一、数学建模的概念
数学模型可将数学知识通过数学符号、式子、程序、图形等简洁的方式呈现出来。数学建模则是从实际的课题中进行抽象和提炼数学模型的过程,是对客观现象以及发展规律的解释。能够让学生对数学知识有一个形象且整体的了解,并培养学生解决实际问题的能力,同时通过实际生活案例来提升学生数学学习的兴趣,从而间接地起到提高学生数学学习效果的作用。就目前的情况来说,数学建模的实用性和创造性逐渐被教师认识,教师逐渐意识到数学建模可以帮助学生运用所学的数学知识解答生活之中的问题,同时也可以培养学生建立模型的能力。但在教学过程中,教师需要特别注意数学模型并不是现实问题的转变,而是需要通过灵活运用来解释问题。
二、高中数学教学中培养学生建模能力的现状和分析
从目前的高中数学建模能力培养来看,学生的建模能力相对来说比较薄弱,对于数学建模学习的意识也不强。而造成这些问题的主要原因就是学校和教师对于学生能力培养方面的不重视,没有在数学教学过程中主动开展有关数学建模方面的教学,而是将教学重点都放在数学基础概念和基本定理的教学之中,从而忽视了学生数学建模能力的培养,学生也失去了学习和了解数学建模的机会。但是随着社会发展速度的不断加快以及人才培 养要求的不断提高,如何培养学生灵活运用数学知识分析和解决实际问题,加强学生数学建模能力的培养也受到了社会各界的广泛关注和重视。尽管在某些地区数学建模教学已经取得了一定的成果,但是高中阶段的学生数学建模能力的培养仍然有待加强,也希望学校和教师投入更加多的关注和精力,应该充分认识到数学建模能力的培养对于学生未来学习和发展的重要意义,尽最大能力为学生提供数学建模学习的机会和条件,让学生在未来激烈的人才竞争中更加具有优势。
三、高中数学课堂中培养学生建模素养策略
(一)为学生营造活泼良好的课堂教学环境
在数学建模活动的开展过程中,要让学生在解决数学问题时灵活运用数学知识,培养学生的观察能力、创造能力以及思维能力,为学生营造活泼良好的 课堂教学环境,让学生在自由和谐以及具有研究精神的课堂中学习,不仅可以激发学生的学习兴趣和积极性,而且对于学生数学建模能力的培养也具有非常重要的意义。
就以人教版高一数学、必修第一册 2019( A 版) 、 第二章第 3 节《二次函数与一元二次方程、不等式》为例: 教师在根据这节课进行举例时可以结合生活中的一些实际问题来进行说明,然后通过数学建模的形式找到解决问题的方法。比如家人开车带着自己出去旅游,汽车以 60 km/h 的速度从家到目的地,在目的地停留 5 个小时后,再以 50 km/h 的速度回家,这样就可以根据时间与距离的关系得出一次函数。根据路程=速度×时间,可得出路程 x 和时间 t 得函数关系 式 x( t) ; 同样,可列出 v( t) 的关系式,要注意 v( t) 是一个矢量,从 B 地返回时速度为负值,重点应注意如何画这两个函数的图像,要知道这两个函数所反映的变化关系是不一样的。通过这种方式不仅可以让学生更加具有代入感,更加积极地参与课堂教学中去,而且也可以让学生体会到数学建模的具体作用,让学生真正地对数学建模产生兴趣,对于学生数学建模能力的提升也具有非常重要的意义。
(二)进行建模问题的合理选择
高中数学建模的载体是问题,建模问题选择的合理性能够直接的影响教师的教学效果,所以教师一定要注重对于建模问题的合理选择,促使学生的学习积极性能够得到提升。 通过建模问题激发学生的学习热情,从而才能够让数学建模教学效果发挥出来。教师在进行建模问题的选择时需要注意三点,首先教师要贴近学生的经验进行选择,教师要了解学生的日常生活,将学生所熟知的现实情景应用于建模问题的选择,这样才能让数学建模课程有序的进行,同时也能够提升学生的学习积极性。其次,教师还要注意保持问题题材的趣味性。数学建模题材的选择需要教师选择一些学生感兴趣的内容,这样就能够激发学生的求知欲,让学生对于数学建模课程拥有良好的兴趣。教师要关注学生感兴趣的热门话题,在寻找数学建模课程与热门话题之间的连接点,从而能够拟订一个富有趣味的建模问题。最后教师还要注意建模问题难度的适宜性,因为不同的学生具有不同的数学素养,所以教师要保证建模问题的难度适中,让不同层次的学生都能够通过已经具备的知识和方法解决相应的问题,从而就能让学生对数学建模的学习产生一定的自信心,在一定程度上也提升了学生学习的主观能动性。
例如:在进行人教 A 版第九章《统计》的教学时,对于《随机抽样》这节课的教学过程中,教师就要注重对于建模问题 的选择,让学生能够在问题的指引下更好的了解表格模型的形式,从而掌握获取数据的途径,并能通过数据表,把它们合并整理。在对于《用样本估计总体》的教学时,教师就可 以借助“阅读与思考”的教材内容,给学生提出一些实际问题,如:统计学在如今的军事上是如何应用的?这样一来学生就可以发现数学知识对于国家发展的重要性,从而重视对于数学模型的学习。教师就要充分利用建模问题来激发学生 学习的热情,激发学生求知欲,希望通过实践学习进一步学会统计模型的构建。对于《统计案例》一课的讲解,教师也可以让学生模拟案例,先统计学校内学生的肥胖情况,然后在进行相应的分析,在这过程中让学生明白统计模型的建立不仅需要进行数据的整合,同时也要致力于数据的分析,这样才能够实现统计模型的建立意义。这样简单的实践操作可以让学生掌握基本的建模原理。当然教师也可以提出一些用样本估计总体的问题,让学生对于样本的重要性有一个思考,让学生能够知道样本对于整体估计的作用,这样学生就可以明白统计模型构建的意义。
(三)数学教师要仔细钻研高中数学教材中蕴含的数学建模例子
高中数学教师要在学习高中基础知识和教材的过程中,渗透数学建模的思想和素养,首先就要做到仔细研读数数学教材的内容,钻研教材中蕴含的数学建模例子。教师在课堂上选取的例子应该贴合生活和教材实际,而不能脱离教材,这样学生容易理解,并且所运用的数学建模的思想和方法,在数学解题过程中也会有所应用。例如,在学习空间几何的相关知识点时,教师可以通过长方体、棱柱、棱锥、正方体以及正四面体等一些特殊的例子建立相关题目的解题模型,如在高中常常考查这一个知识点,就是这些特殊几何体外接球的表面积问题,教师可以在讲课的过程中结合这些特殊几何体的性质特点和外接球表面积的计算公式等一些基础知识点,建立相关数学解题的模型,方便学生在以后做题过程中直接应用。
高中数学建模作为数学教学中一种重要的教学模式,需要教师充分的重视课本中现有的建模问题。然后再不断地进行合理的选择,把选择出来的模型进行建模方法的优化,之后进行建模策略的强化,这样就能够拥有良好的建模效果,学生也能够掌握数学知识,实现数学综合素养的提升。当然,教师在进行数学建模的过程中也要注重对于问题的解决,注重模型构建的规范性,还要注重培养学生的建模思维。
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