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數學建模通過“從實際情境中抽象出數學問題,求解數學模型,回到現實中進行檢驗,必要時修改模型使之更切合實際”這一過程,促使學生圍繞實際問題查閱資料、收集信息、整理加工、獲取新知識,從而拓寬了學生的知識面和能力。數學建模將各種知識綜合應用于解決實際問題中,是培養和提高學生應用所學知識分析問題、解決問題的能力的必備手段之一,是改善學生學習方式的突破口。因此有計劃地開展數學建模活動,將有效地培養學生的能力,提高學生的綜合素質。《普通高中數學課程標準(實驗)》明確規定將數學建模納入高中數學課程,強調應該在高中階段安排至少一次的數學建模活動,要求通過數學建模活動,提高學生的應用能力和創新精神等。在此,筆者對高中數學建模教學作了一定探索。
一、增強學生的數學建模意識
學生的應用意識體現在面對實際問題,能主動嘗試從數學的角度運用所學知識和方法尋求解決問題的策略,學習者在學習的過程中能夠認識到數學是有用的。認識到現實生活中蘊含著大量的數學信息,數學在現實世界中有著廣泛的應用。在數學教學和對學生數學學習的指導中,介紹知識的來龍去脈時多與實際生活相聯系,以培養學生的應用意識。例如,日常生活中存在著“不同形式的等量關系和不等量關系”以及“變量間的函數對應關系”、“變相間的非確切的相關關系”、“事物發生的可預測性,可能性大小”等,這些正是數學中引入“方程”、“不等式”、“函數”“變量間的線性相關”、“概率”的實際背景。數學是一種“世界通用語言”它能夠準確、清楚、間接地刻畫和描述日常生活中的許多現象,應讓學生養成運用數學語言進行交流的習慣。
例如,當學生乘坐出租車時,他應能意識到付費與行駛時間或路程之間具有一定的函數關系。鼓勵學生運用數學建模解決實際問題。首先通過觀察分析、提煉出實際問題的數學模型,然后再把數學模型納入某知識系統去處理,當然這不但要求學生有一定的抽象能力,而且要有相當的觀察、分析、綜合、類比能力。學生的這種能力的獲得不是一朝一夕的事情,需要把數學建模意識貫穿在教學的始終,也就是要不斷的引導學生用數學思維的觀點去觀察、分析和表示各種事物關系、空間關系和數學信息,從紛繁復雜的具體問題中抽象出我們熟悉的數學模型,進而達到用數學模型來解決實際問題,使數學建模意識成為學生思考問題的方法和習慣。通過教師的潛移默化,經常滲透數學建模意識,學生可以從各類大量的建模問題中逐步領悟到數學建模的廣泛應用,從而激發學生去研究數學建模的興趣,提高他們運用數學知識進行建模的能力。
二、突出學生在數學建模中的主體地位
高中數學模型構建的過程就是將抽象和復雜的問題簡化成數學模型,通過數學模型建立一個合理的解決問題的方法,并對這種方法進行檢驗。高中數學建模課程中將學生作為教學的主體,教師引導學生和鼓勵學生嘗試著將實際問題納入數學模型的構建中,在數學模型的構建中,要多閱讀、多思考、多練習和多請教,讓學生始終處于主動參與、主動探索的積極狀態。
三、掌握初步的數學建模知識
中學數學建模的目的旨在培養學生的數學應用意識,掌握數學建模的方法,為將來的學習、工作打下堅實的基礎。在教學時將數學建模中最基本的過程教給學生:利用現行的數學教材,向學生介紹一些常用的、典型的數學模型。如函數模型、不等式模型、數列模型、幾何模型、三角模型、方程模型等。教師應研究在各個教學章節中可引入哪些數學基本模型問題,如儲蓄問題、信用貸款問題可結合在數列教學中。教師可以通過教材中一些不大復雜的應用問題,帶著學生一起來完成數學化的過程,給學生一些數學應用和數學建模的初步體驗。
四、注意聯系相關學科構建數學模型
在數學建模教學中應該重視選用數學與物理、化學、生物、美學等知識相結合的跨學科問題和大量與日常生活相聯系(如投資買賣、銀行儲蓄、測量、乘車、運動等方面)的數學問題,從其它學科中選擇應用題,通過構建模型,培養學生應用數學工具解決該學科難題的能力。例如,高中生物學科以描述性的語言為主,有的學生往往以為學好生物學是與數學沒有關系的。他們尚未樹立理科意識,缺乏理科思維。比如:他們不會用數學上的排列與組合來分析減數分裂過程配子的基因組成;也不會用數學上的概率的相加、相乘原理來解決一些遺傳病機率的計算等等。這些需要教師在平時相應的課堂內容教學中引導學生進行數學建模。因此我們在教學中應注意與其它學科的呼應,這不但可以幫助學生加深對其它學科的理解,也是培養學生建模意識的一個不可忽視的途徑。又例如教了正弦函數后,可引導學生用模型函數寫出物理中振動圖象或交流圖象的數學表達式。
五、重點思考和分析
建模的數學思維過程學生在參與數學建模活動的過程中,要應用數學思維分析建模的過程。高中數學建模教學的過程就是利用多種方式解決實際問題的過程,在建模過程中要滲透各種數學的思維方法。通過數學建模的活動,挖掘一些有價值的數學思維模式,提煉出有助于數學建模的數學思想和方法,培養學生多方面的數學思維能力和創新能力,使每個學生能夠各盡其智,各有所得,獲得成功。
作者:徐文祥 單位:江西省南豐縣第一中學