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關(guān)鍵詞:初中數(shù)學(xué); 建模思維; 應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào):G633.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-3315(2013)04-048-002
初中數(shù)學(xué)教育對(duì)于學(xué)生各種思維能力培養(yǎng)有著重要的意義,學(xué)生建模思維方式的培養(yǎng)成效并不突出,所以需找出相應(yīng)的原因以便于對(duì)癥下藥,從而加強(qiáng)對(duì)學(xué)生建模思想的培養(yǎng)。
一、數(shù)學(xué)建模思想的概述
為了描述一個(gè)實(shí)際現(xiàn)象更具科學(xué)性、邏輯性、客觀性和可重復(fù)性,人們采用一種普遍認(rèn)為比較嚴(yán)格的語(yǔ)言來(lái)描述各種現(xiàn)象,這種語(yǔ)言就是數(shù)學(xué)。使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述的事物就稱為數(shù)學(xué)模型。有時(shí)候我們需要做一些實(shí)驗(yàn),但這些實(shí)驗(yàn)往往用抽象出來(lái)了的數(shù)學(xué)模型作為實(shí)際物體的代替而進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)本身也是實(shí)際操作的一種理論替代。
數(shù)學(xué)建模屬于一門(mén)應(yīng)用數(shù)學(xué),學(xué)習(xí)這門(mén)課要求學(xué)會(huì)如何將實(shí)際問(wèn)題經(jīng)過(guò)分析、簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題,然后用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法去解決。同時(shí),數(shù)學(xué)建模是一種數(shù)學(xué)的思考方法,是運(yùn)用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言和方法,通過(guò)抽象、簡(jiǎn)化建立能近似刻畫(huà)并“解決”實(shí)際問(wèn)題的一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)手段。為了使描述更具科學(xué)性、邏輯性、客觀性和可重復(fù)性,人們采用一種普遍認(rèn)為比較嚴(yán)格的語(yǔ)言來(lái)描述各種現(xiàn)象,這種語(yǔ)言就是數(shù)學(xué)。使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述的事物就稱為數(shù)學(xué)模型。
二、數(shù)學(xué)建模思想的實(shí)施
數(shù)學(xué)建模思想的形成主要有以下三個(gè)步驟:第一步是從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)初步建立數(shù)學(xué)模型,第二步是從數(shù)學(xué)模型尋求數(shù)學(xué)的解,最后是從數(shù)學(xué)的解到解答實(shí)際問(wèn)題的解。
在實(shí)際性的數(shù)學(xué)建模思想培訓(xùn)中,學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理缺乏適當(dāng)?shù)姆椒āR驗(yàn)樵S多實(shí)際問(wèn)題中涉及到的數(shù)據(jù)多且雜亂,學(xué)生面對(duì)諸多數(shù)據(jù)就會(huì)無(wú)所適從,不知應(yīng)把哪個(gè)數(shù)據(jù)作為思維起點(diǎn),從而找不到解決問(wèn)題的突破口。例如:某食品廠定期購(gòu)買(mǎi)面粉,已知該廠每天需用面粉6噸,每噸面粉的價(jià)格為1800元,面粉的保管等其他費(fèi)用為平均每噸每天3元,購(gòu)買(mǎi)面粉每次需支付運(yùn)費(fèi)900元。問(wèn)題一:求該廠多少天購(gòu)買(mǎi)一次面粉,才能使平均每天支付的總費(fèi)用最少?問(wèn)題二:若提供面粉的公司規(guī)定:當(dāng)一次購(gòu)買(mǎi)面粉不少于210噸時(shí),其價(jià)格可享受9折優(yōu)惠,問(wèn)該廠是否考慮利用此優(yōu)惠條件?請(qǐng)說(shuō)明理由。
讓我們來(lái)進(jìn)行具體分析:本問(wèn)題涉及到的量有:每天需用面粉6噸,每噸面粉價(jià)格1800,購(gòu)買(mǎi)面粉運(yùn)費(fèi)每次900元,保管每噸面粉每天3元,所求的問(wèn)題第一個(gè)是多少天購(gòu)買(mǎi)一次面粉,才能使平均每天所支付的總費(fèi)用最少;第二個(gè)是在每次購(gòu)進(jìn)面粉不少于210噸的前提下,是否考慮9折優(yōu)惠。在題目給出的諸多量中,從哪個(gè)量入手?建立怎樣的數(shù)學(xué)模型?怎樣解決問(wèn)題最便捷的?很多中學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題都是比較陌生的。
另外,現(xiàn)在的學(xué)生還缺乏將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)化的思維。數(shù)學(xué)模式的呈現(xiàn)形式是多種多樣的,有的以函數(shù)顯示,有的以方程顯示,有的以圖形顯示,有的以不等式顯示,有的以概率顯示,當(dāng)然,還有其他各種形式的模型,具體到一個(gè)實(shí)際問(wèn)題來(lái)講,判斷這個(gè)實(shí)際問(wèn)題與哪類(lèi)數(shù)學(xué)知識(shí)相關(guān),用什么樣的數(shù)學(xué)方法解決問(wèn)題,是學(xué)生深感困難的一個(gè)環(huán)節(jié)。例如:某鄉(xiāng)為提高當(dāng)?shù)厝罕姷纳钏剑烧顿Y興建了甲、乙兩個(gè)企業(yè),2007年該鄉(xiāng)從甲企業(yè)獲得利潤(rùn)320萬(wàn)元,從乙企業(yè)獲得利潤(rùn)720萬(wàn)元,以后每年上交的利潤(rùn)是:甲企業(yè)以1.5倍的速度遞增,而乙企業(yè)則為上一年利潤(rùn)的2/3,根據(jù)測(cè)算,該鄉(xiāng)從兩個(gè)企業(yè)獲得的利潤(rùn)達(dá)到2000萬(wàn)元可以解決溫飽問(wèn)題,達(dá)到8000萬(wàn)元可以達(dá)到小康水平。問(wèn)題一:若以2007年為第一年,則該鄉(xiāng)從上述兩個(gè)企業(yè)獲得利潤(rùn)最少的一年是哪一年,該年還需要籌集多少萬(wàn)元才能解決溫飽問(wèn)題?問(wèn)題二:試估算2015年底該鄉(xiāng)能否達(dá)到小康水平?為什么?
事實(shí)上,學(xué)生閱讀了以上題目,問(wèn)其想到了什么數(shù)學(xué)知識(shí),許多學(xué)生答不出來(lái)。這其中的主要原因就是學(xué)生存在把主要語(yǔ)言換成數(shù)學(xué)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換障礙。數(shù)學(xué)語(yǔ)言主要指數(shù)學(xué)文字語(yǔ)言,圖形語(yǔ)言和符號(hào)語(yǔ)言,是數(shù)學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的顯著特征,數(shù)學(xué)語(yǔ)言簡(jiǎn)練、抽象、嚴(yán)謹(jǐn),甚至有些晦澀。如“函數(shù),形式簡(jiǎn)練但十分抽象,許多學(xué)生由于過(guò)不了數(shù)學(xué)語(yǔ)言關(guān),符號(hào)化意識(shí)弱,無(wú)法把普通語(yǔ)言轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)語(yǔ)言,從而無(wú)法將實(shí)際問(wèn)題建立起數(shù)學(xué)模型。
三、數(shù)學(xué)建模思想的培養(yǎng)
1.培養(yǎng)辨異對(duì)比的思維方式
對(duì)于某些空間思維不夠發(fā)達(dá)的學(xué)生來(lái)講,難對(duì)數(shù)學(xué)概念和理論進(jìn)行快速的消化,即使教師已經(jīng)將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行條分縷析,也達(dá)不到較高的學(xué)習(xí)效率。這時(shí)候就需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行辨異對(duì)比的思維方式的鍛煉,讓學(xué)生將一些知識(shí)點(diǎn)——尤其是比較相似的知識(shí)點(diǎn)或者是容易使用錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較、分辨和運(yùn)用,讓學(xué)生在親自比較解析中明白知識(shí)點(diǎn)的差異或者錯(cuò)誤知識(shí)中比較容易被迷惑的重點(diǎn),這樣,通過(guò)錯(cuò)誤指示的探討推理,學(xué)生就會(huì)進(jìn)一步明白自己的思維方式的漏洞,及時(shí)進(jìn)行糾正,使自己的思維朝著正確的方向發(fā)展。
2.培養(yǎng)聯(lián)系整體的思維方式
數(shù)學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)是需要思維的擴(kuò)散和聯(lián)系,而建模思想的培養(yǎng)同樣需要聯(lián)系整體,所以培養(yǎng)學(xué)生建立整體思維也是教師的教學(xué)重點(diǎn)。教師在進(jìn)行一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)時(shí),經(jīng)常聯(lián)系已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)或者即將學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系教學(xué),這也是整體思維的一種體現(xiàn)。
3.培養(yǎng)學(xué)生的求異思維
數(shù)學(xué)思維講究靈活多變性,一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題可以有多種思維方式來(lái)解剖,相應(yīng)的就會(huì)出現(xiàn)多種解題方式。教師在數(shù)學(xué)問(wèn)題的解析上不要急于將自己的方法告訴學(xué)生,而是要引導(dǎo)學(xué)生從不同角度對(duì)其進(jìn)行分析和探索,提高思維的靈活性,拓寬思維空間。
4.培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維
上文提到,數(shù)學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)是需要思維的擴(kuò)散和聯(lián)系,教師要根據(jù)學(xué)生的具體情況,根據(jù)學(xué)生已掌握的知識(shí),有意識(shí)地將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)和深化結(jié)合,鍛煉學(xué)生發(fā)散思維,拓寬學(xué)生思考界限,進(jìn)而提升數(shù)學(xué)思維能力。(下轉(zhuǎn)第150頁(yè))
(上接第48頁(yè))
初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的建模思維培養(yǎng)和訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生理解和把握數(shù)學(xué)概念、解決和掌握書(shū)本知識(shí)具有非常重要的意義,對(duì)于學(xué)生提高學(xué)習(xí)素養(yǎng)具有極大的意義。在建模思想的培養(yǎng)過(guò)程中,教師要把握好訓(xùn)練方式,根據(jù)自己的教授習(xí)慣和學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行課程的安排和教學(xué)方法的調(diào)整。
參考文獻(xiàn):
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[2]范鴻.中考數(shù)學(xué)“中檔題”函數(shù)考點(diǎn)評(píng)析——以2012年湖北省主要地區(qū)中考試卷為例[J]中學(xué)數(shù)學(xué)(初中版)下半月,2012(10)
關(guān)鍵詞:大學(xué)數(shù)學(xué)教育;數(shù)學(xué)建模;研究性教學(xué)
數(shù)學(xué)建模是利用數(shù)學(xué)思想去分析實(shí)際問(wèn)題,建立相關(guān)模型并求解以解決實(shí)際問(wèn)題的綜合運(yùn)用,在我國(guó),由教育部和中國(guó)工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)(CSIAM)聯(lián)合組織了全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,在過(guò)去的15年里取得了社會(huì)各界的廣泛認(rèn)同和輝煌的成績(jī)。作為以工科(特別是電子信息科學(xué))為主導(dǎo)的大學(xué),電子科技大學(xué)的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)也十分重視數(shù)學(xué)建模的作用,以期使得學(xué)校的各個(gè)學(xué)科能交相呼應(yīng),取得共同的發(fā)展。在數(shù)學(xué)建模所取得的優(yōu)秀成績(jī)和作為國(guó)家工科數(shù)學(xué)基地的基礎(chǔ)上,我們希望能將數(shù)學(xué)建模的思想更廣泛地融入大學(xué)數(shù)學(xué)教育當(dāng)中,使得學(xué)生在學(xué)習(xí)到數(shù)學(xué)知識(shí)的同時(shí),也會(huì)運(yùn)用學(xué)習(xí)到的知識(shí)去分析及解決實(shí)際問(wèn)題。
一、在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中貫穿數(shù)學(xué)建模思想的必要性
1.科學(xué)研究的需要
實(shí)際上,數(shù)學(xué)本身就是產(chǎn)生于對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析及抽象化,文藝復(fù)興之后,特別是微積分理論建立之后,對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的很多問(wèn)題都可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治霾⒔⒛P停热缬肕AXWELL方程組描述電磁學(xué)基本規(guī)律,Navier-Stokes方程為流體力學(xué)基本方程等,在適當(dāng)?shù)臈l件下(原問(wèn)題為適定問(wèn)題)利用計(jì)算機(jī)模擬便可以給出實(shí)際問(wèn)題的解答。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,目前這種方法被成功應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),是科學(xué)研究的一門(mén)基本工具。比如:
(1)天氣和氣候預(yù)報(bào)。氣候變暖是目前全球面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn),如果有更精確的數(shù)據(jù)為依據(jù),較好地預(yù)測(cè)全球氣候是如何變化的,就可以減少長(zhǎng)期氣候變化的不確定性和各種自然災(zāi)害對(duì)人們?cè)斐傻膿p失和影響。要達(dá)到如此的精確就意味著要能用天氣預(yù)報(bào)對(duì)全球進(jìn)行正確的預(yù)測(cè),這在目前還是不可行的,因?yàn)檫@需要存儲(chǔ)海量的數(shù)據(jù),需要超長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間。因此,建立更有效的數(shù)學(xué)模型和提高計(jì)算性能便成為這一領(lǐng)域的核心問(wèn)題。
(2)機(jī)械設(shè)計(jì)和交通控制。從有科學(xué)計(jì)算的早些日子開(kāi)始,計(jì)算模式就已經(jīng)用行器元件的性能分析和設(shè)計(jì),比如飛機(jī)起降分析和機(jī)翼推力設(shè)計(jì)等。當(dāng)計(jì)算變得更為有力和計(jì)算機(jī)功能變得更強(qiáng)大時(shí),計(jì)算模擬已被用作整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的必須工具。例如,波音777是第一種100%數(shù)字設(shè)計(jì)的噴氣式飛機(jī),三維立體建模貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程,飛機(jī)在電腦上預(yù)裝配,節(jié)約了全面裝配所需的巨額花費(fèi)。在其他的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,比如機(jī)車(chē),機(jī)器或機(jī)器人設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(計(jì)算機(jī)模擬來(lái)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的動(dòng)態(tài)反應(yīng))已成為標(biāo)準(zhǔn)的處理方法。因?yàn)檫@可以大大減少構(gòu)造和測(cè)試原型的需要。模擬技術(shù)不僅僅用來(lái)提高性能,也用來(lái)提高安全性和人類(lèi)居住環(huán)境。由于操作者和硬件方面的限制,實(shí)時(shí)模擬目前面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)是模型,算法和軟件的限制。這種情況在我國(guó)的城市交通路網(wǎng)管理上也已凸現(xiàn)。隨著模擬能力的提高(比如用在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中的燃燒數(shù)字模擬技術(shù)),數(shù)學(xué)建模和求解將在整個(gè)設(shè)計(jì)和分析過(guò)程中扮演越來(lái)越重要的角色。
(3)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化和計(jì)算模擬早已有著共生的關(guān)系。現(xiàn)代電子系統(tǒng)(大多數(shù)顯然是微處理器)是極端復(fù)雜的。開(kāi)發(fā)這樣的系統(tǒng)只有也惟有在建模和計(jì)算工具的幫助下才有可能,用這種方法來(lái)模擬和驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的每個(gè)部分。建模和計(jì)算在各種層次的電子設(shè)計(jì)中起著重要作用,從模擬制造半導(dǎo)體設(shè)備的各個(gè)過(guò)程,到模擬和驗(yàn)證微處理器系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)電路或設(shè)計(jì)超大規(guī)模集成電路。
(4)生物科學(xué)。模擬技術(shù)現(xiàn)在對(duì)生物和醫(yī)學(xué)科學(xué)正快速的變得不可或缺。模擬在醫(yī)學(xué)設(shè)各的發(fā)展中有重要作用,包括診斷(電磁,超聲波等)和人造器官設(shè)計(jì)(心臟,腎等)等。生物醫(yī)學(xué)光學(xué)主要依賴計(jì)算建模來(lái)檢測(cè)和治療。數(shù)學(xué)建模在把數(shù)學(xué)和生物學(xué)融合進(jìn)基因科學(xué)(基因組測(cè)序,基因表達(dá)的定型,基因分類(lèi)等)中起著基本作用。在這個(gè)領(lǐng)域需要大規(guī)模的模擬,建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型,并用來(lái)發(fā)展新的理論/概念模型和理解分子水平的相互作用。
(5)材料科學(xué)。材料研究是發(fā)明新材料,制造和加工已有的材料使其更加完美,讓它們有我們想要的性能和環(huán)境反應(yīng)。比如,對(duì)薄膜,有很多新的重要的應(yīng)用,包括基于硅的微電子學(xué),化合物半導(dǎo)體,光電設(shè)備,高溫超導(dǎo)體和光電系統(tǒng),這種薄膜的制造對(duì)很多因素都是極為敏感的,生產(chǎn)過(guò)程可通過(guò)各種處理完成,比如化學(xué)蒸發(fā)和沉積(Chemical Vapor Deposition)。模擬是在理解這個(gè)過(guò)程時(shí)的基本工具,這要求用到先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算技術(shù)。近年來(lái),大規(guī)模復(fù)雜計(jì)算建模已經(jīng)被用于設(shè)計(jì)高壓,高吞吐量的化學(xué)蒸發(fā)和沉積(CVD)反應(yīng)器。為生產(chǎn)新型材料提供設(shè)各。
數(shù)學(xué)建模及計(jì)算在科學(xué)探索中也很重要,比如在天體物理學(xué),量子力學(xué),相對(duì)論,化學(xué)和分子生物學(xué),以及實(shí)驗(yàn)起來(lái)太困難和花費(fèi)太大的等各種科學(xué)研究領(lǐng)域,計(jì)算建模都逐漸成為重要的研究方法。總之,絕大多數(shù)科學(xué)性學(xué)科都從數(shù)學(xué)建模中獲益。事實(shí)上,新的發(fā)現(xiàn)和模擬技術(shù)本身的不斷發(fā)展,已經(jīng)形成了在科學(xué)研究中,以模擬,實(shí)驗(yàn)和理論作為科學(xué)研究的基本模式。
2.人才市場(chǎng)的需要
在過(guò)去的十年間,信息和計(jì)算技術(shù)已成為帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要因素之一。美國(guó)自然科學(xué)和技術(shù)理事會(huì)不只一次的提到過(guò),工業(yè)和自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)室關(guān)心的是,他們?cè)缫巡荒軡M足大量增長(zhǎng)的信息與計(jì)算技術(shù)培訓(xùn)的需求。另外,聯(lián)邦部門(mén),比如能源部的先進(jìn)戰(zhàn)略加速計(jì)算部門(mén)(ASCI)和信息技術(shù)指導(dǎo)部都依賴于既有科學(xué)知識(shí)又具有計(jì)算知識(shí)的職員。這么多人對(duì)計(jì)算教育的需求是過(guò)去十年計(jì)算機(jī)處理能力的持續(xù)增長(zhǎng)和計(jì)算機(jī)價(jià)格的不斷下降的共同結(jié)果。現(xiàn)在的學(xué)生能在計(jì)算機(jī)上玩電腦游戲,而十年前都認(rèn)為這種性能的計(jì)算機(jī)只可能出現(xiàn)在政府部門(mén)的實(shí)驗(yàn)室里。
計(jì)算機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘9ぷ骱蜕畹姆椒矫婷妫⑶矣绊懼瞬攀袌?chǎng)需求。這就需要把一些人放在要求的知識(shí)超出自身所受教育的崗位上。相應(yīng)的,具有多種知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能可以提高一個(gè)人的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和獲得更多的工作機(jī)會(huì)。雇主愿意選擇這些受過(guò)多種課程教育的雇員,這意味著他們可以雇少量的人員,而這些人員可以長(zhǎng)時(shí)間的勝任相應(yīng)的工作。但是,要具有多種學(xué)位的話,不但花費(fèi)昂貴,并且由于選修多門(mén)課程,還要耗費(fèi)大量時(shí)間用于學(xué)習(xí)。相對(duì)地,由于這些要求或工作的一大共同點(diǎn)是(用數(shù)學(xué)思想)分析問(wèn)題并建立模型(用計(jì)算機(jī))求解,因此將數(shù)學(xué)建模的思想融入課堂教學(xué)可以為這些學(xué)生節(jié)約時(shí)間和金錢(qián),可以培養(yǎng)他們用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的素養(yǎng)和興趣,學(xué)生們積極參與其中,比他們僅僅是接受知識(shí)會(huì)學(xué)得更好,可以把原本不太投入的學(xué)生轉(zhuǎn)化成積極活躍主動(dòng)的學(xué)習(xí)者,可以更好的勝任今后的各種工作崗位。
3.研究性教學(xué)的需要
雖然“數(shù)學(xué)建模”課程的教學(xué)已開(kāi)展多年并于2006
年由四川省推薦申報(bào)國(guó)家級(jí)精品課程。數(shù)學(xué)建模也受到學(xué)生的廣泛認(rèn)可和參與,但要看到的是這種教學(xué)本身依然是個(gè)案教學(xué)并且時(shí)間不長(zhǎng);傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)知識(shí)講授主要集中在傳授理論上,學(xué)生的普遍認(rèn)識(shí)僅僅局限于同學(xué)位相關(guān),對(duì)于數(shù)學(xué)的應(yīng)用,哪怕是在他們的專(zhuān)業(yè)方向的應(yīng)用也一點(diǎn)不知,更遑論分析及解決實(shí)際問(wèn)題。而在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中貫穿數(shù)學(xué)建模思想是讓學(xué)生不但掌握數(shù)學(xué)基本知識(shí),并且通過(guò)數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用來(lái)理解和領(lǐng)會(huì)科學(xué)。讓許多科學(xué)和數(shù)學(xué)概念更容易被學(xué)生接受和理解,而這些概念用原來(lái)的教學(xué)方法學(xué)生可能很難理解甚至無(wú)法理解。另外,這種教學(xué)方法本身便帶有研究性教學(xué)思想,更加符合國(guó)家的教育方針。數(shù)學(xué)建模教學(xué)自始至終提供學(xué)生感興趣的現(xiàn)實(shí)材料,如果可以在平時(shí)的教學(xué)中針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生講一些同其專(zhuān)業(yè)相關(guān)問(wèn)題的數(shù)學(xué)解決方案并設(shè)置一些實(shí)際問(wèn)題讓學(xué)生思考(類(lèi)似麻省理工學(xué)院“偏微分方程數(shù)值解”課程的Mini Project),這樣不但可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也為其將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作奠定良好的基礎(chǔ)。
二、實(shí)施方法
在平時(shí)的數(shù)學(xué)教學(xué)中如何做到所提供的材料學(xué)生感覺(jué)有興趣又能不脫離教學(xué)呢?
1.挖掘教材內(nèi)涵,激發(fā)求知欲望
滲透數(shù)學(xué)建模思想教學(xué)的最大特點(diǎn)是聯(lián)系實(shí)際,作為數(shù)學(xué)選材并不難,數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)始終貫穿在我們的教材中,只要我們深入鉆研教材,挖掘教材所蘊(yùn)涵應(yīng)用數(shù)學(xué)的材料,從中加以應(yīng)用、推廣,結(jié)合不同的專(zhuān)業(yè)選編合適的實(shí)際問(wèn)題、創(chuàng)設(shè)實(shí)際問(wèn)題情境,多安排學(xué)生身邊的或具有專(zhuān)業(yè)性的問(wèn)題,讓學(xué)生能體會(huì)到數(shù)學(xué)在解決問(wèn)題時(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的用途和好處,激發(fā)起學(xué)生的求知欲,同時(shí)在問(wèn)題解決過(guò)程中學(xué)生能很好掌握知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用和解決問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力。如:學(xué)完概率與微積分后與學(xué)生探討下面問(wèn)題:報(bào)童賣(mài)報(bào)紙的訣竅。報(bào)童每天清晨從報(bào)社購(gòu)進(jìn)報(bào)紙零售,晚上將沒(méi)有賣(mài)掉的報(bào)紙退回,設(shè)報(bào)紙每份的購(gòu)進(jìn)價(jià)為b,零售價(jià)為a,退回價(jià)為c,這就是說(shuō),報(bào)童售出一份報(bào)紙賺a-b,退回一份賠b-c,報(bào)童每天如果購(gòu)進(jìn)的報(bào)紙?zhí)俨粔蛸u(mài)的,會(huì)少賺錢(qián);如果購(gòu)進(jìn)太多賣(mài)不完,將要賠錢(qián),請(qǐng)你為報(bào)童籌劃一下,他應(yīng)如何確定每天購(gòu)進(jìn)報(bào)紙的數(shù)量,以獲得最大的收入。這個(gè)問(wèn)題在我們現(xiàn)實(shí)生活中有很多類(lèi)似的問(wèn)題,具有普遍性,值得深入探討,類(lèi)似這樣的日常問(wèn)題還有很多,都能激發(fā)同學(xué)們的興趣和動(dòng)手操作、查找資料,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,解決分析問(wèn)題能力。這正是數(shù)學(xué)建模教學(xué)所能達(dá)到的要求,也正是高等學(xué)校數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)做到的,用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行思考、分析,真正體驗(yàn)到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的價(jià)值,從而強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。
2.結(jié)合專(zhuān)業(yè)題材,強(qiáng)化應(yīng)用意識(shí)
在電子科技大學(xué),畢業(yè)生廣泛從事的是工程和科學(xué)的相關(guān)職業(yè),對(duì)這些畢業(yè)生來(lái)說(shuō),三種重要的技能是解決科學(xué)問(wèn)題,綜合信息和數(shù)學(xué)技能。這些技能對(duì)于從事軟件相關(guān)職業(yè)的畢業(yè)生也是非常重要的。對(duì)其數(shù)學(xué)教學(xué)必須以應(yīng)用研究型為目的,體現(xiàn)“聯(lián)系實(shí)際、深化概念、內(nèi)涵與應(yīng)用并重”的思想,學(xué)數(shù)學(xué)主要是為了培養(yǎng)良好的分析及解決問(wèn)題的思維方式并用來(lái)解決工作中出現(xiàn)的具體問(wèn)題,這種要求決定了理解并使用數(shù)學(xué)的重要性。一些專(zhuān)業(yè)教材中(如《電磁場(chǎng)與波》)的問(wèn)題都是現(xiàn)實(shí)中存在又必須解決的問(wèn)題,正是數(shù)學(xué)建模教學(xué)的最佳材料。實(shí)際上現(xiàn)在有很多的諸如《數(shù)學(xué)物理》、《數(shù)學(xué)金融》、《生物數(shù)學(xué)》等《數(shù)學(xué)+x》教材,這些教材也是針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生選擇實(shí)際問(wèn)題的較好材料。因此在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中結(jié)合專(zhuān)業(yè)知識(shí),據(jù)不同的專(zhuān)業(yè)選取不同的典型問(wèn)題進(jìn)行教學(xué),舍去部分?jǐn)?shù)學(xué)教材中純數(shù)學(xué)的例題,激起學(xué)生的興趣、求知欲,強(qiáng)化數(shù)學(xué)思維及數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí),提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力。如:函數(shù)的分析作圖法對(duì)機(jī)械學(xué)院的學(xué)生可引用“圖解法和解析法高計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓”的例子;微電子與固體電子學(xué)院的學(xué)生則可引用“材料拉伸過(guò)程的δ―ε:圖”專(zhuān)業(yè)知識(shí)習(xí)題;在講授微分方程時(shí),對(duì)微電子與固體電子學(xué)院的學(xué)生可以穿插LRC回路方程的建模和求解,使得他們?cè)趯W(xué)習(xí)“電路分析”等課程時(shí)可以更加得心應(yīng)手。在講授函數(shù)的最值時(shí),經(jīng)濟(jì)學(xué)專(zhuān)業(yè)可選取最小投入、最大收益、利潤(rùn)等典型例題,有條件的話可以讓學(xué)生課外調(diào)查物品進(jìn)價(jià)、售價(jià)與銷(xiāo)售量的關(guān)系,尋找模擬函數(shù),找出物品的最佳售價(jià)等。對(duì)數(shù)學(xué)系學(xué)生而言,在講授“數(shù)學(xué)分析”中可以穿插一些力學(xué)問(wèn)題建模或經(jīng)濟(jì)學(xué)問(wèn)題,如Nash均衡等。通過(guò)接觸大量與專(zhuān)業(yè)有聯(lián)系的實(shí)例,能夠使學(xué)生建立正確的數(shù)學(xué)觀念,提高整體教學(xué)效果,拓寬學(xué)生的思路,提高學(xué)生分析并解決實(shí)際問(wèn)題的能力,強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí),提升人才培養(yǎng)的力度,為社會(huì)各界輸送高質(zhì)量的人才,體現(xiàn)在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中貫穿數(shù)學(xué)建模思想的價(jià)值,實(shí)現(xiàn)國(guó)家“科教興國(guó)”的戰(zhàn)略。
3.課程體系的建設(shè)
前面闡述的二點(diǎn)都可以歸結(jié)為在課堂教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模的思想,需要注意的是這些實(shí)施辦法對(duì)任課教師的要求更高,這不僅需要掌握本專(zhuān)業(yè)的內(nèi)容,還要盡可能了解其他學(xué)科專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)容,搜集現(xiàn)實(shí)問(wèn)題與熱門(mén)話題等等。比如,同樣是“微積分”,但學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)卻差別很大,有通信、物理、化學(xué)、生物、地球科學(xué),商業(yè)和金融等,而在這些領(lǐng)域數(shù)學(xué)建模運(yùn)用又非常廣泛,要講好應(yīng)用案例,就要求講課教師要不斷的吸取“微積分”在所講授專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用。這本身是一個(gè)雙贏的過(guò)程:一方面可以幫助教師的科學(xué)研究(比如筆者便利用課余時(shí)間同計(jì)算電磁學(xué)方向聯(lián)合研究),對(duì)老師而言,這是一個(gè)需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力的工作,這就需要老師自己有端正的態(tài)度及不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)的理念。另一方面,這種教育也為學(xué)生鋪開(kāi)了一個(gè)新的有價(jià)值的世界,學(xué)習(xí)到現(xiàn)代專(zhuān)業(yè)人員需要的工具和技術(shù)知識(shí),獲得有價(jià)值的職業(yè)和科學(xué)研究技巧。當(dāng)然,如果有好的教材,所有的工作都必將事半功倍。從國(guó)內(nèi)的情況看,數(shù)學(xué)系的學(xué)生普遍僅僅限于學(xué)習(xí)純粹的數(shù)學(xué)理論,在理工科學(xué)校,這種情況要好些。以電子科技大學(xué)為例,在數(shù)學(xué)系開(kāi)設(shè)了“電磁場(chǎng)與波”這門(mén)課程,毫不夸張地講,工程(自然)科學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程基本上都是數(shù)學(xué)建模的一些案例。如廣泛利用微分方程建模的“電路分析”,對(duì)電磁場(chǎng)分析建模并建立MAXWELL方程組的“電磁場(chǎng)與波”等。這也在一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了在電子科技大學(xué),工科學(xué)生的數(shù)學(xué)建模成績(jī)總是好于數(shù)學(xué)系學(xué)生的原因――數(shù)學(xué)建模的思想貫穿工科專(zhuān)業(yè)教學(xué)的整個(gè)過(guò)程。
【關(guān)鍵詞】“建模”思想;小學(xué)數(shù)學(xué);實(shí)驗(yàn)探究
1985年,由美國(guó)科學(xué)基金會(huì)資助,在美國(guó)創(chuàng)辦了一個(gè)名為“數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽”的一年一度的大學(xué)水平的競(jìng)賽.我國(guó)大學(xué)生從1989年開(kāi)始組隊(duì)參加MCM,并取得優(yōu)異的成績(jī).1994年教育部把全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽定為少數(shù)幾項(xiàng)大學(xué)生課外教學(xué)和競(jìng)賽活動(dòng)之一,從此MCM活動(dòng)在我國(guó)迅速發(fā)展.中學(xué)數(shù)學(xué)建模為中學(xué)生數(shù)學(xué)競(jìng)賽演變而來(lái),在2000年左右各地自發(fā)開(kāi)展活動(dòng).本文從教學(xué)策略的視角探討小學(xué)數(shù)學(xué)建模問(wèn)題,討論小學(xué)數(shù)學(xué)建模的意義和內(nèi)涵以及小學(xué)數(shù)學(xué)建模的基本模式與實(shí)踐探索.
一、小學(xué)數(shù)學(xué)建模的意義與內(nèi)涵
小學(xué)數(shù)學(xué)建模一詞,從正式出版的文獻(xiàn)看,最早應(yīng)該是在何福炬、孟允獻(xiàn)在《小學(xué)教學(xué)研究》,2004年第2期上發(fā)表的文章《談小學(xué)“數(shù)學(xué)建模”》中出現(xiàn).實(shí)際上,全國(guó)各地小學(xué)以小學(xué)數(shù)學(xué)建模為內(nèi)容開(kāi)展的教研活動(dòng)并不在少數(shù).從現(xiàn)有資料來(lái)看,小學(xué)數(shù)學(xué)建模一詞并無(wú)確切解釋?zhuān)话阏J(rèn)為小學(xué)數(shù)學(xué)建模就是以建立數(shù)學(xué)模型為核心的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)方法和模式.建模目的方面,大、中學(xué)數(shù)學(xué)建模的目的是把所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際,具有強(qiáng)烈的應(yīng)用性和實(shí)踐性;小學(xué)數(shù)學(xué)建模作為小學(xué)數(shù)學(xué)的一種教學(xué)策略,經(jīng)常以教師事先特意設(shè)計(jì)好的形式開(kāi)展活動(dòng),需要教師的直接參與、指導(dǎo)和把握.由此不難看出,小學(xué)數(shù)學(xué)建模不再是單純的數(shù)學(xué)建模,已蛻變?yōu)樾W(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的一種方法或者說(shuō)一種教學(xué)形式.這一教學(xué)策略符合有效教學(xué)策略的基本標(biāo)準(zhǔn),符合現(xiàn)代數(shù)學(xué)教學(xué)要求.數(shù)學(xué)是模型的科學(xué),數(shù)學(xué)課堂教學(xué)就是“問(wèn)題―模型―應(yīng)用―問(wèn)題”的一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程,因此,小學(xué)數(shù)學(xué)建模有相當(dāng)好的適應(yīng)性和非常廣泛的適用性.由此可見(jiàn),開(kāi)展數(shù)學(xué)建模活動(dòng)不僅是一種教學(xué)方式方法上的改革、教育模式上的創(chuàng)新,更是提高學(xué)生自主意識(shí)和探究能力、發(fā)展學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑,能有力地推動(dòng)小學(xué)數(shù)學(xué)教育的改革和發(fā)展.
二、小學(xué)數(shù)學(xué)建模的基本模式
運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的思想與方式開(kāi)展小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng),一方面要考慮小學(xué)生的知識(shí)水平和認(rèn)知水平,另一方面也要遵循數(shù)學(xué)建模的一般規(guī)律.數(shù)學(xué)建模的一般流程包括:現(xiàn)實(shí)問(wèn)題、簡(jiǎn)化假設(shè)、建立模型、模型求解和結(jié)果檢驗(yàn)等基本環(huán)節(jié)與步驟.以數(shù)學(xué)建模為核心的小學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)策略,基本遵循這一流程,但在具體環(huán)節(jié)的操作上有其獨(dú)特的組織、操作形式.
(一)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題:預(yù)設(shè)問(wèn)題,創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)模型情境.與一般數(shù)學(xué)建模不同,小學(xué)數(shù)學(xué)建模的“現(xiàn)實(shí)問(wèn)題”實(shí)際上是教師根據(jù)教學(xué)需要精心設(shè)計(jì)的“預(yù)設(shè)問(wèn)題”.預(yù)設(shè)問(wèn)題是貼近學(xué)生生活和符合數(shù)學(xué)教學(xué)需要這兩個(gè)方面的有機(jī)結(jié)合產(chǎn)物.預(yù)設(shè)問(wèn)題為數(shù)學(xué)建模提供現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,更為小學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)模型情境.
(二)簡(jiǎn)化假設(shè):解讀情境,探索數(shù)學(xué)模型問(wèn)題.給學(xué)生呈現(xiàn)了問(wèn)題情境后,緊接著的工作就是把現(xiàn)實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題.在此要解決兩問(wèn)題,即解讀問(wèn)題情境和形成數(shù)學(xué)問(wèn)題,也就是根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的特征和建模的目的,對(duì)問(wèn)題進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化,把實(shí)際問(wèn)題用精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述出來(lái),從而把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題.把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題,通常要先對(duì)問(wèn)題做出必要的、合理的猜想和假設(shè).受小學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平限制,以及小學(xué)數(shù)學(xué)建模的特殊性,在教學(xué)中要注意學(xué)生在解讀問(wèn)題情境和形成數(shù)學(xué)問(wèn)題過(guò)程中,不可能一步到位,更多的時(shí)候還需要教師的參與、引導(dǎo)和整合才能完成.
三、小學(xué)數(shù)學(xué)建模的實(shí)踐探索
小學(xué)數(shù)學(xué)建模在小學(xué)的開(kāi)展,近幾年的發(fā)展速度是相當(dāng)快的.在各種教學(xué)活動(dòng)形式、教學(xué)內(nèi)容方面都做了相當(dāng)多的嘗試,積累了許多有價(jià)值的教學(xué)研究成果和教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).
(一)問(wèn)題預(yù)設(shè)策略.問(wèn)題可以從以下幾個(gè)方面提出:從新舊知識(shí)的沖突、新舊觀念的沖突、新舊方法的沖突和生活經(jīng)驗(yàn)沖突等.在預(yù)設(shè)問(wèn)題時(shí),一般要求注意以下幾點(diǎn):①典型性.小學(xué)數(shù)學(xué)建模不同于一般的數(shù)學(xué)建模,呈現(xiàn)給小學(xué)生的問(wèn)題應(yīng)該是數(shù)學(xué)模型的典型范例,能夠準(zhǔn)確反映教學(xué)內(nèi)容.②實(shí)踐性.所選素材必須與學(xué)生身邊的生活和學(xué)生力所能及的真實(shí)問(wèn)題相結(jié)合,必須能引起學(xué)生的操作、觀察、估計(jì)、猜測(cè)、思考等具體的學(xué)習(xí)活動(dòng),并能使學(xué)生在具體的學(xué)習(xí)活動(dòng)中學(xué)會(huì)搜集資料、分析問(wèn)題的方法.選取素材時(shí),不僅要考慮個(gè)人能獨(dú)立完成的素材,還要考慮幾個(gè)人合作才能完成的素材,以培養(yǎng)學(xué)生的交流與表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神.
(二)模型應(yīng)用策略.數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用,包括兩個(gè)方面:數(shù)學(xué)本身的應(yīng)用(練習(xí))和數(shù)學(xué)之外的應(yīng)用(解決具體問(wèn)題).為了加強(qiáng)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)和數(shù)學(xué)素養(yǎng),應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)學(xué)之外應(yīng)用的教學(xué).用什么策略來(lái)解決具體問(wèn)題,一方面取決于自身相關(guān)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),另一方面取決于如何表征問(wèn)題.對(duì)問(wèn)題的表征不同,所選擇的數(shù)學(xué)建模策略也不同.解決具體問(wèn)題時(shí),先對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行表征,然后在采取相應(yīng)的數(shù)學(xué)建模策略,縮小范圍,明確方向,從而更有效地利用各種信息,高效率地解決問(wèn)題.
【參考文獻(xiàn)】
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【關(guān)鍵詞】建模思想 中學(xué)數(shù)學(xué) 教學(xué)方法
【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2015)08-0110-01
中學(xué)階段的學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)存在的一個(gè)普遍的現(xiàn)象就是,對(duì)于數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用以及深層化理解能力不足,這就需要充分的應(yīng)用到建模教學(xué)方法,學(xué)生的這種建模能力形成可以顯著的提高學(xué)習(xí)效率,是其他各項(xiàng)知識(shí)理論學(xué)習(xí)的參考。要把建模思想貫徹到學(xué)生的學(xué)習(xí)意識(shí)中,就要做好基礎(chǔ)性工作,正確把握應(yīng)用分寸,使其應(yīng)用的條件和空間十分充足,這樣就可以有效的改善中學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)模式,提高教學(xué)的效率。
1.中學(xué)數(shù)學(xué)建模思想的綜述
在當(dāng)前的中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,數(shù)學(xué)建模是一種特定的思考方法,它是針對(duì)于一個(gè)特定的對(duì)象基于一個(gè)特定的目標(biāo),并依據(jù)于特有的內(nèi)在規(guī)律,作出一些必須的簡(jiǎn)化假設(shè),再適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用一些基本的數(shù)學(xué)工具,結(jié)合常見(jiàn)的數(shù)學(xué)公式、表格等,使其更加的實(shí)際化。從理論上來(lái)講,它屬于在數(shù)學(xué)語(yǔ)言和方法基礎(chǔ)上,利用抽象和簡(jiǎn)化建立可以近似刻劃并解決實(shí)際問(wèn)題的一種有力的數(shù)學(xué)手段。
2.中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中采用建模思想的作用
2.1可以提高學(xué)生處理問(wèn)題的整體性和創(chuàng)造性
中學(xué)數(shù)學(xué)中的建模思想就是從實(shí)際問(wèn)題出發(fā),充分的利用數(shù)學(xué)工具,在解決問(wèn)題時(shí)還需要采用綜合性的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn),把所涉及到的數(shù)學(xué)知識(shí)理論進(jìn)行融合,這一融合過(guò)程就需要學(xué)生具備很強(qiáng)的綜合素質(zhì)以及整體性的解決問(wèn)題的能力。中學(xué)數(shù)學(xué)問(wèn)題實(shí)質(zhì)就屬于一種創(chuàng)新解決的過(guò)程,如果繼續(xù)按照固定的思維模式進(jìn)行解決,最后所起到的作用很小的,而數(shù)學(xué)建模是一種創(chuàng)造性活動(dòng),可以對(duì)數(shù)學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展起到推動(dòng)作用。
2.2幫助學(xué)生正確的評(píng)價(jià)自己
從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō),中學(xué)數(shù)學(xué)建模看重的是一個(gè)體驗(yàn)數(shù)學(xué)知識(shí)的過(guò)程,一般不會(huì)過(guò)多的關(guān)注學(xué)生的成績(jī),數(shù)學(xué)知識(shí)是一個(gè)系統(tǒng)的理論體系,對(duì)于成績(jī)效果如何沒(méi)有太大的關(guān)系,學(xué)習(xí)成績(jī)好或者不好都是可以進(jìn)行創(chuàng)新運(yùn)用的,就像很多的應(yīng)用性和創(chuàng)新性較高的數(shù)學(xué)問(wèn)題,成績(jī)不突出的學(xué)生可能比學(xué)習(xí)優(yōu)秀的同學(xué)更具有適應(yīng)性,這也就說(shuō)明了數(shù)學(xué)建模的教學(xué)方法應(yīng)用,可以正確的評(píng)價(jià)出學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)水平。
3.如何提高數(shù)學(xué)建模在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用效果
隨著我國(guó)教育體制改革的不斷深入,數(shù)學(xué)建模教學(xué)思想逐漸在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中形成了一種應(yīng)用趨勢(shì),并且已經(jīng)在部分區(qū)域取得了顯著的應(yīng)用效果。運(yùn)用建模思想,積極開(kāi)展建模活動(dòng),以此來(lái)促進(jìn)學(xué)生分析和解決實(shí)際數(shù)學(xué)問(wèn)題能力提高的重要手段,這是其融入到中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的最終目的,如何有效的提高應(yīng)用效果,可以從以下幾個(gè)方面分析:
3.1在數(shù)學(xué)教材中的重要部分引入數(shù)學(xué)建模
中學(xué)階段,對(duì)于學(xué)生的教育是理論和實(shí)際相結(jié)合的方式,對(duì)于很多的實(shí)際問(wèn)題解決都需要應(yīng)用到數(shù)學(xué)建模思想,如果只是單單的考慮理論解決,勢(shì)必會(huì)有很大的難度。中學(xué)數(shù)學(xué)教材中的很多內(nèi)容大都是從實(shí)際問(wèn)題入手,再引出數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn),而后建立數(shù)學(xué)模型,這對(duì)于重要章節(jié)的教學(xué)更具有實(shí)效性和針對(duì)性。例如對(duì)于一些較為抽象且貼近實(shí)際的數(shù)學(xué)案例解決,就可以充分的采用這種教學(xué)思想,將其轉(zhuǎn)化為相關(guān)的模型進(jìn)行解決,典型的數(shù)學(xué)問(wèn)題就是通過(guò)指數(shù)函數(shù)來(lái)解決具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)問(wèn)題。
3.2改編數(shù)學(xué)問(wèn)題,轉(zhuǎn)枯燥為生活化、趣味化
數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)是有一定枯燥性的,這在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中有充分體現(xiàn)。很多的中學(xué)數(shù)學(xué)問(wèn)題的取材是直接的來(lái)源于現(xiàn)實(shí)生活的,生活中的很多問(wèn)題都是可以利用建模來(lái)解決的,經(jīng)過(guò)數(shù)字化后的應(yīng)用問(wèn)題對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是有著學(xué)習(xí)的枯燥性的,解決起來(lái)較為抽象化,那么如果把這些枯燥性的問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)母木帲怪N近于學(xué)生實(shí)際,更具有生活氣息,這樣可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,可以更好的為建模學(xué)習(xí)做鋪墊。例如對(duì)于兩點(diǎn)間的距離比以及存在的動(dòng)點(diǎn)相關(guān)問(wèn)題的解決,就可以將其套入到實(shí)際的生活現(xiàn)象中,這樣可以對(duì)問(wèn)題的解決起到很好的推動(dòng)作用。
3.3合理性的把教材內(nèi)容進(jìn)行延伸,為數(shù)學(xué)建模作基礎(chǔ)
中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,基本上一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是它的應(yīng)用性較強(qiáng),雖然難易程度不一,但是它為建模提供了一個(gè)良好的素材和條件,通過(guò)建模可以切實(shí)的讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)理論知識(shí),更好的理解學(xué)習(xí),形成深刻的印象,進(jìn)而可以積累很多固定的解決套路,像函數(shù)模式、幾何模式等,這可以培養(yǎng)學(xué)生的建模能力。
4.總結(jié)
我國(guó)教育體制改革的不斷深入,在中學(xué)教學(xué)體系中,更多的具有時(shí)代性特點(diǎn)的教學(xué)學(xué)習(xí)方法得到了廣泛的普及和應(yīng)用,建模思想作為一種解決數(shù)學(xué)實(shí)際問(wèn)題的一種有效手段,它在中學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)學(xué)習(xí)中具有重要的實(shí)際意義和效果,可以幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí),有深刻的理解,最終促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提高。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:高中數(shù)學(xué);建模思想;運(yùn)用
數(shù)學(xué)是解決生活問(wèn)題的重要工具,在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用建模思想,符合新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的要求,能夠提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。由于高中數(shù)學(xué)內(nèi)容較為繁雜,而高中學(xué)生的心智模式還不成熟,教師在高中數(shù)學(xué)中運(yùn)用建模思想時(shí)要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平,并遵循一定的原則靈活運(yùn)用。
一、數(shù)學(xué)建模的含義
1.數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)建模思想
數(shù)學(xué)模型是利用數(shù)學(xué)語(yǔ)言把某種事物的主要特征表述出來(lái)的一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),它主要反映數(shù)學(xué)的數(shù)量關(guān)系和空間形式。數(shù)學(xué)建模思想在數(shù)學(xué)問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題中都有著廣泛應(yīng)用,并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,推動(dòng)了數(shù)學(xué)建模知識(shí)的完善和普及。
2.高中數(shù)學(xué)建模要解決的問(wèn)題
高中數(shù)學(xué)建模要解決的問(wèn)題主要有三種:第一種,條件完全明確,問(wèn)題有準(zhǔn)確答案;第二種,條件不完全明確,需要在建模過(guò)程中對(duì)假設(shè)明確化;第三種,條件不明確,情況復(fù)雜,而且存在多個(gè)變量。在高中數(shù)學(xué)中建模一般步驟如下圖所示:
二、高中數(shù)學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)建模思想的具體運(yùn)用
1.理順數(shù)量關(guān)系,滲透線性規(guī)劃思想
高中學(xué)生對(duì)事物有著好奇心和求知欲,但是他們的心智還不成熟,而數(shù)學(xué)建模需要具備靈活的思維方式,這就要教師在教學(xué)過(guò)程中幫助學(xué)生理順數(shù)量關(guān)系,其中要用到一種重要的數(shù)學(xué)方法:線性規(guī)劃。線性規(guī)劃是輔助人們進(jìn)行科學(xué)管理的一種數(shù)學(xué)方法,運(yùn)用線性規(guī)劃思想建立數(shù)學(xué)模型一般有以下三個(gè)步驟:首先,根據(jù)影響所要達(dá)到目的的因素找到?jīng)Q策變量;其次,由決策變量和所在達(dá)到目的之間的函數(shù)關(guān)系確定目標(biāo)函數(shù);再次,由決策變量所受的限制條件確定決策變量所要滿足的約束條件。這樣我們得到的數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)為線性函數(shù),約束條件為線性等式或不等式時(shí)稱此數(shù)學(xué)模型為線性規(guī)劃模型。
2.多角度思考建模,培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維
發(fā)散性思維是一種擴(kuò)散狀態(tài)的思維模式,它表現(xiàn)為多維發(fā)散狀,如一題多解、一物多用等,在數(shù)學(xué)教學(xué)中要運(yùn)用多種方法解決一類(lèi)問(wèn)題,從多角度進(jìn)行思考建模。主要的發(fā)散性思維方式有逆向思維、橫向思維、平面思維、組合思維,這些思維方法都可以運(yùn)用到數(shù)學(xué)建模中,從而幫助學(xué)生從全方位出發(fā),建立數(shù)學(xué)模型。
3.理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力
數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)是指向?qū)嵱眯缘模咧袛?shù)學(xué)的學(xué)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到很多與實(shí)際生活聯(lián)系緊密的問(wèn)題,如買(mǎi)房問(wèn)題、銀行貸款問(wèn)題等,這些問(wèn)題的解決方法能夠指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)際生活,因而在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中教師要把數(shù)學(xué)和實(shí)際生活緊密聯(lián)系起來(lái)建立數(shù)學(xué)模型,培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
數(shù)學(xué)建模思想的運(yùn)用能夠提高高中數(shù)學(xué)的課堂效率,能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,因此在高中數(shù)學(xué)課堂中教師要引導(dǎo)學(xué)生從多角度出發(fā)建立數(shù)學(xué)模型,要幫助學(xué)生理順數(shù)量關(guān)系,滲透數(shù)學(xué)建模思想,并理論聯(lián)系實(shí)際,提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
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