谈小学数学模型建构的三个步骤

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   摘 要:数学最终必须要舍去背景,得到最一般的东西,数学学习是一个从实例出发,不断舍去的过程,最终留下的就是数学模型。在教学中可以通过精选问题、创设情境、感官参与;逐步抽象、抽丝剥茧、建立模型;回归生活、拓展外延、深化认知这三个步骤来建构数学模型。
   关键词:数学模型;建构;步骤
   数学核心素养是数学教学的灵魂,“抽象、推理、建模”是数学三大核心素养。《数学课程标准(2011版)》指出:“数学模型的建立是学生体会与理解数学与外部世界联系的基本途径。” 数学模型是指对于一个现实对象,为了达到某种特定的目的,根据其内在的规律,做出必要的简化,再用适当的数学工具将对象转化为一个数学结构。通俗地说:数学模型就是借用数学的语言讲述现实世界的故事。  客观地讲:只有模型建立成功的数学课,才是一节有着深远意义的课,学生的学才是有深度的学。但实际的教学中,一部分教师只注重了数学知识的传授,忽视了数学模型的建构,导致学生应用意识差,不会举一反三。
   如何在课堂教学中引导学生建立数学模型呢?笔者将用一年级上册“减法的认识”与三年级下册数学广角“搭配”两课来说明数学模型建构的一般步骤。
   一、精选问题,创设情境, 感官参与
   现实世界中有大量的关于数量关系与空间图形的客观现象与事物,这些现象与事物都可以从数学的角度去观察、分析、解释;从这些现象与事物中可以抽象出大量的数学模型,生活问题就是数学模型的原型。生活问题的呈现方式多种多样,语言叙述呈现、故事讲述呈现、图表图片呈现、操作演示呈现、表演呈现、游戏呈现、实物呈现等,这些方式的呈现目标都只有一个,将其转化为数学问题。这些现实问题种类也是多种多样,有关于生活的现实、有关于数学的现实、有关于其他学科的现实,或与学生的生活很接近、或体现了时代的特点与要求,这些情境内容符合学生的年龄特征,有利于学生通过对比、观察、分析、实验、猜测、推理、交流、反思等,感悟知识的形成和应用,经历一个完整的学习过程。总之,它们都能够很好地激发学生的数学学习兴趣,能够为模型的建立提供很好的探究素材,蕴含着数学知识与数学思想方法。生活情境的呈现,能够激发学生调动多种感官,眼、手、耳、脑并用,在倾听或者观察的过程中,分析、抽象、概括、发现并提出数学问题,培养学生数学意识与问题意识。
   例1:一年级上册“减法的认识”
   课本呈现的情境是一幅图,教师可以引导学生分解成两幅图来阅读,第一幅图有4个气球,第二幅图飞走了1个气球。在这个过程中可分层观察,从第一幅图中获取了什么信息,第二幅图呢,能把两句话连起来完整地说一说吗?根据这两句话,你能提出一个数学问题吗?学生得出:“有4个气球,飞走了1个,还剩几个气球?”将生活问题转化成数学问题,为下一步的探究提供了素材。
   例2:三年级下册数学广角“搭配”
   老师创设了这样的生活情境,周末丽丽要去参加一个社会实践活动,妈妈拿出了2件漂亮的上衣与3条裙子,丽丽犹豫了,到底穿哪件上衣和哪条裙子呢?将生活中的问题转化成数学中的问题:“2件上衣、3条裙子,要搭配一套衣服,共有几种搭配方法?”为下一步的探究提供了素材。
   二、逐步抽象,抽丝剥茧,建立模型
   说到底,数学的所有知识都是以模型结构呈现出来的。例如,一个具体的数字、数的意义、一个具体的算式、四则运算的意义、运算定律、一个具体的方程、方程的意义、典型的数学问题等都是数学模型。数学模型如何建构,必须有一个不断抽象的过程,将生活情境抽象成数学情境。数学情境抽象成数学事实,数学事实抽象成数学事理,数学事理抽象成数学算式或符号或图表等结构模型。在这个过程中,数学问题是探究的素材;学生是经历这个过程的主体;观察、对比、分析、实验、猜测、推理、交流、抽象、概括、反思都是学生建模要使用的方法与手段。学生利用这些方法一步步抽象、抽丝剥茧,去除数学问题中的非本质的属性,留下最本质的东西,形成数学模型。
   例1:一年级上册“减法的认识”
   把生活中的问题抽象成数学中的问题。“一共4个气球,有1个飞走了,还剩几个气球?”学生异口同声说出:“4-1=3。”教师这样做:1.用手中的圆片代替气球摆一摆,边摆边说4、1、3分别表示什么。2.找学生拿着磁性教具在黑板上边摆边汇报。有的学生用情境中的气球说明了4、1、3所表示的意义,有的用圆片叙述了4、1、3所表示的意义,有的用贴圆片的磁铁叙述了4、1、3所表示的意义。在这个环节中,教师引导学生观察,用气球情境来抽象符号算式4-1=3,同时很巧妙地引导学生由具体到抽象,脱离了气球情境,学生用图形操作理解了4-1=3 的意义,逐步加深对具体算式“4-1=3”这个模型的认识。
   例2:三年级下册数学广角“搭配”
   学生将生活中的穿衣服问题转化成数学中的搭配问题,并能够用2件上衣图片与3条裙子图片,通过连线的方法有序地思考,教师接着引导学生进一步抽丝剥茧,建立模型。师:“看来同学们都有了自己的想法,但是我们不能每次遇到这样的问题都要用衣服图片来摆一摆吧。能用比较简洁的方法表示出你的想法嗎?”几分钟以后,学生开始汇报。有的用A1、A2 表示两件上衣,用 B1、B2、B3表示三条裙子;有的用A、B表示两件上衣,C、D、E表示3条裙子;有的用1、2表示上衣,3、4、5表示裙子;有的用简笔画画出来。这些都是通过列举或者连线得到6种搭配方法。紧接着学生在对比中优化方法,进一步抽象出2件上衣、3条裙子搭配的比较完美的树状符号结构模型。
   三、回归生活,拓展外延,深化认知
   当数学模型初步建立成功以后,教师绝不可以戛然而止。引导学生建立数学模型的意义何在,就是为了学生能够应用新知识模型,灵活解决生活中的数学问题,从生活中来,又回到生活中去,使得学生感受数学的价值与趣味。这时候的数学模型还不够牢固,教师还需要设置一定的活动引导学生牢固掌握这个数学模型。这个过程中,一般有两种方法,第一种方法是利用数学模型讲述生活中的故事,加深学生对模型的认识。二是设置层次性的练习,在练习的过程中加深对数学模型的认识。    例1:一年级上册“减法的认识”
   当学生理解了“4-1=3”这个算式模型不但可以表示气球问题,还可以表示圆片问题和磁铁问题时,教师为了拓展模型的外延,让学生讲几个关于“4-1=3”的故事。学生讲的故事可真丰富,有关于喝牛奶的故事, 有关于用钱的故事,有关于吃苹果的故事,有关于小兔子的故事等。通过思维的发散与联想对模型加以扩张和推广,赋予“4-1=3”更多的“模型”意义。学生学习减法,重在理解“减法”是怎么一回事,对减法的“□-□=□”有生动的认识。学生知道了,从整体中去掉一部分,求剩余的就会用减法。同时对于具体的算式“4-1=3”这个模型,它不光可以用来计算气球的问题,还可以用来计算牛奶、用钱等更多的问题。
   例2:三年级下册数学广角“搭配”
   学生抽象出2件上衣与3条裙子有几种搭配穿法的基本树状符号模型,也通过理解得到了衣服搭配的乘法模型“2×3=6”。这时候,能搭配几套服装的模型刚刚建立,教师要继续引导,使模型得到进一步的拓展与扩张。教师追问:“如果有3件上衣3条裙子,有几种搭配方法?4件上衣3条裙子呢?5件上衣3条裙子呢?100件上衣3条裙子呢?”从乘法的意义出发,将“上衣件数×裙子的条数=搭配总数”这一算法作为模型,突破教材的思路,向前延伸,向后拓展,以“一个几为母体”,生出“几个几”的组合,由简到繁,再化繁为简,也能充分彰显数学“模型”的魅力。
   接着教师又让学生讲故事:“A1、A2表示上衣,B1、B2、B3表示裙子,得出搭配的穿法有2×3种,生活中还存在哪些类似的问题,A1、A2,B1、B2、B3还可以表示什么呢?你能举一个例子吗?”黑板上的搭配树状模型,不仅适用于衣服的搭配,对于菜的搭配,路的搭配,早餐的搭配,男女生跳舞的搭配等搭配问题,都可以用这个模型来解决。
   由上面的例子可以看出,数学教学的本质就是不断地抽象,逐步去掉数学结构的物理属性;不断地概括,总结出数学的本质属性;不断地模式化,形成特定的数学结构。“问题情境”到“建立模型”再到“拓展验证”这三个步骤,是模型的建构过程的基本步骤。
  参考文献:
  [1]王光明,范文贵.新版课程标准解析与教学指导.小学数学[M].北京:北京师范大学出版社,2012:82-86.
  [2]王永春.小学数学与数学思想方法[M].上海:华东师范大学出版社,2014:87-91.
                                                                                                                                                                                                 ■ 編辑/魏继军
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