生活中的数学建模实例分析
韩学深
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韩学深,. 生活中的数学建模实例分析[J]. 建模与系统仿真,2021.11. DOI:10.12721/ccn.2021.157109.
摘要:
生活中处处有“建模思想”,数学思想在具体教学中的渗透方向是由分到合、由窄到宽、由内到闭、由表达到理解,只有这样学生生命成长的意义才能从数学教学才能体现出来。从设计教学、学生参与过程、解决问题三方面对数学思想进行渗透。只有在这个时候,数学才真正渗透到了课程中,达到了课堂教学和融入教学的思想存在方式,数学教学才会以文化的方式贴近孩子,贴近孩子的生活。因此本文通过案例分析的方式来探讨数学建模教学策略。
关键词: 抛物线;建模思想
DOI:10.12721/ccn.2021.157109
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引言

在同学们的生活中,有许许多多的事物,往往就存在着同学们学习的知识,千万不要认为知识只存在于书本上,也不要把所有的高科技东西当作巨大的知识库看待,留心生活的每一件小事,背后事情也许没那么复杂,“大道至简”就是这个道理。同学们要透过表象去寻找事务的内涵,进而进行创新,这才是知识的用途。

一、案例分析

(一)建模主题的确定与推到过程

本人教学中的小组,中有几个生活中热爱篮球的男生,于是同学们选择了“投三分球的角度”这个项目。首先同学们构建了球场三分线到篮筐的平面直角坐标系,篮筐到三分线顶弧线距离6.75m,篮筐离地距离3.05m,设投球者身高一米七左右,篮球出手高度为2.00m到2.10m之间。随后,因为篮球在不考虑空气阻力和风的推力的情况下,是一个近似的抛物线,同学们便开始着手构建二次函数图像,由于同学们的物理知识太过于单薄,并且同学们也无法在坐标系上找到抛物线经过的三个点,无法用数学和物理的知识构建图像,于是同学们便选择最笨拙也最真实的方法——实地测量。在组内选择一名成员作为实验人员,在三分线顶弧处多次抛球投球,而小组其他成员在水平的方向为他录像。而后同学们把拍到的录像放慢成一帧一帧,根据图片手绘构建图像。

构建了图像后,同学们的探讨到了第二阶段,找到出手推力的方向。起初,同学们组认为力的方向应该是与抛物线最开始的一小段近乎重合,于是同学们构建了力的方向,一次函数图像,根据比例求出各个点坐标,抛物线顶点大致是(3.06,4.525),一次函数经过出手点(6.75,2)和与抛物线交点(5.66,3.05),求出了一次函数大致的解析式为y≈-0.95x+8.145,因为一次函数,y轴,与过篮筐平行于x轴的直线构成了三角形,于是同学们用三角函数求出出手角度大概是43°左右。

(二)小组讨论环节

但是此想法一经推出,很快就受到了组里大多数人的反对,被同学们自己驳倒了。同学们组内形成了两种观点,观点一认为球在出手的一瞬间就已经受到重力影响开始与力的方向偏离,所以,力的方向应该与抛物线只有一个交点,就是出手点,之后一次函数的是一直高于抛物线的。

此想法的求解过程就比较困难,同学们无法得出一次函数的解析式,而必须根据比例算出三角形的两边,再进行计算。
而想法二认为,篮球在出手时应是描在最高点,于是同学们做了出手点,与二次函数顶点的连线,通过这两个点的坐标求出了一次函数解析式,接着通过函数解析式求出了函数与y轴的交点坐标,同学们再过出手点,做x轴的平行线,与y轴交于另一点,这样同学们就知道了三个点构成的直角三角形的直角边的数值,在通过正切值角度对照表,就能求出出手角度。

于是同学们组重新进行计算和构图,最后得出新的结论为:投三分球的时候,出手角度大概为45°左右。

(三)实验误差分析

本组研究的课题对初中生来说难度过大,是以几何为主而不是以代数为主,并且课题贴近生活涉及了多个复杂的物理知识,和高中数学知识,因此同学们组的研究和结果不够规范规范,有以下几大重要误差:

抛球是三维立体,同学们只是根据二维平面来计算,现实中球是不规则球体,而同学们把它只当成点来计算。抛球涉及许多物理知识,抛球力的大小,作用点,球的旋转速度和方向,球面的材质与空气的摩擦系数等等都未考虑,并且球可能受篮筐篮板等弹力的作用,同学们也未考虑。篮球的抛物线并非是准确无误的二次函数,并且同学们采用手工绘图,偏差极大。计算时因为数字太复杂,所以同学们都近似后计算。最后一种精确数值是 理想化地将篮球的初始运动轨迹变为一条直线,仍有较大误差。与此同时,同学们也在网上查阅了许多对于此课题的研究,他们的准确性和规范性就要比同学们好很多。

二、初中数学建模教学策略

(一)注重体验感悟,逐步抽象

数学教材中的教学难点在于如何让学生在直观的问题解决中感悟其中抽象的数学思想方法。解决这个难点的关键就是让学生主动参与,因为没有主动参与就不可能对数学知识、数学思想方法产生体验;没有了体验,那数学思想方法的渗透只能是一句空话。因此,在教学过程中,同学们应该创设学生感兴趣的各种情境,让他们以一种积极的状态,主动参与到数学教学过程中来,让学生根据自己的体验,逐步领悟数学思想方法。

(二)利用数形结合,发展思维

著名数学家华罗庚说过:“数缺形时少直觉,形少数时难入微,数形结合百般好,隔断分家万事难”。数形结合的思想可以使某些抽象的数学问题直观化、生动化,能够变抽象思维为形象思维,有助于把握数学问题的本质。由此可见,教师在教学过程中要经常利用实物、教具、图表、生活经验、幽默语言等直观教学手段来帮助学生理解数学思想方法,提高学习效率。

三、结论:

数学来源于生活,又服务于生活。生活中的数学建模涉及到的问题比较贴近我们的实际,具有一定的实践性和趣味性,所需知识以初等数学为主,较容易入手与普及。因此,生活中的数学建模应成为培养大众数学应用意识、提高学生数学思维水平、分析和解决实际问题的能力的重要途径。

初中学生的知识还是不够深层,同学们应该把目光放长远,保持良好的学习态度,认知对待数理化。其次数学是一个严谨的学科,做数学研究也应该是一个严谨的事情,要思维广泛全面,不能狭隘拘束,应一丝不苟的看待问题,把所有情况考虑周到。

参考文献:

[1]段景红.在数学建模中提升学生的学习力[J].教师博览,2020(30):80-81.

[2]高咏咏.浅谈如何通过构建生活实践情境实现数学建模能力[J].考试周刊,2020(62):67-69.

[3]陈文阳.情境源于生活 设问归于建模——以一道期末考试题的命制和测评为例[J].中国数学教育,2020(Z3):59-61.

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