数学建模,让课堂学习更智慧

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  【摘 要】数学建模是数学学习的核心,是学生增长数学智慧、提升数学学习能力的重要场所,在实际教学中,教师要放手让学生去充分经历,完成数学抽象、丰富和拓展数学模型,并在比较和反思中建构稳固的数学模型。
  【关键词】数学建模;智慧;抽象;反思
   数学是一门着力于培养学生思维能力的学科,在数学学习中,学生需要从错综复杂的现象中抽象出数学知识,在面对新的问题时想方设法去解决它们,建构出稳固而丰富的数学模型,并在学习过程中累积学习经验,这样才能达成学生知识和智慧的双增长。在实际教学中,我们要推动学生的数学建模,具体可以从以下几方面做起:
   一、经历抽象,探索模型框架
   着重于领悟的数学学科需要让学生自己面对生活现象,抽象出数学规律来,这样在学习过程中学生就不止于接受和模仿,而是能够用经历支撑数学与模型。因此,在实际教学中,我们可以创设一些有现实意义的情境,让学生从中发现问题、摸索规律,并逐步形成模型框架,从而为他们之后的数学学习奠定基础。
   例如,在“周期排列的规律”教学中,我从一个摆棋子的游戏开始,首先,在黑板上摆出一个白子,然后再摆出一个黑子,再摆一个白子和一个黑子,反复三组之后,我让学生猜一猜:下面老师会摆一个什么颜色的棋子,很多学生认定教师会摆白子,理由是前面三组都是一个白子和一个黑子间隔排列,在学生说出白子和黑子间隔排列的规律后,我提出了新问题:照这样的规律排列,第17个棋子是什么颜色的?学生想到了多种不同的方法来解决这个问题,有的用列举法,有的根据单双数判断,还有的用除法计算,在学生交流了每种方法的算理之后,我请学生自己尝试用黑子和白子摆出一个类似的、有规律的排列,然后算出第17个棋子的颜色,学生创造了很多不同的周期,有的用两个白子间一个黑子三个为一组,有的以两个黑子和一个白子为一组,还有的在每组中安排了更多棋子,在交流过程中学生发现,只要是符合这样的周期规律排列的问题,都可以用除法计算,这样的发现让学生掌握了一类问题的解决方法,构建了稳固的数学模型。
   在这个教学案例中,学生经历了猜想、思考和尝试,逐步发现周期现象的本质是每组棋子的排列顺序都相同,因此,可以几个棋子为一组,通过除法计算看余数的方法计算棋子的颜色,再由棋子发散到其他的周期现象,学生的数学模型就搭建出来了。
   二、经历整合,搭就数学模型
   数学建模是学生数学学习中不可或缺的环节,也是推动学生学习走向深入的关键,在实际教学中,如果我们能推动学生自己的思考和整合,让学生自己去发现、挖掘,并在整合资源过程中促成模型的表象化,那么,这样的数学模型必然有效,也可以让学生印象深刻。
   例如,在“24时记时法”的教学中,我首先利用矛盾情境勾起了学生的交流,在很多学生的知识储备中,他们知道一天有24小时,而时钟转动一圈的时间是12小时,所以在24小时内,时钟会转动两圈,钟面上的每个时刻都会在一天中重复出现两次,那么如何避免情境中的矛盾呢?学生很自然地想到,以时钟转动一圈为界限,将两圈的时间区分开来,具体的办法是在时刻之前加上上午和下午两个限定词语。在学生成功解决了这个问题的基础上,我再引导学生:能不能将一天的24小时全部记录下来呢?学生在这个思路的指引下,自己编制了24时制的钟面,并在1至24的旁边对应上普通计时法中的具体时刻,达到了一目了然的效果,在此基础上,我还引导学生在时间轴上用两种不同的计时法将一天的24小时全部记录下来,学生在顺利完成作品之后进行观察和比较,并发现了将24时记时法下的时刻,转化为普通记时法下时刻和将普通计时法下时刻转化成24时记时法下时刻的方法,完成了两者间的桥接。
   在这个教学案例中,学生由矛盾出发,寻找将24小时全部表示出来的方法,并与之前生活中常见的普通记时法进行了勾连,在他们编制24时时钟和完成时间轴的对应过程中,学生对新的记时法有了整体的认识,并能够将新的记时法与之前熟悉的记时法联系起来,这样的数学模型更加稳固,在应用模型解决相关的实际问题时,学生会发现越来越多的规律,将模型构建得更加完善。
   三、经历比较,丰富数学模型
   数学模型的构建不是简单的模仿和归类,学生需要在充分经历的基础上不断思考、尝试和总结,这样才能构建有效的数学模型,在模型的主体打好的基础上,教师要提供类似的知识点让学生辨析、比较,让学生找到一类模型中的本质属性,帮助他们丰富数学模型、拓展数学模型。
   例如,在“按比例分配”的教学中,我从足球表面的正五边形和正六边形的数量出发,提供给学生这样一个问题:一个足球表面有32块皮,其中正五边形和正六边形的数量比为3:5,那么,足球表面正五边形和正六边形的数量各是多少?学生在分析这个问题时,结合比的含义,认定32应该被平均分成8份,其中3份是正五边形,5份是正六边形,所以学生用32÷(3+5)来解决问题,还有的学生将这个比进一步“加工”,找到正五边形和正六边形占总数的几分之几,直接用分数乘法计算。在肯定了学生的想法和做法之后,我提供了教材中的“试一试”让学生巩固练习,帮助他们搭建了初步的数学模型,在之后的教学中,我将问题做了一些改编:一个等腰三角形的两个内角的比为2:5,那么这个等腰三角形的顶角是多少度?学生在读题分析之后发现,等腰三角形的内角和应该是180°,这是三个内角的和,而题目中只知道其中两个内角的比,所以首先要确定第三个角的份数,在画图分析之后学生发现,等腰三角形的底角可能是2份,也可能是5份,所以三个内角的比既可能是2:5:5,也可能是2:2:5,而分配的方法与之前类似。
   类似的问题出现后,学生会将这些问题与之前建构数学模型的问题比较,从中发现异同,提炼出本质的东西,这样可使学生的数学建模更充分,在实际教学中,我们需要这样的对比和提炼,需要让学生自己去经历更多,从而拓展数学模型。
   四、经历反思,完善认知模型
   在数学建模过程中,学生需要把握住模型的核心,这样学生在遇到类似的问题时,可以调用数学模型中的核心分析、处理问题,在数学建模的过程中思考是重要的元素,包括反思,通过反思模型的搭建过程,学生可能会有更多发现,使模型更精准。
   例如,在“认识公顷”的教学过程中,教师在引导学生认识了公顷的定义,并通过多种形式进一步建构公顷的数学模型后,引导学生反思本课的学习,提出自己的疑问,有的学生就面积单位的进率提出了问题,学生认为之前三个学过的面积单位之间的进率都是100,而公顷与平方米之间的进率是10000,是不是中间缺少了一个面积单位,在学生提出问题之后,教师引导大家通过画图的方法再现了之前的三个面积单位,学生发现每个正方形的边长相差10倍,而公顷的大小是边长为100米的正方形的大小,其边长与平方米的边长相差100倍,如果中间出现一个边长为10米的正方形的面积单位,这个数学模型就比较完整,到底有没有这样一个面积单位呢?教师组织学生交流时,一些学生认为没有,因为教材中没有,一些学生则认为有,他们还为这个面积单位取名“平方十米”,最终教师出示了一个补充学习资料,带领学生认识了“公亩”,将他们的数学模型填充完整。
   总之,数学建模是数学学习中的重要一环,在实际教学中,教师要关注学生的消化吸收过程,驱动学生多元地学习,包括观察、思考、比较等,从而帮助学生建构出稳固、多元的数学模型来,同时让学生在数学建模中增长智慧、提升数学学习能力,让他们的数学学习走向高效。
   【参考文献】
   [1]何建童.小学数学的“数学建模”教学策略[J].数学学习与研究,2019(11):114
   [2]刘敬宇.小议数学建模的应用[J].数学学习与研究,2019(11):22
   [3]刘绿芹.“数学建模”素养的形成與提升策略探析[J].数学教学通讯,2019(15):11-13
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