“三步走”引领学生经历数学建模过程

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  数学是自然科学的基础,是一切科技发明的基本工具,而数学学习与研究的核心问题是数学的建模与用模问题。《数学课程标准》(2011年版)明确指出:“要在呈现作为知识与技能的数学结果的同时,重视学生已有的经验,使学生体验从实际背景中抽象出数学问题、建构数学模型、寻求结果、解决问题的过程。”由此可看建构和处理数学模型的过程,就是将数学理论知识应用于实际问题的过程。它不仅关系到学生的学习,也关系到学生的终身发展。
  一、创设教学情境,提供建模信息
  建构数学模型,其载体就是数学建模素材,选好建模素材关系到整个建模的质量,因此,教师在搜集和整理数学建模素材时,不仅要从教材中挖掘应用素材,更重要的是从现实生活中搜集学生能解决的数学建模素材。而数学建模素材需要教师创设有效的教学情境,创设情境是一种为学生提供信息、发现问题、积极探求的心理取向,是数学思维发展的土壤,能引起学生的好奇心,引发学生合理的认知冲突,激发学生的认知内驱力,能将抽象的数学问题具体化、深奥的数学道理形象化、枯燥的数学知识趣味化,为学生建构数学模型提供信息创造条件。新课标教材的每一个信息窗或情境图都提供了学生熟悉的、感兴趣的、与生活紧密联系的情境,可以充分利用这些情境导入新课,让学生在情境中提出数学问题。例如人教版新课程标准实验教材小学数学四年级下册第一单元“四则运算”中的例5,本例题教师可以这样创设情境,为学生提供丰富的建构数学模型的信息。“大家想象一下,和风煦日,杨柳如茵,轻摇橹桨,泛舟河中,是多么的惬意呀!划船中也有数学问题,你想知道吗?”教师边说边出示课件(多媒体课件出示教材主题图):
  “从这热闹而激动的场面你获得了哪些信息?依据这些信息你能提出什么问题?”(教师指导学生有序、有层次地观察,尽量排除与本节课教学内容无关的信息,然后指名回答)学生在观察、思考的基础上可能说出:一共有32人,小船24元,大船30元,大船限乘6人,小船限乘4人,怎样租船最省钱等信息,教师可依据学生反馈的信息板书:
  人数:32人
  小船租金:24元/艘
  大船租金:30元/艘
  小船人数:4人/艘
  大船人数:6人/艘
  怎样租船最省钱?
  这样选准新知识的切入点将抽象的数学知识融入一定的情境中,从现实生活的事例引出研究内容,不仅可以激发学生的探究兴趣,而且可以提升学生用数学的眼光观察生活、审视事物和用已有知识解决实际问题的意识。让学生从数学的角度去思考,以此发现丰富的数学信息,为学生步入互动生成的课堂,建构数学模型作好了铺垫。
  二、分析数量关系,经历建模过程
  数量关系是指在解决实际问题中已知数量与已知数量、已知数量与未知数量之间的关系。只有搞清楚数量关系,才能根据四则运算的意义恰当地选择算法,把数学问题转化成数学式子。为此,分析数量关系是帮助学生建立数学模型的关键。上述例5,学生已经收集到构建数学模型的主要信息(已知信息和要求的问题),教师可以抓住恰当的时机引导学生分析数量关系。“怎样租船最省钱?这个问题需要哪些信息?你们有什么想法?”这时学生带着问题可能这样思考:可以算算每种船每个人需多少钱,再选择;可以都用小船或都用大船试一试,看看哪种方式更省钱,然后再调整;租5条大船、1条小船,小船会空出2个座位怎么办呢?如果不空座位会不会更省钱?
  学生小组合作交流,教师适时点拨、发现问题、了解信息。学生在独立思考的基础上尝试解答,经历建构数学模型的过程,学生由被动学习转变为主动学习,以此激活学生的生活经验和相应的知识,促使学生积极探索租船的方案。这样既给课堂教学注入了活力,又形成了师生、生生之间的全方位、多层次、多角度的交流,使小组中每个人都有机会发表自己的观点,感受到学习的快乐,从而满足了学生的心理需要,促进学生智力因素和非智力因素的和谐发展,进而促使学生相互学习,共同提高,为学生有效地建构数学模型打下了良好的基础。
  三、运用四则运算的意义,建构数学模型
  数学模型是数学基础知识与数学应用之间的桥梁,建构和处理数学模型的过程,就是将数学理论知识应用于实际问题的过程。小学阶段的基本数量关系主要有:把两个数合在一起,用加法计算;已知两个数的和以及其中的一个数,求另一个数,用减法计算;求几个几是多少或者求一个数的几倍是多少用乘法计算;求几个几分之几是多少或者求一个数的几分之几是多少用乘法计算;把一个数平均分成若干份,求一份是多少,或者把一个数平均分,已知一份是多少,求平均分成了几份用除法计算等。这些基本的数量关系其实就是加、减、乘、除法的意义,也是解决问题、建构数学模型的基础。学生通过分析数量关系,知道解决“怎样租船最省钱”这个数学问题,就要运用四则运算的意义,借助数学符号建立数学模型:因为30÷6=5(元),24÷4=6(元),所以租大船便宜。因为32÷6=5(条)……2(人),所以租5条大船,1条小船,30×5+24×1=174(元)。把小船上的2人和1条大船上的6人都安排坐2条小船,还可以省钱,30×4=120(元),24×2=48(元),120+48=168(元)。通过观察比较,发现问题,分析建构数学模型的过程,并提出不同的看法和建议,寻求最省钱的方案,以此加深学生对建构数学模型的理解。这一过程引导学生自主活动,自觉地在学习过程中形成建构数学模型的意识,用数学符号建立方程、不等式、函数等表示数学问题中的数量关系和变化规律等,不仅能帮助学生打开解题思路,培养发散思维,而且可以培养学生自觉运用数学知识思考和处理日常生活、生产中所遇到的问题,从而形成良好的思維品质。
  总之,数学建模不仅能让学生从实际生活中发展数学,获得再创造数学的绝好机会,而且在建立模型、形成新的数学知识的过程中,学生能更加体会到数学与大自然和社会的天然联系。但是关键要抓住数学建模思想的渗透,让学生经历数学建模过程,特别是小学阶段低年级学生,掌握策略是基础。为此,在小学数学教学中,教师要更加注意,让学生从现实问题情境中学数学、用数学,只有这样,数学教学中的“问题解决”才会有相应的环境与氛围。建立模型思想是学生体会和理解数学与外部世界联系的基本途径,也是学生深化、掌握和发展数学与外部世界联系的最基本方法,是学生学习数学、学会数学、应用数学所必须掌握的。
  (作者单位:河南省罗山县第一实验小学)
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