《义务教育数学课程标准(2022年版)》中明确提出核心素养囊括了模型思想及应用意识。建模思想是运用数学建模去解决问题的一种重要思想,这种思想也被视为解决数学问题的有力手段。在初中数学教学中渗透数学建模思想,能够启发学生有意识地运用数学语言表达现实世界,使其掌握运用数学模型解决问题的技巧,感悟数学与现实世界之间的联系,在提高实践素养的同时,培养创新意识和科学精神。
一、培养学生数学建模能力的意义
在初中数学教学过程中渗透数学建模思想,可以有效提高学生的总结归纳能力,使其掌握从不同角度看待数学问题的方法,加深其对抽象数学知识的理解,并能够立足实际问题进行建模,从而运用数学思维看待世界。教师在实际的教学过程中,引导学生分析实际生活中的数学问题,运用建模思想拓展学生的解题思路,可以在一定程度上提升学生理论联系实际的能力。
二、基于数学建模能力培养的初中数学教学策略研究
(一)创设生活化教学情境
初中生年龄还小,学习经验不足,对数学基础知识的认知并不全面。因此,教师需要从学生的生活实际入手,以学生较为熟悉的事物为教学引导,创设学生熟悉的情境,从而引导其展开探究性学习。学生进入真实的数学情境中时,紧绷的情绪会得到放松,便会积极地跟着教师深入探究学习,自然而然地应用数学建模思想来解决情境中下达的各项任务。
例如,在教学“不等式”时,为了使学生更深刻地感知不等式在数学和实际生活中的具体应用,教师可给学生创设如下情境:“科学研究表明,每当海拔上升100m,气温便会下降0.6℃。假设某地山脚下平均气温为26℃,现在需要种植适宜生长温度在18℃~20℃之间的一种观赏性植物,我们应该将其种植在海拔多少米的范围内?”在这个情境中,学生扮演起植物种植调查员的角色,采取数学计算的方式得出最佳的种植海拔范围。这个过程充分调动了学生的积极性,带给其更新颖的学习体验,使其主动应用各项数学知识、技能进行数学建模:假设将其种植在海拔X米的地方,结合已知条件可得,每升高1m,气温下降℃,接着列出不等式:
即可求解。通过这种形式,学生会对数学知识有更深的理解,将来他们也会利用相同的办法来解决生活难题。
(二)丰富教学资源和素材
数学知识的学习过程是从旧知识过渡到新知识的过程,数学模型构建也应该从学生已有的知识、经验出发,这样既有利于提高学生的探究能力,也能够培养学生的数学模型构建能力。教师要注重学生对已有知识、方法的迁移,在教学中融入丰富的资源和素材,体现数学抽象知识与具体现象之间的联系,让学生掌握数学模型的构建方法,通过数学模型将数学概念、定理和具体的问题联系起来,这样学生才能更好地运用已有的知识与经验,去探索新的知识,解决新的问题,实现对知识的融会贯通,提高自身的数学模型构建能力。
例如,某个学校要在长120m、宽80m的操场上修建6条并排跑道,如何设计比较合理?教师可以通过多媒体展示操场的样子,并给学生展示有关跑道的知识,让学生了解跑道的规格。操场的跑道一般由直道和圆弧跑道连接而成,并且直道应该尽可能长,圆弧跑道与直线跑道应该相切连接。这样学生就可以迁移以往的作图知识,将实际问题转化为数学问题,通过直线与圆弧的连接设计学校的“跑道”,将几何知识迁移到实际的现象中,将学校的跑道设计转化为几何模型。知识的迁移有利于引导学生运用数学知识和方法分析相关问题,并建立实际问题与数学知识之间的联系,培养用数学思想分析问题的习惯,提高学生的模型构建能力。
(三)巧借生活实例展开概念教学
展开概念讲解,可以引导学生掌握数学理论,促使其形成数学建模思想。教师要在教学过程中,将概念讲解变为思想内核发掘活动,展开概念内容,让学生回忆旧知识,并主动探究新知识,掌握数学理论,产生建模思想意识。例如,在教学“有理数加法与减法”时,首先,教师可以借助路程问题,激发学生的学习兴趣,巧借生活实例展开概念教学,指导学生掌握数学理论,为建模思想的渗透奠定基础。然后,教师要利用建模来激发学生的探究欲望,让学生在案例分析中,根据式子“50+(-70)-10=()”对有理数加法与减法知识进行深入理解。学生则根据教师的建模指导,将路程问题的结果视作未知量,结合生活案例进行学习和数学建模,由此提高数学概念学习效率,初步掌握建模方法。最后,教师要展示之前列举过的式子“50+(-70)-10=-30”,以激发学生的建模意识,让学生在理解有理数加法与减法相关概念的基础上,有效掌握建模方法,学会运用数学建模思想来分析问题,切实提高学习能力。
(四)利用复习活动提炼概括建模思想
通过复习总结来渗透数学建模思想,能够帮助学生在温习、记忆旧知识的基础上,努力思考新知识的产生、证明、应用、实质,由此在脑海中对知识进行梳理,有助于促进数学建模能力提升。初中数学教师应当在复习环节,明确不同数学知识之间的联系,在各个教学环节设计归纳、总结任务,这样既能够保证课程衔接的流畅性,又可以强化学生的建模思想,使其通过知识迁移内化知识、掌握技能。
例如,在教学“二次函数的图象与性质”师,首先,教师要设计“用描点法画出二次函数‘y=ax2’的图象”这一复习任务,并要求学生概括出图象的特点及函数的性质。然后,教师根据学生的回答情况,加以总结并指出学生掌握相对生疏的知识,要求学生回顾自己运用描点法画函数图象的过程,对选值依据进行梳理,思考以下问题:以什么数为中心?当x取互为相反数的值时,y的值如何?由此利用复习活动提炼、概括建模思想,让学生能够在得出数学结论的同时,懂得二次函数图象的绘制应当在列表、描点阶段灵活地取值,科学分析图象的对称性。鉴于学习反思具有不可替代的特点,教师在学生学习反思的过程中,应当积极引导学生提炼建模方法,帮助学生通过反思知识学习、问题解决、思想归纳过程中存在的问题,使其领悟数学知识探究与解题过程中隐藏的数学建模方法,由此提高教学实效。最后,教师指导学生运用数学建模思想看待不同的抛物线,使其明白二次函数图象中的点应当按照从大到小或自变量从小到大的顺序进行连接,用平滑曲线绘制图象,由此建立抛物线的数学模型,掌握二次函数y=ax2的性质。
三、结语
新课标明确指示要让学生灵活应用数学模型处理数学问题,重视将知识与应用相结合,以此促进学生应用能力、创造能力的提高。因此,初中数学教师作为学生学习的引导者,应当把握好建模思想的渗透时机,带领学生在新知讲解、解题探索、复习总结、反思等环节中领悟建模思想,促进其数学素养和数学学习能力提升。
参考文献:
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