数学模型搭建了数学与外部世界的桥梁,是数学应用的重要形式,它是应用数学解决实际问题的基本手段,也是推动数学发展的动力。在数学建模核心素养的形成过程中,学生会积累用数学解决实际问题的经验,能够在实际情境中发现和提出问题,针对问题建立数学模型,运用数学知识求解模型,并尝试基于现实背景验证模型和完善模型,提升应用能力,增强创新意识。
一、初中数学建模素养培养的意义
对数学建模素养来说,其属于数学核心素养中的重要内容,与新课程的改革方向相一致,可以对学生的思维进行拓展,使得学生的综合能力得到发展。事实上,人的大脑会蕴含十分丰富的知识,最重要的就是需要开发以及利用。而对数学建模素养而言,正是对学生大脑进行优化的主要手段。学生在学习的过程当中,通过进行建模,也就可以解答更多难理解的问题,使得学生更易掌握知识。而且,数学建模也会使得教师对不必要的教学环节加以减少,使得课堂氛围更加热烈,提高教学的效果。由此可知,无论是对学生还是教学来说,数学建模都是十分关键的。
二、数学建模思想在初中数学教学中的应用策略
(一)强调建模思想的重要性
教师在教学过程中强调建模思想的重要性有利于激发学生的学习动力,形成“学生主动学”的氛围,从而提升教学效率。
首先,教师可以利用榜样示范法强调建模思想的重要性,一方面,教师可以选取数学史上与建模思想有关的小故事,例如教师在讲解《勾股定理》的时候,为学生讲述毕达哥拉斯参加餐会,从大理石地砖图案中发现勾股定理的故事,毕达哥拉斯发现并证明勾股定理的过程便是数学建模的过程;另一方面,教师观察班上学生是否有人已经具备模型意识,教师对有意识利用数学模型解题的学生展开表扬鼓励,要求班级其他学生向他学习。其次,教师可以通过对比的方式强调建模思想的重要性,即教师在讲解题目时,先利用一般的解题方法讲解例题,然后为学生讲解该题目所涉及的数学模型,指导学生利用数学模型快速解题,让学生感受到利用数学模型解题能有效提升解题效率这一事实,从而激发学生的建模意识。最后,教师可以利用说服教育法强调建模思想的重要性,即教师为学生阐述建模思想对他们当下和未来的数学学习的重要推动作用,提升学生对建模思想的重视。
(二)指导学生掌握建模能力
在学生已经初步了解建模思想的应用意义并在头脑中储备了足够的建模经验时,教师应该指导学生自主完成建模,即利用教师提供的建模经验,自主建立数学模型并检验。为了活跃课堂气氛,激发学生的建模积极性,教师可以组织学生小组合作,以合作探究的方式完成数学建模任务。在初中数学教学内容中,很多知识点都涉及建模思想,例如方程(组)模型、不等式(组)模型、函数模型和几何模型,教师根据本班级的教学进度合理安排数学建模任务。
例如教师在完成《勾股定理》的教学后,可以为学生提供题目,该题目是“手拉手”模型的典型例题,教师要求学生以小组合作的形式分析该题干已知条件的特点和各小题的证明方式,研究当等腰直角三角形的条件变为普通等腰三角形和等边三角形,各小题结论是否仍然成立。教师要求学生总结探究结果,得出“手拉手”模型的图形特征为:两个顶角相同的等腰三角形顶角的顶点重合;“手拉手”模型可得出的结论为:(1)拉手后得到一组全等三角形,拉手线相等;(2)拉手线的夹角=等腰三角形顶角;(3)拉手线交点与公共顶点的连线平分拉手线夹角。当普通等腰三角形变为等腰直角三角形和等边三角形,则特殊“手拉手”模型可以得到更多的结论,以等腰直角三角形“手拉手”模型为例,由于拉手线夹角等于等腰直角三角形的顶角,所以出现90°夹角,得到线段间的垂直位置关系和线段间的数量关系。
(三)给予学生数学模型应用训练
能否通过读题识别出数学模型并利用模型思想解决问题是检验学生是否真正具备模型意识和掌握模型应用能力的最佳手段,所以教师要给予学生模型应用训练,一方面帮助学生查缺补漏,另一方面令学生真切感受模型思想对数学学习的帮助。首先,教师在完成数学模型教学后应该及时为学生提供配套的模型应用训练,加深教育影响,巩固学习成果。
例如,教师在完成《一元二次方程解决实际问题》的教学后,引导学生掌握“阅读题干,提炼数量关系—设未知数并代入数量关系—解方程—检验”这一解题模型,然后为学生布置一元二次方程应用题的作业,要求学生利用模型解题。需要注意,教师要平衡好模型应用训练中模型应用和思维拓展的关系,避免令学生形成固定思维,从而遏制学生发散思维、收敛思维和联想思维等高品质思维的发展,如教师在检查《一元二次方程解决实际问题》的应用题解题模型应用训练效果时,教师应该首先判断学生的求解过程是否正确,若学生的求解过程无逻辑硬伤且答案正确,则教师不应该强行要求学生严格按照模型步骤开展解题,若学生的求解过程逻辑不清且没有完整解答问题,则教师应该要求学生记忆模型步骤和了解模型原理,首先严格按照模型步骤完成解题,然后再探索属于自己的个性化解题方式。其次,为了拓展学生思维,加深学生对模型的理解,教师可以为学生提供模型变形应用练习,但要注意遵循循序渐进的原则,为学生提供由易到难、由浅入深的解题体验。
三、结语
伴随新课改的进一步推进,在初中数学课堂教学中,如何渗透数学建模思想并进行建模素养的培养,已成为一项重要研究课题。初中数学教师若想在数学建模方面保障学生的学习效果,有必要将该思想的作用在课堂教学中最大限度地发挥出来,依据习题和教材扎实掌握数学模型。同时和现实生活所涉及的数学问题紧密联系,提高学生的数学建模素养并增强其思维意识,进而提高其学习数学建模内容的兴趣,逐渐强化其对现实问题的分析处理能力。
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