高中数学教学中培养学生数学建模能力的探索
王玉庆
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王玉庆,. 高中数学教学中培养学生数学建模能力的探索[J]. 建模与系统仿真,2022.8. DOI:10.12721/ccn.2022.157074.
摘要:
高中阶段数学学科的学习对于学生的重要性不言而喻,如何提高学生数学学习的效率和效果也是教师比较关注的话题。特别是随着社会的不断发展,培养学生的综合素质、学科核心素养、创新精神和实践能力也成了人才培养的主要目标。高中数学建模能力培养是数学教学的主要内容,也是数学学科六大核心素养之一,如何帮助学生掌握运用数学知识、数学思想和方法解决实际问题也是数学建模的主要应用内容。
关键词: 高中数学;课堂教学;数学建模能力
DOI:10.12721/ccn.2022.157074
基金资助:

在高中数学建模的教学过程中,如何充分发挥数学建模的教育功能,培养学生的数学学科素养、数学观念、学习态度以及互助精神,激发学生对数学建模学习的兴趣和积极性,培养学生的学科素养和能力都是数学建模教学过程中应该重点关注和注意的问题。特别是随着数学建模的广泛应用,如何在高中数学教学过程中培养学生的数学建模能力也变得更加重要。

一、通过各种教学方法和手段强化对数学模型的认知和理解,实现教学目标的达成

数学建模简单地说就是理解给出的现实情景,能尝试从情景中去找数学问题,以便得出数学模型。找出模型的前提是要深刻认识和理解各种数学模型。因此在课堂教学中教师应通过各种教学方法和手段强化学生对高中阶段的各种数学模型的认识和理解。

1.1常用变式强化学生对数学模型的认识

数学模型的概念教学不是一个新鲜的事物,但在课堂教学中的地位至关重要,对以后数学建模的活动成功与否起到关键作用。

例如在讲解椭圆定义:在平面内到两定点F1、F2的距离之和等于常数(大于│F1F2│)的点的轨迹是椭圆。后让学生修改条件进行变式,看看可以得到哪些新的结论?问题提出后,学生表现很活跃,学生通过类比、推广、联想等数学思想方法进行探究,讨论提出了许多变式问题,最后根据同学的提出的变式问题进行归纳总结主要有如下的问题。

变式1:在平面内到两定点F1、F2的距离之和等于常数(小于│F1F2│)的点的轨迹是无图形。

变式2:在平面内到两定点F1、F2的距离之和等于常数(等于│F1F2│)的点的轨迹是线段F1F2

变式3:在平面内到两定点F1、F2的距离之差等于常数(等于│F1F2│)的点的轨迹是两条射线。

变式4:在平面内到两定点F1、F2的距离之差等于常数(小于│F1F2│)的点的轨迹是双曲线。

变式5:在平面内到两定点F1、F2的距离之差等于常数(大于│F1F2│)的点的轨迹是无图形。

变式6:在平面内到一个定点的距离等于常数的点的轨迹是圆。

变式7:在空间在到一个定点的距离等于常数的点的轨迹是球。

变式8:在空间中到两定点的距离之和等于常数(大于│F1F2│)的点的轨迹是椭球。

变式9:在空间中到两定点的距离之差的绝对值等于常数(小于│F1F2│)点的轨迹是双曲面。

条件改变之后,结论也有所改变,通过这种变式,既让学生对椭圆这一数学模型有着深刻的理解和认识,有有助于实现本节课的教学目标。

1.2在课堂教学中通过加强信息技术的应用强化对数学模型的理解

三角函数模型是高中阶段学习的最重要的一个数学模型,同时也是教学中的重点与难点,尤其是三角函数的图像变换。老师讲解了很多次,学生仍然一知半解,究其原因主要在于学生对于ω,Φ的图像意义不理解。在这一内容的教学中充分利用信息技术通过相关作图软件和网页绘图,用图形形象的解释ω,Φ的图像意义。

在通过作图软件形象解释和演示后,学生在遇到三角函数模型问题的时侯能够较为清晰的解决问题.例如这样一道题:某摩天轮车半径为5m,它的最低点A与地面距离为1.8m,60秒转动一周,O为缆车的圆心,以OA为始边,逆时针转动θ角到OB,设B点与地面距离是h.⑴设从OA开始转动,经过t秒后到达OB,求h和t之间的函数关系式,并求缆车到达最高点时所用的最少时间是多少?大多数学生都能以O为坐标原点建立平面直角坐标系后,很快建立三角函数模型.因为从题目中可以知道振幅A=5,角速度w是为2π/60,启始位置就是初相Φ,故Φ=-π/2,即y=5sin(π/30x-2/π)+1.8。由此可见引导学生利用信息技术,数学模型中的认识,有助于强化学生对高中阶段的各种数学模型的认识和理解并实现教学难点的突破。

二、挖掘教材内容价值,创设建模情景,培养数学建模能力

高中数学教学任务重内容多,经常性开展数学建模活动并不现实,作为课堂教学的主导者,教师应当充分挖掘教材内容的价值,在正常的课堂教学中给学生创设数学建模情景,引导学生经历数学建模过程,形成数学建模思想,培养数学建模能力。例如在学习独立性检验这一内容时,笔者选择了学生比较感兴趣的性别与成绩是否有关的话题进行引入,针对这一问题学生展开了激烈的讨论,课堂实录如下:

师:上课前我在和一位女同学谈话的过程中,她对我说女同学数学就是没有男同学学的好?大家觉得呢?性别对数学成绩有影响吗?

生1:有,我就是没有生A学的好?

生2:那我还没你学的好呢?

生3:不能这样用特例进行比较,我们学过了统计应该进行抽样调查一部分人来分析比较。

生4:你说的对,可现在我们到哪抽样调查?

师:我这里有上次考试的全年级的数学成绩可以提供给大家分析比较。本节课我们就研究性别对数学成绩是否有影响?

师:出示成绩统计表

师:利用excel对数据进行统计并填入表格。

这节课学生在未经预习前提下,通过观察、实验、猜想、讨论等活动中,逐步形成数学建模意识。虽然最终的结论并不是学生给出,但学生的数学建模意识得到了强化,得到P(AB)=P(A)P(B)这一数学模型。使学生提出问题的过程,思维过程和思想方法得以充分展示,有助于学生对统计分析的思想的理解和数学建模意识的养成.同时突破了独立性检验这一教学难点。使学生了解和掌握了独立性检验的意义和本质。

数学建模是数学学科的六大核心素养之一,如何在课堂教学中培养学生的数学建模能力,养成这一核心素养需要我们教师充分挖掘教材内容价值,创设建模情景,让学生掌握常见数学模型,经历、回顾和反思数学建模过程,提高学生的数学建模能力和水平。

参考文献

[1] 张军林.在高中数学教学中如何培养学生解决实际问题的能力[J].语数外学习,2019(8):39.

[2] 万莹.在高中函数教学中培养学生数学建模能力的研究与实践[J].新教育时代电子杂志:教师版,2019(28):140.

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