共知識在實際問題中的作用,在教材的深度和廣度上應(yīng)盡量符合工科大學(xué)生的實際需要,適時對數(shù)學(xué)定理和推論進行刪減,增加一些與當(dāng)前實際問題相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容,由現(xiàn)實生活中的熱點經(jīng)濟、工程實際問題引入數(shù)學(xué)模型。②可讀性。根據(jù)該門課程的特點和教學(xué)改革的需要,教材中的主要內(nèi)容要用簡單的教學(xué)語言表達抽象概念,越簡單的越好,這樣一般學(xué)生容易理解和掌握,盡量使枯澀的數(shù)學(xué)知識變得生動趣味。③前沿性。教材中的內(nèi)容既要兼顧傳統(tǒng)知識又要引入前沿?zé)狳c問題,既要強調(diào)數(shù)學(xué)推理又要重視數(shù)學(xué)工具軟件和其他計算機技術(shù)的運用。綜上所述,教材建設(shè)是今后我們在該門課程改革實踐中要重點解決的問題。
3.考核方法的改革。目前大多數(shù)的數(shù)學(xué)建??己朔椒ㄊ情]卷考試,而一般數(shù)學(xué)考試題目側(cè)重證明與計算,忽略了對實際問題的應(yīng)用,沒有達到《數(shù)學(xué)建模》課程建設(shè)的目標(biāo),無法考核學(xué)生運用知識解決問題的能力。這與《數(shù)學(xué)建?!氛n程設(shè)置的初衷相違背。因此,采用多種考核方法相結(jié)合。例如,讓學(xué)生做一些小的開放性課題,撰寫類似數(shù)學(xué)建模比賽的論文,在對工科學(xué)生專業(yè)知識結(jié)合的同時,講授數(shù)學(xué)建模的特點和應(yīng)用領(lǐng)域,這樣既可以激發(fā)學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的興趣,又能增加他們對數(shù)學(xué)的理解。在考核過程中我們可以適當(dāng)加大平時分的力度,淡化對試題的考核,加強學(xué)生對具體問題解決能力的考核。
今年恰逢我國數(shù)學(xué)建模競賽開展20周年,數(shù)學(xué)建模競賽活動的規(guī)模得到了空前的發(fā)展。數(shù)學(xué)建模教學(xué)和數(shù)學(xué)建模競賽活動是我們工科院校的一門重要課程,它為提高工科大學(xué)生的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)和數(shù)學(xué)在其他專業(yè)的應(yīng)用發(fā)揮了重要作用。實踐證明,通過進行數(shù)學(xué)建模競賽活動,可以大大拓展學(xué)生的知識面;充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,強化學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和能力;提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的實際能力;還可以促進學(xué)生的團隊合作精神??偟膩碚f,問題驅(qū)動教學(xué)模式在數(shù)學(xué)建模教學(xué)和數(shù)學(xué)建模競賽的培訓(xùn)過程中的實踐表明:這種教學(xué)理念和數(shù)學(xué)建模的本身的特點是十分吻合的,而這種教學(xué)模式對于指導(dǎo)我們進行教學(xué)改革具有重要的理論意義和實踐價值。
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關(guān)鍵詞:初中數(shù)學(xué),數(shù)學(xué)建模教學(xué)
在新課標(biāo)的要求下,數(shù)學(xué)課堂的主要任務(wù)是圍繞教學(xué)內(nèi)容,選取典型素材激發(fā)學(xué)生興趣,以“潤物細無聲”的形式滲透數(shù)學(xué)建模思想,提高學(xué)生的建模能力。通過對教學(xué)實踐的研究發(fā)現(xiàn),采用“問題情境——建立模型——解釋、應(yīng)用與拓展”的教學(xué)模式,可以幫助學(xué)生理解知識的發(fā)生、形成過程與應(yīng)用。使學(xué)生在樸素的問題情境中,通過觀察、操作、思考、交流和運用,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,強化數(shù)學(xué)的應(yīng)用意識。這種教學(xué)模式要求教師從建模的角度來分析和處理教學(xué)內(nèi)容,把數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用結(jié)合起來,使之符合“具體——抽象——具體”的認(rèn)識規(guī)律。
(1)初中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的目標(biāo)
初中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的目標(biāo)是根據(jù)數(shù)學(xué)學(xué)科的特點和數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提出的,主要有以下幾點:
①培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識和觀念
當(dāng)遇到實際問題時學(xué)生能利用已有知識,從數(shù)學(xué)的角度審視問題、分析問題和解決問題。
②培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)的能力
在解決實際問題的過程中,培養(yǎng)學(xué)生從問題中抽象出數(shù)學(xué)問題的能力,建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的能力,對數(shù)學(xué)模型進行化歸的能力,對數(shù)學(xué)結(jié)果進行評價和推廣的能力。
③培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的數(shù)學(xué)觀
通過數(shù)學(xué)建模教學(xué)使學(xué)生認(rèn)識到數(shù)學(xué)不僅是人們認(rèn)識世界的工具而且還是一門藝術(shù)。數(shù)學(xué)中充滿著創(chuàng)新精神,具有重要的文化價值。
④激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣
數(shù)學(xué)建模教學(xué),從數(shù)學(xué)應(yīng)用的角度處理教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的探索性和創(chuàng)新性,這種新型的授課方式克服了傳統(tǒng)教學(xué)中內(nèi)容枯燥、方法呆板的缺點,極大地提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣。
⑤培養(yǎng)學(xué)生樹立數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的自信心
傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)過分強調(diào)數(shù)學(xué)知識的抽象性和嚴(yán)謹(jǐn)性,這樣使得學(xué)生普遍感到數(shù)學(xué)難懂難學(xué),對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼感。數(shù)學(xué)建模教學(xué),注重用學(xué)生容易理解和接受的方式傳授數(shù)學(xué),注重學(xué)生的動手操作和實踐活動,這些對增強學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的信心有著獨特的作用。
(2)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的五個環(huán)節(jié)
① 創(chuàng)設(shè)問題情景,激發(fā)求知欲
在教學(xué)內(nèi)容的指導(dǎo)下,從學(xué)生原有的生活經(jīng)驗和知識背景出發(fā),安排適當(dāng)?shù)膶嶋H應(yīng)用題,讓學(xué)生帶著問題進行學(xué)習(xí),為進一步學(xué)習(xí)做好情感上的準(zhǔn)備,同時教師
根據(jù)實際情況給學(xué)生提供進行數(shù)學(xué)活動交流的機會。
② 建立數(shù)學(xué)模型,導(dǎo)入學(xué)習(xí)課題
教師啟發(fā)學(xué)生從實踐、交流中抽象、概括所要學(xué)習(xí)問題的本質(zhì),同時滲透建模思想,介紹建模方法。在這一過程中學(xué)生成為學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主體,教師成為學(xué)生的組織者、引導(dǎo)者、合作者與共同研究者。
③ 研究數(shù)學(xué)模型,形成數(shù)學(xué)知識
教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體,師生靈活運用啟發(fā)式、嘗試指導(dǎo)法等方法共同對所建立的數(shù)學(xué)模型進行研究和分析,完成課題的學(xué)習(xí)。通過這種數(shù)學(xué)活動最終使學(xué)生獲得了基本的數(shù)學(xué)知識、思想和方法。
④ 解決實際問題,享受成功喜悅
利用課題學(xué)習(xí)中獲得的數(shù)學(xué)知識可以順利解答課堂最初提出的實際應(yīng)用問題。學(xué)生在整個建?;顒又畜w會到了數(shù)學(xué)在解決生活實際問題中的價值,體驗到了所學(xué)知識的用途和巨大作用,成功的喜悅油然而生。
⑤ 歸納總結(jié),深化教學(xué)目標(biāo)
根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的要求,教師在課題結(jié)束后要指導(dǎo)學(xué)生歸納出知識的一般規(guī)律。幫助學(xué)生理解知識和技能在整體中的相互關(guān)系和結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性,使學(xué)生在認(rèn)識新問題的同時能同化新知識,構(gòu)建形成自己的智力體系。最終使學(xué)生不但能很好掌握數(shù)學(xué)建模方法,而且還能使教學(xué)目標(biāo)達到深化。
(3)課例
① 創(chuàng)設(shè)問題情景
問題:某單位組織職工上駕校,現(xiàn)在有甲、乙兩個駕??晒┻x擇,原價每人1000元,最少10人,兩家駕校都可實行打折優(yōu)惠。甲校每位打七五折;乙??梢砸晃幻赓M,其余打八折。若單位職工準(zhǔn)備去10至30位,應(yīng)選哪家更省錢?
② 抽象概括,建立模型
解:設(shè)當(dāng)該單位去x名職工時,甲、乙兩校收費相同,根據(jù)題意得:
③ 研究模型
建立不等式模型(甲比乙優(yōu)惠的情況):
④ 解決實際應(yīng)用問題
通過建立方程模型(a +b=c +d)和不等式模型(a +b
⑤ 歸納總結(jié)
通過建立方程模型和不等式模型,我們解決了生活中的最少費用問題。
總之,數(shù)學(xué)建模教學(xué)應(yīng)把培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識落實在日常的教學(xué)過程中,讓學(xué)生在數(shù)學(xué)建模的課堂中學(xué)習(xí)到數(shù)學(xué)的思想和方法。
參考文獻
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1、新課程改革的必要性
數(shù)學(xué)是人們對客觀世界定性把握和定量刻畫、逐漸瑚象概括、形成方法和理論,并進行廣泛應(yīng)用的過程。義務(wù)教育階段的數(shù)學(xué)課程,其基本出發(fā)點是促進學(xué)生全面、持續(xù)、和諧地發(fā)展。它不僅要考慮數(shù)學(xué)自身的特點,更應(yīng)遵循學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的心理規(guī)律,強調(diào)從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗出發(fā),讓學(xué)生親身經(jīng)歷將實際問題抽象成數(shù)學(xué)模型并進行解釋與應(yīng)用的過程,進而使學(xué)生獲得對數(shù)學(xué)理解的同時.在思維能力、情感態(tài)度與價值觀等多方面得到進步和發(fā)展。當(dāng)前社會是科技社會、數(shù)字社會、教育社會,現(xiàn)在社會最需要的人才是富有開拓創(chuàng)新思想的人才。而在傳統(tǒng)模式教育下的學(xué)生是不能滿足當(dāng)前社會需要的,這就要求我們學(xué)校要改變傳統(tǒng)教育模式,培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)前社會需求的人才進行新課程改革。
2、新課程改革的關(guān)鍵
新課程改革首當(dāng)其沖的就是一種觀念的轉(zhuǎn)變,這種轉(zhuǎn)變不但在于新課程本身,更重要的是讓任教的老師真的運用全新的教育教學(xué)理念去實施教育教學(xué)活動。傳統(tǒng)教育模式是以知識傳授為主的、單向傳輸?shù)倪^程。隨著教育實踐的發(fā)展,這種認(rèn)識受到了挑戰(zhàn),教學(xué)的目標(biāo)不僅僅是知識的傳授,還包括學(xué)生對學(xué)習(xí)過程的理解、學(xué)習(xí)方法的掌握,以及態(tài)度、情感和價值觀的培養(yǎng)熏陶。教師要創(chuàng)造性選擇和應(yīng)用教學(xué)材料,而不能跟在資源后面跑,受其所困。新教材大力提倡自主學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)。學(xué)生理解、學(xué)會和掌握新的知識并不是像填鴨般地被填塞.而是一種重構(gòu)。在他已有知識、經(jīng)驗和觀點上的重構(gòu)。以上這些變化,必然引起教學(xué)評價體系的轉(zhuǎn)變,而在現(xiàn)行教育體制下對學(xué)生的正確全面評價,又能體現(xiàn)教育的客觀性,達到教育的量化標(biāo)準(zhǔn)。因此適時地轉(zhuǎn)變教育教學(xué)理念是我們面對新課程改革首先必須理清的關(guān)鍵。
3、用數(shù)學(xué)建模的方法來學(xué)習(xí)
《數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提倡的教學(xué)模式為“問題情境——建立模型——解釋、應(yīng)用與拓展”,顯然,數(shù)學(xué)建模是該教學(xué)模式的關(guān)鍵,它起著激發(fā)動機和引導(dǎo)應(yīng)用的作用。新教材中的很多數(shù)學(xué)概念、定理、公式、性質(zhì)、法則等結(jié)果性知識,它們是解決數(shù)學(xué)問題的起點,但它們本身的形成過程很多就是從現(xiàn)實生活中通過數(shù)學(xué)建模的方法抽象出來的。新教材已加大了數(shù)學(xué)知識與生活的緊密聯(lián)系,注重學(xué)生身邊的問題,注重對數(shù)學(xué)情境的開發(fā)、展現(xiàn),這為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的方法,建構(gòu)良好的數(shù)學(xué)知識結(jié)構(gòu)體系提供了堅實的基礎(chǔ)。
4、數(shù)學(xué)建模的常用方法
數(shù)學(xué)應(yīng)用和建模應(yīng)與現(xiàn)行教學(xué)教材有機結(jié)合,把應(yīng)用和數(shù)學(xué)課內(nèi)知識的學(xué)習(xí)更好地結(jié)合起來,而不是做成兩套系統(tǒng)。這種結(jié)合可以向兩個方向發(fā)展開,一是向“源”的方向展開,即教師應(yīng)特別注意向?qū)W生介紹知識產(chǎn)生、發(fā)展的背景;二是向“流”的方向深入,即教師要引導(dǎo)學(xué)生了解知識的功能,在實際生活中的作用,了解數(shù)學(xué)應(yīng)用、數(shù)學(xué)建模與學(xué)生現(xiàn)實所學(xué)數(shù)學(xué)知識的“切人點”,引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)中用、在用中學(xué)。應(yīng)用和建模要同正常的數(shù)學(xué)教學(xué)結(jié)合與“切入”,“切人”是指教師可以把一些較小的數(shù)學(xué)應(yīng)用和數(shù)學(xué)建模的問題,通過把問題解決的過程分解后,放到正常教學(xué)的局部環(huán)節(jié)上去做。
下面列舉幾種數(shù)學(xué)建模切入日常數(shù)學(xué)的方法。
4.1.在新知識的引入、復(fù)習(xí)課上,可以用一點時間來介紹一個數(shù)學(xué)建模問題,讓學(xué)生在課堂上僅僅通過討論完成問題提出與模型推斷,而把模型求解與模型檢驗放到課外完成。
4.2.在課堂上結(jié)合某一知識點的學(xué)習(xí)來完成上位問題的模型的定性推斷,讓學(xué)生在課外完成具體下位問題的模型的定量推斷與求解、檢驗。大多數(shù)傳統(tǒng)的應(yīng)用題都可歸為此類。
4.3.在若干具體問題完成建模的基礎(chǔ)上,嘗試給出本類問題的一般建模策略。例如,從增長率問題、福利問題歸納出一類問題的數(shù)學(xué)建模,等等。
4.4.針對階段性的知識綜合來設(shè)置較為完整的數(shù)學(xué)建?;顒印栴}的選擇與設(shè)置應(yīng)與學(xué)生生活密切相關(guān),易引起學(xué)生關(guān)注,讓學(xué)生親身體會到數(shù)學(xué)與自然及人類社會的密切關(guān)系,體會數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值。學(xué)生看到能用自己所學(xué)的知識切實解決生活中的問題,勢必增強進一步學(xué)習(xí)的信心和持續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。例如,怎樣使飲料罐制造用材最省,人行小路的設(shè)計,打包問題等等。
在課堂中引入數(shù)學(xué)建??梢宰寣W(xué)生從學(xué)會審視題目本身,幫助學(xué)生形成自己探索解決問題的意識,這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。
5、.引導(dǎo)學(xué)生進行主動探索
一、新疆地方高校數(shù)學(xué)建模的發(fā)展現(xiàn)狀
(一)低年級大學(xué)生對數(shù)學(xué)建模知識認(rèn)識欠缺
大學(xué)數(shù)學(xué)是理工類院校的重要基礎(chǔ)課程,對專業(yè)課程起到了不可或缺的支撐作用,大學(xué)數(shù)學(xué)課程理論性強,新疆地方高校的學(xué)生本身學(xué)習(xí)起來就比較吃力,教師教學(xué)中更是無暇講述和普及數(shù)學(xué)建模的思想和方法,所以相當(dāng)一部分學(xué)生感到數(shù)學(xué)建模既神秘又高不可攀。
(二)新疆地方高校學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱,大學(xué)數(shù)學(xué)課程的教學(xué)和專業(yè)學(xué)習(xí)存在脫節(jié)
受地域限制,新疆地方高校學(xué)生大部分來自于新疆各地州,包括漢、維、哈、柯、蒙等少數(shù)民族,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)參差不齊,相比較內(nèi)地高校數(shù)學(xué)基礎(chǔ)水平存在一定差距,學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)興趣不高,缺乏主動性,疲于應(yīng)付考試,因此參加數(shù)學(xué)建模競賽學(xué)生的比例比較低,導(dǎo)致理論知識與專業(yè)應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié),直接影響理工類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)能力和培養(yǎng)質(zhì)量。
(三)數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,疏于數(shù)學(xué)教學(xué)建模思想和方法的滲透和培養(yǎng)
數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模的思想和方法,要求授課教師不僅要有扎實的數(shù)學(xué)功底,而且還要有廣博的知識面和豐富的數(shù)學(xué)建模經(jīng)驗。但實際教學(xué)中,由于課時的緊缺和教師專業(yè)方向的限制,完全僅限于所授課程知識的講解,忽視了滲透數(shù)學(xué)建模的思想和方法對學(xué)學(xué)數(shù)學(xué)課程的促進作用,尤其忽視其對數(shù)學(xué)理論知識和專業(yè)知識的貫通作用。
(四)新疆地方高校對數(shù)學(xué)建模教學(xué)的重視和投入有待提高
自2012年以來,大部分新疆地方高校開始向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型,工、農(nóng)、醫(yī)等應(yīng)用型學(xué)科專業(yè)便成為各新疆地方高校的發(fā)展重點,在資金有限的狀況下,數(shù)學(xué)類等基礎(chǔ)學(xué)科便面臨一個尷尬的境地,尤其是對數(shù)學(xué)建模的教育教學(xué)熱情有所退卻。但筆者以為,越是在向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型之際,加強對數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)學(xué)科的投入,尤其重視數(shù)學(xué)建模思想和方法的滲透才能保障應(yīng)用型學(xué)科高質(zhì)量發(fā)展和新疆地方高校向應(yīng)用型高校順利轉(zhuǎn)型。
二、新疆地方高校大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想和方法的建議與思考
(一)根據(jù)學(xué)生層次合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點
新疆地方高校大學(xué)生的多民族性、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不等性特點對大學(xué)數(shù)學(xué)授課老師的經(jīng)驗水平提出更高要求,不但要了解學(xué)生的知識水平、民族學(xué)生的思維方式,還需要清楚中學(xué)數(shù)學(xué)的授課內(nèi)容和欠缺知識點。根據(jù)本人近年民族教學(xué)的體會,結(jié)合學(xué)生入學(xué)成績和知識層次教學(xué)中將新疆地方高校學(xué)生分為三個層次:1.“民考民”和“雙語”學(xué)生,該層次學(xué)生入學(xué)成績相對較低,漢語言水平不高,并且數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差,該層次學(xué)生在大學(xué)數(shù)學(xué)授課中應(yīng)側(cè)重于對中學(xué)數(shù)學(xué)知識的補充和鞏固,否則大學(xué)數(shù)學(xué)的知識和理論學(xué)生是無法理解的,而對大學(xué)數(shù)學(xué)的知識點就要側(cè)重于基本概念、基本定理、基本方法的掌握與理解,那么對該層次學(xué)生進行數(shù)學(xué)建模思想和方法的融入,就要選擇部分中學(xué)知識點和大學(xué)數(shù)學(xué)中較易理解掌握的知識點典型例題由淺入深,循序漸進的進行講授。2.“民考漢”學(xué)生,該層次漢語言水平非常好,入學(xué)成績也不錯,與漢族學(xué)生混合編班,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相比較同班漢族學(xué)生還是有差距,但該部分學(xué)生學(xué)習(xí)努力、態(tài)度端正,是任課教師需要重視的團體,可以偶爾選擇晚自習(xí)輔導(dǎo)時間或其他時間對他們進行專門輔導(dǎo),選擇一些典型例題,由淺入深的進行數(shù)學(xué)建模的思想和方法的培養(yǎng),從而也能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性,使之逐步趕超同班漢族同學(xué)。3.其他學(xué)生,新疆地方高校該層次學(xué)生主要來自于新疆各地州,入學(xué)成績一般,數(shù)學(xué)知識差別不大,但基礎(chǔ)知識還需要補充,個別的知識點,部分學(xué)生中學(xué)就沒有學(xué)過,例如:參數(shù)方程、極坐標(biāo)方程,反三角函數(shù)等知識點,但這些內(nèi)容在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中卻是比較重要的知識點。
(二)在大學(xué)數(shù)學(xué)的日常教學(xué)中,改進教學(xué)方法和教學(xué)手段,有針對性的融入數(shù)學(xué)建模的思想和方法
能夠適時選擇授課知識點,針對學(xué)生所學(xué)專業(yè)講述新課,同時融入數(shù)學(xué)建模思想和方法,例如:在“高等數(shù)學(xué)”第六章定積分的應(yīng)用章節(jié)中,講授利用“微元法”解決做功、水壓力、引力等問題時,對物理學(xué)和工程類相關(guān)專業(yè)講述數(shù)學(xué)建模思想和方法便是不錯選擇。例如:蓄水池抽水問題(如圖1,圖2)上圖便是實際授課中課件,完全是定積分的內(nèi)容,但這些例題具有非常典型的數(shù)學(xué)建模思想和方法,(1)題目符合實際生活問題,具有數(shù)學(xué)建模題型特點,完全是生活中的問題;(2)具有理工科專業(yè)特點,屬于做功和熱能問題;(3)解題過程本質(zhì)就是數(shù)學(xué)建模的思想和方法,分析問題,建立數(shù)學(xué)模型,確定解題方法,給出結(jié)果,分析結(jié)果。只需經(jīng)常性通過類似問題的講解,使學(xué)生理解數(shù)學(xué)建模的主要過程:模型準(zhǔn)備、模型假設(shè)、模型建立、模型求解、模型分析、模型檢驗和模型應(yīng)用,學(xué)生不僅掌握數(shù)學(xué)建模思想和方法,而且認(rèn)識到大學(xué)數(shù)學(xué)對于專業(yè)課學(xué)習(xí)的重要性[1]。大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想和方法,歸納起來應(yīng)注意以下幾點:(1)要循序漸進,由簡單到復(fù)雜,逐步滲透。(2)應(yīng)選擇密切聯(lián)系學(xué)生專業(yè)、易接受、有趣味性、實用性的數(shù)學(xué)建模內(nèi)容。(3)在教學(xué)中列舉建模案例時,僅僅是讓學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模思想和方法的初步、舉例等少而精,忌大而冷,否則會沖擊了大學(xué)數(shù)學(xué)理論知識的學(xué)習(xí),因為沒有扎實的理論知識,也談不上應(yīng)用。(4)大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,恰當(dāng)?shù)奶幚砗美碚撆c應(yīng)用的關(guān)系,應(yīng)該清楚理論和應(yīng)用是相輔相成的。扎實的理論是靈活應(yīng)用的基礎(chǔ),而廣泛的應(yīng)用又促進對理論的深刻理解[2]。
(三)組織鼓勵各專業(yè)學(xué)生參加大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才
為了廣泛開展數(shù)學(xué)建?;顒樱龠M學(xué)風(fēng)建設(shè),提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力,自2007年開始,我校開始組織學(xué)生參加“全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽”,經(jīng)過近十年的學(xué)習(xí)與摸索,形成了我校特色的大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)模式,經(jīng)大學(xué)數(shù)學(xué)任課老師推薦和動員,不同專業(yè)學(xué)生報名后,培訓(xùn)工作分為三個步驟進行:每年4月至6月的建模競賽初級培訓(xùn)、暑期集訓(xùn)和賽前強化。三個階段培訓(xùn)內(nèi)容均以數(shù)學(xué)知識模塊化,分別由相應(yīng)專業(yè)方向老師進行包干培訓(xùn)。知識模塊主要分為初等數(shù)學(xué)模塊、運籌學(xué)模塊、概率統(tǒng)計模塊、方程模塊等。初級培訓(xùn)階段主要培訓(xùn)理論知識,補充鞏固不同專業(yè)學(xué)生大學(xué)數(shù)學(xué)理論知識;暑期集訓(xùn)階段主要講述不同模塊的典型例題,促進理論知識的理解和靈活應(yīng)用;賽前強化主要是選例題,讓學(xué)生自己實踐練習(xí),進行賽前仿真模擬比賽。對參加過“全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽”的學(xué)生,我們經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn):(1)參加過該競賽培訓(xùn)和實踐比賽的學(xué)生,在各自專業(yè)的學(xué)習(xí)過程中,專業(yè)課知識學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力明顯高于其他同學(xué),尤其畢業(yè)論文和設(shè)計的完成質(zhì)量高于其他同學(xué);(2)參加過該比賽的學(xué)生在此后的學(xué)習(xí)熱情明顯高漲,萌生繼續(xù)深造提高的愿望,并且開始主動備戰(zhàn)參加考研,考研成功率也高于其他同學(xué);(3)該比賽中的各類生活科研問題,也激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新性。大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中的賽題大都為生活和科技中的熱門問題和前沿科學(xué)問題,具有一定的科研前瞻性,經(jīng)過該競賽的洗禮,激發(fā)了這些參賽同學(xué)的創(chuàng)新能力,很多同學(xué)在比賽后仍繼續(xù)研究比賽中的該問題,并把問題作為自己的畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計,并能高質(zhì)量的完成,甚至有同學(xué)以此為出發(fā)點,申報了“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目”,鍛煉了大學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。結(jié)語隨著社會的發(fā)展、科技的進步,數(shù)學(xué)已經(jīng)不再是抽象的理論,其應(yīng)用已深入到人類生活的各個方面,科學(xué)技術(shù)數(shù)學(xué)化、數(shù)學(xué)應(yīng)用普及化已成為一種趨勢,許多自然科學(xué)的理論研究實際就是數(shù)學(xué)研究,就是數(shù)學(xué)建模以及數(shù)學(xué)理論的探討。一個國家的國民素質(zhì),很大程度上是體現(xiàn)在其數(shù)學(xué)素質(zhì)上,數(shù)學(xué)是思維的體操,數(shù)學(xué)是科學(xué)的研究工具,數(shù)學(xué)建模是架于數(shù)學(xué)理論和實際問題之間的橋梁[3]。數(shù)學(xué)建?;顒拥拈_展促進了新疆地方高校的學(xué)風(fēng)建設(shè),提高了新疆大學(xué)生的綜合素質(zhì)。我校的數(shù)學(xué)建模組織活動、日常教學(xué)中的數(shù)學(xué)建模思想的滲透手段、規(guī)范的數(shù)學(xué)建模管理、方式多樣的培訓(xùn)方案、學(xué)生參與的科研活動等已然逐步形成了新疆地方高校的數(shù)學(xué)建模思想和方法的滲透模式。新疆地方高校的特殊性也給新疆地方高校的教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn),如何根據(jù)自身的特點搞好數(shù)學(xué)建模教學(xué)工作,是一項具有探索性的實踐研究,本文僅是一個初步研究,還有很多問題需要深入的思考和實踐。
作者:劉福國 馬燕 單位:昌吉學(xué)院數(shù)學(xué)系 昌吉市回民小學(xué)
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[1]晁增福,邢小寧.將數(shù)學(xué)建模融入大學(xué)數(shù)學(xué)教育的研究與實踐[J].ConferenceonCreativeEducation.2012:1136-1138.
一、建立數(shù)學(xué)模型的現(xiàn)實意義
數(shù)學(xué)模型,一般是指用數(shù)學(xué)語言、符號和圖形等形式來刻畫、描述、反映特定問題或具體事物之間關(guān)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu). 小學(xué)數(shù)學(xué)中的數(shù)學(xué)模型,主要是確定性數(shù)學(xué)模型,廣義地講,一般表現(xiàn)為數(shù)學(xué)的概念、法則、公式、性質(zhì)、數(shù)量關(guān)系等. 數(shù)學(xué)模型具有一般化、典型化和精確化的特點. 中小學(xué)數(shù)學(xué)建模的目的是內(nèi)化學(xué)生的數(shù)學(xué)能力,教會學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),應(yīng)用數(shù)學(xué),能全面提升學(xué)生的數(shù)學(xué)能力. 首先,數(shù)學(xué)模型的學(xué)習(xí)是課程改革的重要任務(wù). 在小學(xué)階段,數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式是一系列的概念系統(tǒng)、算法系統(tǒng)、關(guān)系、定律、公理系統(tǒng)等,這些都是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容. 學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)知識的過程,實質(zhì)上是對一系列數(shù)學(xué)模型的理解、把握過程. 學(xué)生研究數(shù)學(xué)問題的模式,可以表征為:抽象——符號——應(yīng)用. 學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過程,應(yīng)更多地表現(xiàn)為數(shù)學(xué)的實踐、探索與體驗,而不是僅僅獲得數(shù)學(xué)結(jié)論的過程. 因此,在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,重視滲透模型化思想,正是順應(yīng)了這種改革的趨向和要求. 其次,建立數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)教學(xué)本質(zhì)特征的反映. 數(shù)學(xué)模型是對客觀事物的一般關(guān)系的反映,也是人們以數(shù)學(xué)方式認(rèn)識具體事物、描述客觀現(xiàn)象的最基本的形式. 第三, 建立數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)問題解決的有效形式. 數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識與數(shù)學(xué)應(yīng)用之間的橋梁,在建立和處理數(shù)學(xué)模型的過程中,學(xué)生能體會到從實際情景中發(fā)展數(shù)學(xué),獲得再創(chuàng)造數(shù)學(xué)的絕好機會,并更加體會到數(shù)學(xué)與大自然和社會的天然聯(lián)系. 總之,在利用數(shù)學(xué)模型解決實際問題的過程中應(yīng)做到以下幾點:(1)訓(xùn)練學(xué)生快速獲取信息和資料的能力.(2)鍛煉學(xué)生快速了解和掌握新知識的能力. (3)訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維和開放思考方式. (4)教會學(xué)生學(xué)會思考,學(xué)會解決問題,獲得情感體驗.
二、夯實基礎(chǔ),為建模做充分準(zhǔn)備
一是掌握數(shù)學(xué)語言,既能看(聽)得懂,能識別、理解;弄清數(shù)學(xué)問題的語言表達,并能轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學(xué)思想,能用自己的語言復(fù)述、表達;又能寫(講)得出,能將自己解決數(shù)學(xué)問題的觀點、思想、方法、過程用恰當(dāng)?shù)恼Z言標(biāo)準(zhǔn)流暢地表達出來. 二是教師引導(dǎo)學(xué)生掌握好非數(shù)學(xué)語言與數(shù)學(xué)語言之間的互譯、轉(zhuǎn)化工作,使學(xué)生理解數(shù)學(xué)語言表達的意義,把非數(shù)學(xué)的問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題. 三是強化閱讀能力的培養(yǎng). 通過數(shù)學(xué)閱讀,能促進學(xué)生語言水平的發(fā)展以及認(rèn)知水平的發(fā)展,有助于學(xué)生更好地掌握數(shù)學(xué). 從語言學(xué)習(xí)的角度講,數(shù)學(xué)教學(xué)也必須重視數(shù)學(xué)閱讀. 作為數(shù)學(xué)教師,要注重教給學(xué)生科學(xué)有效的閱讀方法,讓學(xué)生認(rèn)識到數(shù)學(xué)閱讀的重要性,使學(xué)生體驗到數(shù)學(xué)閱讀的樂趣及對學(xué)習(xí)的益處. 如讓學(xué)生學(xué)會說題,即讓學(xué)生閱讀題目后,進行分析思考,說出題目提供的信息條件、現(xiàn)象過程、解題思路及應(yīng)采用的規(guī)律方法等. 又如讓學(xué)生“寫數(shù)學(xué)”,寫學(xué)數(shù)學(xué)的心得體會、知識小結(jié)、解題反思、調(diào)查報告和小論文等,這樣做不僅可以提高學(xué)生的數(shù)學(xué)寫作、閱讀能力和理解能力,而且可以進一步提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力.
三、根據(jù)學(xué)情開展數(shù)學(xué)建?;顒?/p>
按《數(shù)學(xué)課標(biāo)》倡導(dǎo)“問題情景建立模型解釋、應(yīng)用與拓展”的模式組織教學(xué)活動,培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力,即把實際問題轉(zhuǎn)化為純數(shù)學(xué)問題的能力. 而提高這一能力,需要教師平時對學(xué)生進行長時間的啟發(fā)、引導(dǎo)、點撥,和不斷地探究、反思、思維碰撞、糾錯磨煉. 所謂:謀定而動,馬到功成. 建模前的準(zhǔn)備工作:選材要聯(lián)系學(xué)生和教材的實際,資源是學(xué)生的家長及他們的實踐,相關(guān)刊物和網(wǎng)站,內(nèi)容要好入手,趣味強,思維開放,可使用計算工具,并能多途求解. 再設(shè)計下面的活動方案:
(1)利用放學(xué)的機會,認(rèn)真觀察商場“打折消費”、“誘導(dǎo)消費”的各種廣告信息,測算花200元可以最多實際買到價值多少錢的商品. 計算實際打折率. 如果你是商家,能為商場設(shè)計收益較多的購物方式嗎?
(2)到超市觀察各種不同包裝設(shè)計的同種商品,如同一個牌號的各種茶葉,收集它們的價格信息,找一個表示它們的重量和價格的公式. (如每克的價格是多少?)
(3)觀察不同商品的外包裝(用塑料紙裝或塑料裝、厚度、重量、大小等),提出一個與“節(jié)約”有關(guān)的問題,將問題數(shù)學(xué)化,并用學(xué)過的知識試著解決它,能將自己得到的結(jié)果發(fā)表,甚至向廠家推廣.
(4)自編一道方程應(yīng)用題,要求聯(lián)系實際,有真實的實際背景,請寫出題目、題解,看誰編的有趣. 或根據(jù)實際問題情境只提問題,或僅僅提供一個解決問題的想法.
關(guān)鍵詞:小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué);數(shù)學(xué)建模思想;途徑;聯(lián)想能力
在小學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)過程中,通過對數(shù)學(xué)模型的具體操作、實踐來配合理論知識的講解,有利于讓抽象模糊的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得直觀、形象,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是,有很多小學(xué)老師利用數(shù)學(xué)模型進行教學(xué)的時候缺乏相應(yīng)的方法技巧,導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型在教學(xué)中所發(fā)揮的實際意義不大?,F(xiàn)就建模思想在數(shù)學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用進行初步的探討。
一、數(shù)學(xué)建模思想的基本內(nèi)涵
(一)數(shù)學(xué)建模的具體含義
在數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域中,對數(shù)學(xué)建模的描述具體如下:所謂數(shù)學(xué)建模就是通過具體、科學(xué)的應(yīng)用實踐來檢驗?zāi)骋粩?shù)學(xué)推論結(jié)果的真?zhèn)?。尤其是?dāng)人們對某個研究對象需要從量的角度進行分析思考的時候,需要人們不斷收集和研究與對象有關(guān)的知識信息,然后在此基礎(chǔ)上對研究對象的形成原因和發(fā)展變化規(guī)律進行大膽的推測,再把這個過程和結(jié)果用特定的數(shù)學(xué)圖形、符號描述出來,最后代入實際問題的分析過程中去檢驗其推測是否正確。
(二)數(shù)學(xué)建模的種類
1.按所代表的數(shù)學(xué)方法,數(shù)學(xué)模型可分為:幾何模型、微分方程模型、圖論模型等。
2.按研究的方法和所代表的數(shù)學(xué)知識,數(shù)學(xué)模型分為:優(yōu)化模型、邏輯模型、穩(wěn)定性模型、擴散性模型。
3.按模型的表示途徑,數(shù)學(xué)模型可以分為:文字型模型、圖示模型、符號模型。
此外,還有很多種模型的分類方法,對數(shù)學(xué)模型的主要概念有了一個詳細的了解以后,我們就要學(xué)會如何利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來進行數(shù)學(xué)教學(xué)。
二、實現(xiàn)小學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的有效途徑
(一)選擇正確合理的建模教學(xué)方法
正確的建模教學(xué)方法有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、實現(xiàn)教學(xué)活動的根本目的,它建立在教學(xué)過程中老師和學(xué)生合理的、科學(xué)的參與方式上,同時也要與小學(xué)生的認(rèn)知特點和已有的知識經(jīng)驗結(jié)合起來。比如,在低年級的數(shù)學(xué)教學(xué)中,由于學(xué)生還沒有形成較好的認(rèn)知能力,小學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要依靠老師的耐心講解,在老師的引導(dǎo)下,通過反復(fù)的習(xí)題練習(xí)加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解。而對于較高年級的學(xué)生,由于此時的他們一方面積累了一定的知識經(jīng)驗,另一方面認(rèn)知能力有所提高,具備了一定的邏輯推理能力和空間想象能力,如果老師一味地講解枯燥的理論知識,會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,因此在教學(xué)中可以嘗試以圖形、表格為主的簡單模型教學(xué),一方面鼓勵學(xué)生聯(lián)系已有知識經(jīng)驗對新的研究對象進行大膽推測,一方面鼓勵他們通過具體的實踐來檢驗該推測,得出相應(yīng)的定論,從而加深對知識的了解和認(rèn)識。
(二)不斷增強學(xué)生的信息處理能力
建模教學(xué)的主要目的是讓學(xué)生對模型的具體研究過程中深刻地體會到知識的形成緣由和表現(xiàn)規(guī)律,這需要學(xué)生自己能夠從數(shù)學(xué)模型中提取相關(guān)的知識信息。因此,老師要通過有效的途徑來培養(yǎng)學(xué)生在觀察和實踐的過程中提取有效信息的能力。首先要通過大量的閱讀訓(xùn)練來提高學(xué)生的閱讀能力,因為在建模過程中只有真正地理解題意,才能從眾多無用、干擾的信息中獲取最有價值的信息。其次,在學(xué)生審題的過程中要教會他們?nèi)绾芜M行有效信息和干擾信息的分離,因此老師可以通過數(shù)學(xué)應(yīng)用題的訓(xùn)練來增強學(xué)生提取有用信息的能力,老師可以通過啟發(fā)、提示等方式不斷給予學(xué)生思維點撥或方法指導(dǎo)。比如,有這么一道應(yīng)用題:小紅和小明分別同時從南北兩地相向出發(fā),兩地共有10km,小紅的速度為6km/h,小明的速度為4km/h,小紅帶了只狗同時出發(fā),狗的速度為12km/h,狗在小紅和小明的路徑中來回奔波,直到小紅、小明相遇為止,求狗一共跑了多遠?乍看這道題,很多學(xué)生的解題思維會被“狗在小紅和小明的路徑中來回奔波”這句話擾亂,以至于他們在答題時無從下手,但只要學(xué)生牢牢記住“路程=速度×?xí)r間”這個數(shù)學(xué)道理,無論狗來回跑了多少次,只要算出狗跑的時間即小紅和小明從出發(fā)到相遇的時間,就可以算出狗跑的路程,從題意得知小紅、小明從出發(fā)到相遇共用了10÷(6+4)=1h,因此狗一共跑了12×1=12(km),這道題的解答關(guān)鍵在于學(xué)生只要能繁雜的題意描述中正確地提煉出兩個有效信息即可:1.狗跑的速度;2.狗跑的總體時間。在數(shù)學(xué)的模型表達中,很多類似的信息陷阱需要學(xué)生進行有效地分辨出來。
(三)在建模過程中發(fā)揮學(xué)生的想象和聯(lián)想能力
小學(xué)生的想象力和聯(lián)系能力有利于他們把已有的知識經(jīng)驗延伸到具體的實踐中去,從而演變成一種有效的學(xué)習(xí)方法。教師在進行模型教學(xué)的過程中要善于啟發(fā)學(xué)生的這種想象和聯(lián)想能力,可以通過設(shè)置情境的教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生進行實際演練,在思考問題、解決問題的過程中增加對理論知識的實際應(yīng)用能力。此外,老師要讓問題的描述變得清晰明了,鼓勵學(xué)生可以根據(jù)自己的實際情況,靈活地選擇數(shù)學(xué)模型去解決問題。
此外,雖然相比于初中、高中、大學(xué)的數(shù)學(xué)模型而言,小學(xué)數(shù)學(xué)建模要簡單得多,在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中進行模型教學(xué)的方法還有很多,需要老師不斷去總結(jié)、創(chuàng)新,從而尋找到最科學(xué)、最符合實際的建模教學(xué)策略。
參考文獻:
數(shù)學(xué)建模就是從現(xiàn)實生活或具體情境中提取關(guān)鍵性的基本量,將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,并用數(shù)學(xué)符號來表示其數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律,最后得出結(jié)論。所以數(shù)學(xué)建模一般都要經(jīng)歷“問題情境―建立模型―解釋與應(yīng)用”三個基本環(huán)節(jié),下面以《簡單的周期排列》的教學(xué)為例,談一下在小學(xué)數(shù)學(xué)“找規(guī)律”教學(xué)中怎樣引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型。
一、創(chuàng)設(shè)問題情境
出示信息圖
小學(xué)生在日常生活中經(jīng)常會遇到一些簡單的周期性排列問題,但隱含其中的規(guī)律并不被學(xué)生所關(guān)注。本課教學(xué)著力于幫助學(xué)生由具體到抽象,逐步感知周期性排列中所隱含的規(guī)律,經(jīng)歷和感悟“數(shù)學(xué)化”的過程。
我們選擇的問題要能激發(fā)學(xué)生建模的興趣,要典型,有代表性,要努力創(chuàng)設(shè)有利于建模的問題情境。在周期性排列問題中,讓學(xué)生經(jīng)歷具體的場景,從直觀形象的角度感知問題的特征,尋找教學(xué)的切入點和生長點。
二、探究建立模型
1.初步感知模型
盆花問題:從左邊數(shù)第15盆花是什么顏色的?
給學(xué)生足夠的思考和交流的時間,教師視頻展示學(xué)生的解答方式,先讓學(xué)生思考,再由學(xué)生解釋自己的方法。
通過學(xué)生的探索,體驗到“畫一畫”、“單雙數(shù)”和“除法計算”等多種解決問題的方法。這樣,使學(xué)生在獨立思考的基礎(chǔ)上,有機會和同伴分享自己的學(xué)習(xí)成果,既有利于提高學(xué)生的參與度,又有利于學(xué)生體會解決問題策略的多樣性,同時學(xué)生已經(jīng)初步感知了解決周期排性列問題的數(shù)學(xué)模型。
列舉和畫圖的策略,這種抽象沒有離開具體情境,比較具體、直觀,屬于直觀描述的層次,但學(xué)生力求將問題簡單化和條理化。在此基礎(chǔ)上,進一步抽象出關(guān)鍵性的基本量,總數(shù)量、幾個一組并與除法建立聯(lián)系,這種數(shù)量關(guān)系的抽象為數(shù)學(xué)模型的建立積累了重要的數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗。
2.歸納總結(jié)模型
燈籠問題:從左邊數(shù)第17盞、第18盞和第100盞燈籠是什么顏色?
在燈籠問題的探究中,學(xué)生感受到“列舉法”和“畫圖法”的局限性,又一次產(chǎn)生認(rèn)知沖突,并自覺選用“除法計算”的方法。
在此要讓學(xué)生明白,為什么除以3,然后引導(dǎo)學(xué)生觀察得出:余幾,就看每一組的第幾個;沒有余數(shù),就看每一組的最后一個。通過三道題的對比,引導(dǎo)學(xué)生在特例的基礎(chǔ)上,舍棄非本質(zhì)屬性,進行歸納推理,使學(xué)生理解“用除法計算,看余數(shù)定顏色”的問題本質(zhì),建立用“除法計算”解決周期排列問題的數(shù)學(xué)模型。
在這一過程中,學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訁⑴c研究,成為知識的發(fā)現(xiàn)者,將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,抓住數(shù)學(xué)問題中的主要因素進行抽象概括,運用數(shù)學(xué)語言刻畫,建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。
3.拓展完善模型
彩旗問題:從左邊數(shù)第17面彩旗是什么顏色的?
變式訓(xùn)練:把彩旗變?yōu)?“黃黃紅紅黃黃紅紅......”的周期性排列,從左邊數(shù)第17面彩旗是什么顏色的?
通過變式訓(xùn)練,以此來深化模型的內(nèi)涵。充分以學(xué)生為主體,在主動解決問題的過程學(xué)會合作、學(xué)會反思,提升對數(shù)學(xué)模型的認(rèn)識。
在整個建立模型的過程中,引導(dǎo)學(xué)生體會觀察、思考、歸納的方法,并靈活運用不同的策略去解決問題,最終實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)。在這一過程中,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,讓學(xué)生在親身體驗中對不同的方法反思比較,感受方法多樣化的同時理解了“除法計算”這種數(shù)學(xué)方法的普遍性,從而幫助學(xué)生順利實現(xiàn)用“除法計算”解決周期性排列這一數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)。
三、解釋應(yīng)用模型
1.基礎(chǔ)練習(xí)?!安虏挛沂钦l?”
2.變式練習(xí)。按照規(guī)律在括號里畫出每組的第32個圖形。
3.綜合練習(xí)。十二生肖:我們常用下面12種動物(十二生肖)來表示不同的出生年份,你今年幾歲?屬什么?今年多少歲的人與你是同樣的屬相?
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