从现象到本质的数学模型的建构与应用

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  【教学目标】1. 感受“餐饮店K与M开在一起”等多种类似生活现象的存在。
  2. 经历思考、探索、阐释等学习过程,理解“餐饮店K与M开在一起”背后的数学原理。
  3. 形成生活中处处有数学、生活与数学密切相关的数学意识,培养数学观察、数学思考、数学建模等核心素养。
  【适合年级】六年级
  【教学过程】
  一、捕捉现象,提出猜想
  出示一组照片:餐饮店K和M紧靠着开在一起。
  引导:从这些现象当中,你有问题要问吗?
  疑问:明明是竞争对手,K和M为什么要开在一起?
  揭示课题:刚刚同学们依据自己的生活经验,从发现现象到提出问题,进而给出各种有依据的猜想,这是人们认识世界的一种重要方式。现象的背后究竟是什么?接下来,就让我们从数学的角度进行探究,一起去揭开K和M开在一起的奥秘。
  二、应用模型,简化问题
  1. 将复杂的空间问题简化为“直线模型”。
  说明:如果在真实的生活场景下研究这个问题确实非常复杂,不妨用数学的方式把问题简化一下。
  建构模型:假设有一条繁华的商业街道,它的长度大约是1千米。K和M这两家餐饮店同时看中了这块风水宝地,都想在这条街上开一家自己的店。假定这条街上的顾客都是均匀分布的,且每1米范围内就有一位顾客,那么这条街上一共就有1000位顾客。进一步假定:这些顾客对口味没有偏好,既可以吃K,也可以吃M。此外,他们的购买力也大致相等。
  提问:根据上述条件,顾客到底是去吃K还是去吃M,你认为最主要的因素会是什么?
  预设:距离——离谁近就买谁。
  2. 推演模拟,做出判断。
  (1)任务一:K率先出手了,经理决定将店铺开在距离这条街最左边100米处。在这样的情况下,如果你是M经理,你会把店开在哪里?(约定:店铺要开在每个100米处的等分点上)
  小组讨论,确定方案。
  方案1:把M开在距离最右边100米处。理由:一个在左,一个在右,互不干扰。
  方案2:把M开在这条街的中点处。理由:在中点就占据了核心位置。
  方案3:把M开在K右侧100米处。理由:离K最近,能得到最多的顾客量。
  方案4:和K紧紧地靠在一起,开在同一个点上。理由:两家店得到的顾客同样多,并且顾客的选择性会更大。既可以吃K,也可以选择吃M。
  重点理解“开在一起”的含义:指两家店紧紧地挨在一起。左边的顾客两家平分,右边的顾客也两家平分。
  几种方法各有利弊,学生可能对此争执不下。
  点拨:要想做出准确的判断,仅仅依赖感觉是不可靠的。很多情况下,我们需要借助“数据”。
  (2)优化方法,用数据说话。
  方案1: M1=100+(800÷2)=500(人)。
  右边的100人全部归M,两家中间的800人平分,所以每家400人,合起来M一共可以得到500人。
  方案2: M2=500+(400÷2)=700(人)。
  中点右边的500人全部归M,两家中间的400人平分,每家可以得到200人,M一共会有700人。
  方案3: M3=800+(100÷2)=850(人)。
  右边的800人全部归M,两家中间的100人平分,每家50人,M能得到850人。
  方案4: M4=(900÷2)+(100÷2)=500(人)
  由于它们紧紧靠在一起,左边的100人和右边的900人都是两家平分,因此每家各得500人。
  有了数据的支持,预设会达成共识:选择方案③,即开在离K最近的右侧100米处。
  三、提炼策略,渗透思想
  1. 体会博弈过程。
  提问:如果你是K老板,面对M所做出的决策,你又会做出怎样的反应呢?你还会固守原地吗?
  预设:学生会将K移到M右边100米处(再次用数据证明想法,图略)
  K=700+50=750(人),M=200+50=250(人)。
  说明:无论是K还是M,它们都在追求利益最大化。它们之间互相比拼、彼此对抗以获得利益最大化的过程,数学上把它称作博弈。
  提问:这场博弈会在这里终止吗?会不会永远继续下去?
  任务二:假设博弈还将继续下去,这场为了争夺客源的博弈大战总有停下来的那一刻,猜一猜:这两家店最终会停在什么位置上?
  学生讨论,各自给出设想方案。
  2. 优化博弈策略。
  方案1:K开在距离中点左边100米处,M开在距离中点右边100米处。
  方案2:M开在中点,K开在靠中点左边100米处。
  方案3:两家一起开在了中点处。
  比较三种方案,你更認同哪一种,说一说理由(图略)。
  理由1:第一种方案,看似稳定,但只要其中一方往中点移动,就会占据更多客源,所以还是会继续博弈下去。
  理由2:第二种方案,K明摆着吃亏,所以也不会让博弈停止。
  理由3:第三种方案,两家通过不断地互相比拼、博弈,最终只能共同占据中点位置。这样的好处是,首先,两家店都能平分到500人的客源。其次,无论是谁,都不敢再轻易移动了,谁移动了谁就会吃亏。所以,一起开在中点,是最稳定、最保险的,是两家利益均衡的最好选择。
  追问:这对欢喜冤家是开开心心在一起还是无可奈何在一起?
  归纳:博弈的最终结果并不是谁赢谁输,而是相互妥协,找到一个平衡点,让双方得到的利益能够均衡且稳定,这是博弈现象当中很有意思的一种策略。今天,同学们通过模拟推演,既揭开了K和M会开在一起的秘密,同时对这种现象背后所隐藏的“均衡博弈”思想也有了一定程度的体会和思考。
  四、拓展迁移,内化提升
  迁移:在你的生活当中,除了K和M,你有见到过其他类似的现象吗?
  小结:这节课,我们并没有学习任何知识,但是,我们却多了一种用数学看待世界的眼光和思考方式。数学,仅仅是用作解题的吗?它更大的用处在于能够帮助我们透过现象,看到事物的本质。而这,才是我们学习数学更为重要的价值所在。
  (作者单位:江苏省南京市锁金新村第一小学?摇?摇?摇责任编辑:王彬)
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