分层推进数学建模,应用能力有效提升

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  【摘要】利用数学建模的方式进行教学就是将实际问题引入课堂,引导学生利用已有知识储备给出合理的解决方案,这是培养学生应用能力的重要过程.本文笔者主要探讨了数学建模在高中数学课堂上三级分层推进.
  【关键词】高中数学;建模;分层
  新课程改革的一大趋势就是要与生活接轨,凸显学科的应用价值,教会学生学以致用.数学建模是利用数学知识解决实际问题的第一步,是培养学生应用意识和创新意识的有效途径.在新的教育形式下,教会学生知识点已经不再是教学的目的,教会学生数学思维,懂得利用数学方法和技巧解决实际问题才是教学之本,数学建模的应用恰恰能够满足该教学需求.
  数学建模对学生的知识和能力的要求都相对较高,不是一蹴而就的,教师要考虑到学生对建模的接受能力,提供足够的适应和积累的时间,按部就班、分层推进,采用多样化的形式满足不同阶段学生对建模学习的要求.一般而言,采用建模教学可以分为三个阶段,即基础建模阶段、初级建模阶段和综合建模阶段.本文就数学建模在这三个阶段的应用进行简单的阐述.
  1.基础建模阶段
  这一阶段的主要任务就是要提高学生对数学建模的兴趣,增强应用意识,形成一个大致的认识,初步建立建模的概念.此外,教师还要有意识地锻炼学生的分析、推理、想象、归纳等思维能力,为建模的顺利开展奠定基础.本阶段是初始阶段,因而起点要低、要稳,笔者建议教师多以教材中的资源为主要教学素材,再结合一些简单的生活实例,与学生一起共同运用数学知识解决现实意义较强的问题,让学生感受到数学的实用价值,在脑海中产生应用数学的意识,从心理和感情上接受建模,并将建模真正视作一种不容忽视的学习方式,初步学会利用数学语言刻画实际问题.
  例如在学习了重心的概念之后,笔者和学生就简单的垒积木的问题进行了探讨.问题的情境如下:现有两块形状、质量都相同的积木,将其上下叠放,并保持平衡,请问:上积木超过下积木的距离最大可以达到多少?这是一个非常生活化的问题,只要画出草图,并建立好坐标系,学生很容易就能够利用重心的知识解决问题.问题虽然简单,却充分体现了建模的思想,还有效凸显了建模之于数学的重要性,类似小问题的引入都会让数学课堂变得更加生活化,也帮助学生对建模的认识逐步加深.
  2.初级建模阶段
  在学生已经具备了一定建模基础之后,教师要适当增加建模问题的深度,尝试着设计相对复杂的问题情境,引导学生合作交流,发动群体智慧,共同进行分析并设计合理模型.这一阶段的教学重点已不再局限于某一个知识点的应用,而是在于引导学生熟练运用数学原理和方法,掌握技巧.教师更多地将学习的自主权让给学生,引导他们从实际问题情境中抽象出重点,有步骤地建立模型,合理解决问题.经过多次训练,学生能对建模的思路了如指掌,数学素养也会随之提高.
  例如,为了帮助学生建立“求某一固定点到一条直线上各个点距离之和最小”的模型并加以应用,笔者提出了一个实际问题:“五个村庄分布在同一条直线上,政府要建立一个自来水公司为这四个村庄供水,要求管道铺设的距离总和最短,请问该自来水公司应该建在哪里?”这个问题实际上并不难,只需要学生将村庄抽象为一条直线上的五个点,然后问题就简化为“求固定点到一条直线上的五个点距离之和最小”.很多小组首先将问题进一步简化成“求固定点都两个点距离之和最小”,解决了这个问题之后再逐步增加点的数量,依次给出解答.最后教师又引导学生把问题延伸到n个点的情况,直到学生从中总结出规律,归纳得出公式.
  3.综合建模阶段
  该阶段不仅突破知识点的限制,还要突破思维的局限性,力求构建一个创新、开放的动态课堂.综合建模的目的不是给问题寻求一个确切的答案,而是创造条件引导学生进行调研、分析、建模、解答,最终拿出一个完整的问题解决方案来.这对学生的综合素质要求很高,不仅要有较强的思维能力,还要具备相应的动手能力、观察能力、信息采集能力,甚至考查学生的自我组织能力.而在前期准备结束后,学生还要根据所收集到的信息提炼出有用的已知条件,提出假设方案,并给出解决问题的猜想,再动手验证,最终得到解决问题的方案.这一过程是数学建模的高级阶段,也是学生迅速提升综合素质的最佳时机,尽管开始时困难在所难免,但经过循序渐进的训练,其对学生的帮助会越发显现,让每名学生都受益匪浅.
  数学建模每个阶段都渗透了教师的良苦用心,基础阶段认识建模,初级阶段学会方法,综合阶段则提升素质.通过这三级阶段,教师逐步带领学生领略数学建模的奥秘,真正将建模视作一种有效的学习方式,将应用数学内化为自己的意识.
  【参考文献】
  [1]韩艳波.谈高中数学建模与教学设想.现代教育科学教学研究,2011.
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