数学建模在数学文化中的应用

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  自2017年起,高考试卷中出现对数学文化的考察,让数学文化成为高考中新兴的一种题型。瞬间成为一大热点。于是,探索如何应用高中的数学知识来解决数学文化问题,成为教学中的重要内容。经过不断的探索与讨论,发现数学建模的思想对解决数学文化问题,起了非常重要的作用。现将如何灵活的应用数学建模的思想去解决数学文化问题,做如下的分析。
  针对高考中常出现的高频考点,以及教材中出现的模块知识,发现数列,程序框图,几何概型,立体几何是数学文化考察的重点方向。而在出题中,常常把题目放在历史背景,或复杂的情境之中。或有历史文化的介绍,或有经典方法的重现。总之,要在众多的文字中寻找问题的关键点,迅速的把握出题方向,寻找知识走向,快速的把握题型,有针对性的解决问题,数学建模的思想就变得尤为重要,几乎成为解决数学文化问题的核心思想。
  我们总说,数学来源与生活,学好数学是为了更好的服务于生活。但实际在数学的教学中,孩子们总是抱怨,我们在生活中,买菜用函数吗?计算用对数吗?一系列的抱怨,在数学的学习难度加大的基础上,越演越烈。造成这样的原因,归根结底,还是在对数学的教学中,我们更看重的是对公式的直接应用,应试的能力的考察。而数学在实际生活中的应用,往往忽略不计。但随着对数学文化的考察,让更多的老师和学生重新重视这一问题。其实,数学和我们的实际生活是密不可分的。而早就在数学中有很重要的地位的数学建模思想,被重新重视起来。
  那么,如何用数学建模的思想去解释生活中的问题,试卷中的数学文化问题呢?实际上,解释起来非常有趣。现从以下几个例子加以阐述。
  首先,我们都知道,爱美之心,人皆有之。那么,现在就研究这样一件事情:一位女高中生,要穿多高的高跟鞋才能看起来更好来看?问题一经抛出,瞬间就会引起学生的热议,伴随而来的是如何用数学知识来解决这个问题。所以,需要学生从自己所学的知识中寻找能够解决这一问题的线索。于是,个人的美与数学中的黄金分割点联系起来。维纳斯断臂之美,实际上不止体现缺憾美,更有的是黄金比例。所以,在2019年的高考试题中,就出现了对于这一问题的考察。通过学生对自己或周围同学的测量,在快乐的学习氛围中,大家通过测量的数据,将黄金比例0.618记得非常扎实。并且通过不同的运算结果,体会数学在实际中的应用,也同时理解,数学误差的存在。最重要的是,更能够生动的理解数学不只是应试教育的权杖,而是能够真正走进人们生活的,一门有用的学科。而在此中起到重要作用的,就是我们所研究的数学建模的思想。
  而其实,如此有趣的事情比比皆是。比如,一个人在雨中奔跑,他要以多大的速度奔跑,才会被雨淋到的程度最小?当然,在用数学建模解决问题的基础上,同时也需要物理知识的渗透。所以,复杂的数学文化问题,往往是综合的知识水平的体现。再比如,一个人的身高和体重的变化会有多大的关系?一个人吸烟与否与患肺癌的概率的大小?气温的高低与超市冰激凌的销售量的大小关系?性别与是否喜欢理科之间的关系?等等,实际上,数学建模的思想在我们生活中随处可见。看似生活中习惯性的东西,里面都蕴藏着神奇的规律,而很多规律,都是依靠数学的分析完成沉淀和解释的。
  而回到高考中,对数学文化的考察。往往不能脱离教材所学的知识点。这样,总接起来。比如说,对某个知名建筑的介绍里,往往体现着,空间想象,三视图,平面的计算,体积表面积的计算。所以,往往看到问题以后,要从题目的文化背景中寻找关键点,从而建立数学模型。建立空间立体的模型,从中抽象出计算所需的量。结合我们学习的立体知识,解决问题。
  比如卖油翁的故事,这是一篇耳熟能详的语文课本中的文章。而通过简短的文字介绍,可以将故事环节和几何概型建立联系。学生会惊讶于原来语文中的内容,也能体现数学得想法,同时也会让数学变得更加有趣。
  再比如,一尺之绳,日取其半。国王赏赐大臣麦粒的故事。细胞分裂的过程,等等,我们不难发现,其实这种规律的体现,实际上就是我们数学中所研究的数列的知识。那么,很容易的将问题与数列中的两个非常重要的等差与等比建立联系,寻找已知量,带入相应的公式,找到问题的答案。实际上,这样的过程,就是在建立数学模型的过程。而数学模型的恰当的建立,为数学文化问题,提供了非常清晰的,有效的解决方案。
  还有更直接的数学建模问题。比如,在算法案例的应用中。我们都知道,统筹方法一直是非常有知名度的一种理念。那么如何做到合理的统筹安排,这就需要数学中的算法案例的应用。而具体的解决起来,正是已经成型的数学程序框图问题。这也是为什么最近几年来,越来越热门的数学编程问题,甚至在4岁左右的孩子中都要开始渗透,甚至是推广。这其实正是数学建模思想的重要体现。
  如今,数学文化问题在高考中的地位越来越重要。甚至成为了高考命题人的必选曲目。常出现在选择题的前6题的范围内。所以,也成为了考生应该掌握的必须得分的题目。所以,为了能够真正掌握这一部分的内容,需要学生能够正确的分析题目,从中提炼精华,找到恰当的数据,准确的建立数学模型。那么,怎样才能真正的把握数学模型呢?这就需要学生做到以下几点:
  首先,要明确建立正确的知识体系。将重要的高频数学文化考点,牢牢掌握
  其次,要抓好知識的基础。往往被文字包裹的内容之下,包含的都是最简单的知识结构。所以,要把基础打牢。涉及的每一个概念,每一个细节,都要牢牢掌握。只有这样,才能第一时间建立正确的数学模型。
  最后,要锻炼学生的计算能力。数学模型的建立,往往也离不开正确的,快速的运算能力。只有这样,才能将数学建模的思想发挥和体现出来。
  总之,数学文化题型的出现,正是体现了数学对实际生活的应用的多方面的实例。更能让学生在学习中体会学习的乐趣,能够正视数学的重要性和趣味性。而数学建模的思想,正是解决这一问题的核心理念。通过研究,实验,探究等等一些列的方式和方法,不断的提升学生的学习兴趣和解决实际问题的能力。这也正是数学教育的真正目的所在。所以,数学建模在数学文化的研究中,有着不可忽视的作用。作为一线的教育工作者,必须加以重视。
  佳木斯市松北高级中学 黑龙江省佳木斯市 154000
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