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高中数学建模核心素养的培养探究
张其莲

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张其莲,. 高中数学建模核心素养的培养探究[J]. 建模与系统仿真,2022.1. DOI:10.12721/ccn.2022.157008.
摘要:
高中数学建模能力培养,是一项具有创造性的思维教学活动。它要求教师通过课堂教学,锻炼中学生的主动学习能力与习惯,并懂得结合实际生活,运用数学工具和理论知识解决实际问题,最终解读和理解高中数学的实用意义。本文从当前高中数学关于建模教学的现状出发,以培养学生的抽象思维、逻辑推理、直观想象、数据分析及数学运算等多重核心素养为目标,简要分析高中数学课堂教学中,教师应采取哪些方法进行数学建模能力培养,来更有效的实现学生数学能力的提高。
关键词: 高中数学;建模核心素养;策略
DOI:10.12721/ccn.2022.157008
基金资助:

1. 注重建模培养突破建模教学

对于大部分学生而言,数学建模的概念还十分抽象,学生并不能十分理解,甚至有部分教师也没能在当前的数学课堂教学当中将建模能力培养作为目标付诸行动。教师意识不足造成了数学建模不被重视,这也造成了很多教师没有对学生进行理论指导的能力,所以,学生通过课堂无法获得真正的数学建模的学习机会,也就缺乏相应的数学建模的过程体验,更无从谈起数学建模能力的养成。基于此等现状,作为高中数学教师,首先要树立明确的建模培养意识,准确把握建模要求;其次,课堂教学中要努力创造数学建模的培养时机,有意识的开展实践教学活动,让学生不仅可以学习数学理论,还可以自主运用理论知识解决现实问题。

教师要具备初级模型建立的教学意识,将一般的建模教学过程融入到具体的课程当中。要让学生明白通过数学建模,是让学生懂得利用一定的模型规律和数学工具去解决相应的一类问题。如用最简单的模型工具解决最复杂的数学问题,即倡导用最简单的模型方法解答学生所遇到的各种复杂的数学问题。如几何问题当中关于证明三角形全等的问题,学生应学会利用符号表达,对题目中的相关变量进行数学表示,然后,通过模型假设和数学运算,进行相应的证明,得出最终结论。而且,这一模型的建立过程,学生可以获得基础知识巩固、新知识学习的效果,最终形成对这一类题目的解决能力。

例如:因业务拓展需要,某公司现准备建设一个货物储存仓库,该仓库主要是由上下两个部分构成,上面部分是正四棱锥形状,下面部分是正四棱柱形状,要求正四棱柱的高OO1是正四棱锥的高PO1的四倍。如果AB=6m,PO1=2m,那么请解答该仓库的容积是多少?如果正四棱锥的侧棱长是6m,那么,当PO1是多少时,仓库才能实现最大的容积?

这道题的第一问很简单,在此不再进行赘述。第二问中,转换一下就可以得出仓库的容积,然后,学生通过导数相关知识就可以得出仓库容积的最大值。通过这样的立体几何数学题目的教学,可以更好的帮助学生建立空间想象能力,提高对于空间感知的能力。与此同时,更有助于学生核心素养之中关于直观想象能力的有效提升。在立体几何中所涉及到的数学建模的锻炼和培养,是需要学生通过一定的空间想象能力与实际生活中的立体几何问题进行抽象形状的几何化,将实际问题转换为数学问题,如此一来学生才能通过研究和分析具体的数学几何问题中的数量关系,去解决生活中的实际问题,从而实现建模思维能力的有效培养。

2. 结合实际问题把握建模步骤

新课标的要求下,高中数学教学越来越强调培养学生的建模能力,这是因为通过数学建模学生可以更加贴合实际生活,做到学以致用。而对于高中生来说,越来越多的实际问题也被引用到教学当中,为此,教师要在建模教学过程中,以核心素养的培养为基础,尽量的结合实际问题,让学生在日常的练习过程中把握好建模过程,并在这一过程中实现数学知识的利用、习得与提升。

例如:生活中的常见问题,如将四只脚连线呈长方形的桌子平放在地面上,有时候只有三支腿着地,没能平稳,然后尝试挪动几次后,就可以放稳,请做出合理假设并建立数学模型说明这个问题。针对此题,如果学生不懂得数学建模过程,基本上是无解的。因此,首先,学生要对题目中的相关问题进行假设,我们可以假设地面是连续的曲面、四条腿的长度均等,而且着地的长度足够长、当一条腿接触地面即算着地。如果假设成立,那么答案是肯定的,以长方形的桌子为中心作直角坐标系,然后运用连续函数的相关知识,消除四条桌腿未全部着地时,桌腿到地面的不确定性。以此来完成这道题目的证明解答。对于很多类似的数学问题,教师首先要让学生学会对问题进行假设,然后利用数学符号对模型当中涉及到的量进行意思表示,随后建立模型,对模型本身进行问题解答,最后利用所学的运算知识进行逻辑推理求解。

此外,对于高中生来说,他们在学习数学知识的过程中,很多综合素养和建模能力都是“师傅领进门,修行靠个人”。许多核心素养或能力有时候并不是老师可以教会的,它是需要学生通过课堂学习、课下钻研一步一步,一点一滴的总结和感悟出来的,需要学生日久天长的进行练习和培养,并非一蹴而就。但是,无论是核心素养还是建模能力都是呈现螺旋上升的大趋势,是通过学生在课堂学习和总结的过程逐步从量变到质变的过程。为此,学生在高中数学学习的每个时段都应该主动的做好总结工作,这就相当于在生活中建造一所住房,每一段时间工作后都应该进行系统性的检查,确定没有问题之后才能进行下一步,也只有这样才能确保整个学习过程的质量。

3. 通过建模评价建立核心素养

数学建模能力的教学,不是让学生欣赏模型的过程,而是要通过模型建立的不断练习,提高学生的学习主动性和创造性,并培养学生数学核心素养的形成,从而能够利用所学数学知识对相关的数学问题进行解答。可以说数学建模教学和核心素养的培养,二者相辅相成,建模能力形成,核心素养也便相对有所提高,而核心素养的培养,也是建模能力养成目标之一。因此,教师在课堂教学中,要不断的加强对学生的数学建模能力和水平的正面评价,协助中学生建立学好数学学科的信心。

同时,高中数学知识内容丰富,结构复杂,通过教师的课堂讲解,学生似乎都能听得懂。但是,在课下很多学生又很难回想起课堂上所讲解的知识点都有哪些,或者怎样应用。因此,将模型构建引入到高中数学教学课堂,可以更好的提高学生对于数学知识的理解程度和掌握程度,当学生对新知识具有一定的理解基础后,教师通过模型建构的指导思想,可以帮助学生更好的构建起知识巩固的数学模型。如教师在课堂中讲解关于周期函数的问题时,可以借助多媒体向学生展示三角函数知识图像以及周期函数知识图像。为了保证学生对于三角函数的理解效率,教师可以尝试让学生利用描点法和数据分析法去构建三角函数周期模型。当学生在建模的过程中,教师可以引导学生进行新课程内容的回顾,从而深化学生对于三角函数知识的理解,由此可见,数学建模教学是可以帮助学生实现新旧知识联结和新知识巩固的。或者,在对学生进行空间直角坐标系的教学时,教师可以将一些比较复杂的立体图形展示给学生,让学生根据立体图形构建出相对应的空间直角坐标系模型,然后再根据两点之间的距离公式,将函数解析式顺利求出。

4. 结束语

总而言之,高中数学建模能力的养成,需要教师借助课堂教学进行系统化培养。学生在这一过程中,要努力做到将基础知识进行更为扎实的巩固,从而保证在遇到某些实际问题时,可以做到迅速联想建模,通过模型本身的问题解答,实现对实际问题的有效解决。这一过程是惠及学生终身能力形成和全面发展的重要阶段。

参考文献

[1]陈丽.高中数学核心素养之数学建模能力培养的研究[J].科学大众(科学教育),2020(02):.20

[2]陈学玲.高中数学教学中数学建模能力的培养—基于核心素养视角[J].数学教学通讯,2019(12):25

[3]陈炳泉.高中数学核心素养之数学建模能力培养的研究[J].当代教研论丛,2018(11):05

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