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初中生数学建模能力的培养策略探究

田晓丽

陕西省西安市航天中学,710100

摘要: 在新时代教育改革发展的大背景下,许多一线教师对思维能力培养做出各种有益的探索,在实践中探寻理论指导教学的路径,以期让学生的思维能力发展真正落到实处。将数学建模作为核心素养并融入课程内容中是课程改革的一项重要举措,能够有效地改变教师教学方式和学生学习方式,为数学联系现实世界提供了一种有效方式。
关键词: 初中数学;建模能力;方法
DOI:10.12721/ccn.2022.157111
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近年来,随着教育改革的不断深入,原本的应试教育理念被摒弃,学生学习不再是为了考试,而是为了将学到的知识运用于实际生活。但是很多初中生在学习数学这门学科时,往往存在学了却不会用的现象。即学生虽然掌握了数学理论,但是在遇到问题时却无法应用学到的知识进行解决。针对这一现象,教师要给予足够的重视,不仅要在教学中为学生讲解数学理论知识,同时还要培养学生的数学建模能力,以此促进学生数学学科核心素养的提升。

一、数学建模思想的内涵

数学建模思想是数学学习和思考过程中最为常见的一种数学思想,是在进行数学问题解答的过程中通过数学语言和数学方法的运用,将原本复杂、烦琐的数学问题进行简化、类比成相似的实际问题从而再进行解答的一种高效、便捷的数学解题方法。其根本目的就是发散学生的数学思维能力,让学生在问题思考的过程中去感悟数学的价值,体会解题之后的喜悦,促使其进一步提升数学学习乐趣,这对于初中生来讲是提升数学的分析能力和思维能力一个绝好的方式。数学建模活动主要由数学、建模、活动三个关键的部分组成,“数学”主要是指数学学科本身的自有属性,包括数学语言、数学方法、数学思维等方面。而其最终的目的是运用数学知识分析问题、解决问题。“建模”主要是指通过运用数学符号,将现实生活中遇到数学问题,通过各种函数、方程来表达其变化规律的过程。“活动”是指为实现学习目标而采取的行为活动,包括数学问题的发现、提出、简化、假设、建模、求解等系列的学习活动。

二、培养初中生数学建模能力的策略

(一)培养学生的建模思想

构建数学模型是一个复杂的过程,初中教学中涉及需要建模的问题较少,学生还未产生将题目中多种不同的已知条件与要求整合起来进行分析的意识,因此教师要针对这一情况,由易到难建构数学模型,逐步培养学生的建模意识和思想。

比如针对“销售问题”,笔者设计了这样一个题目:“足球专卖店中有一种足球的标价为 150 元,店家为了增加销量,开展促销活动,打八折出售,其销售利润为20%,求足球的进价是多少?”学生开始解题时会直接用足球的价格乘以0.8计算出打折后的销售价:150*0.8=120(元),再根据20%的利润计算进价:120/(1+20%)=100 (元)。利润与进价的问题在初中阶段十分常见,这种解题思路就是一种典型的再现性思维,是对以往知识的复习与再现。教师可以借助数学模型培养学生的发现性思维。分析题目中的已知条件“足球的定价为 150 元,促销活动是打8折销售,利润为20%。”指出“20%”实际上是商品销售的利润率,其计算公式(利润率模型)为:商品销售的利润率=(售价-进价)/进价*100%。利润率模型是一种常见的简单数学模型,因此教师可以引导学生利用这个模型求解。设足球的进价为 x 元,根据利润率模型列出方程:(150*0.8-x)/x=20%,解得 x=100。这种解法可以将已知的条件直观地呈现出来,学生通过已知条件构建模型,能更深刻地体会到应用方程解决实际问题的实用性。

(二)设计创新性的数学问题,营造良好的课堂氛围

问题是激活学生思维的重要手段,科学的问题设计可以引导学生开阔思维,更好地推进教学活动的开展,因此教师在备课时就要吃透教材,立足教材,结合学生的认知发展情况,设计出具有开放性、启发性的数学问题,引导学生在探索问题过程中强化自身的建模意识。

比如下题:“已知市电视台在学校的南偏西54°方向,发射塔建在电视台的正北方向80km处的山上,小陈在学校测得发射塔在学校的北偏西36°方向,求学校到电视台的距离。”学生解题前,教师先做出提示:“本题中已知条件有哪些?是否能够根据这些已知条件对题目进行简化?”经过思考,学生可以意识到该问题是一个几何模型,要先作图得出一个直角三角形,再运用直角三角形知识求解。这类问题通过构建几何模型使抽象的问题变得直观、简洁,学生理解起来更加容易,解决问题也更高效。

(三)强化学生应用数学模型解决现实问题的意识

数学源于生活又回归生活,初中数学课程涉及很多日常生活中的实际问题,与生活息息相关的数学模型可以强化学生的建模意识,使其认识到数学知识的实用性,激发其学习兴趣。

比如在学习不等式的相关内容时,教师可以这样设计题目:“学校组织学生参加社会活动,旅游公司有大、小两种客车可供租用,每辆50座的大客车日租金为500元,40座的小客车日租金为400元。学校计划租用5辆客车,且要求租金不超过2200元,问:(1)最多可租多少辆大客车?(2)如果参加活动的师生一共205人,请设计出一个合理的租车方案。”该题目具有多个已知条件,知识点分散,对于学生而言有一定难度,因此教师可以利用表格将已经条件呈现出来。设租用 50 座客车 x 辆,根据租金的限制,学生可以列出不等式500x+400(5-x)≤2200,解得x≤2根据不等式的解集和实际意义的限制,可确定x的取值范围为0≤x≤2,由此得到第(1)题的答案。第(2)题要考虑人数的要求,可直接利用(1)的模型,列出不等式50x+40(5-x)≥205,解得x≥0.5自然数x满足的条件为1≤x≤2,从中可以得出合理(费用最低)方案。接着,教师可提醒学生注意本题中数据的特殊关系:“两种客车的座位数之比等于租金之比”,只要构建一个不等式模型就可以同时回答两个问题。205/10≤5x+4(5-x)≤2200/100,解得1≤x≤2这种设计既提高了课堂教学的趣味性,又能强化学生的建模意识。

三、结语

随着素质教育的不断普及,学生数学建模能力的培养不仅是其核心素养发展的必然要求,同时也是提高其社会适应能力的重要手段。因此,在当前的教育环境下,教师应该积极在数学课堂教学中渗透数学建模思想,并通过转变数学教学观念、构建数学问题情境、完善数学课堂引导、开展小组合作探究、重视实际生活融入、组织数学实践活动等策略,培养学生的数学建模能力。

参考文献:

[1] 高健.创新教学策略渗透核心素养:核心素养视角下初中数学教学策略研究[J].科普童话(新课堂),2019(27):51.

[2] 糜玉.初中生数学建模能力的培养方略[J].数学大世界 (中旬),2019(1):35.

[3] 刘伟.初中生数学建模能力培养研究[D].曲阜:曲阜师范大学,2020.