数学建模教学培养学生核心素养

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  数学建模是应用数学知识对现实问题构建数学模型,并应用数学语言对实际问题进行描述、解决的方法。小学生年龄小,认知能力及实践能力有限,在学习抽象复杂的数学知识时感到难度较大,因此需进行小学数学建模教学,培养学生建模意识,提升学生解决实际问题的能力。
  学生是参与教学活动的主体,在开展小学数学建模教学时,教师应注意从学生角度出发,结合小学生思维特征及生活经验,促进学生数学建模能力得到进一步发展。学生在学习数学建模的过程中既能够获取相应的数学知识,又能使自身数学观念、意识得到进一步强化。在这一过程中还可提高学生解决数学问题的能力,从而使数学核心素养培养目标得以实现。
  开展教学活动时,数学教师需注意结合教材,进行数学思想方法的挖掘,并进行相应教学方案的设计。教师要充分考虑教学方案的科学性及实用性,通过创造实际问题情境的方式,渗透数学模型思想。例如,数学教材中的诸多知识均蕴含了“假设”这一数学思想,在“鸡兔同笼”问题的解决过程中应用假设思想后,计算更为方便。
  首先,教师要使学生学会将现实问题转化为直观模型。教师在开展数学教学过程中要结合生活实际问题,应用直观实物给予学生引导,让学生体验和建立数学模型。其次,应用观察联想的方式,使学生更好地体会从直观模型到抽象模型这一过程。在开展数学教学过程中,教师应引导学生注意观察,展开充分联想,为学生建立抽象模型提供帮助,进一步提升学生的数学建模能力。最后,采用检验內化的方式,使学生更好地感悟抽象模型的自主建构过程。小学数学教师应为学生提供丰富的学习材料,为学生丰富感知体验过程提供引导,帮助学生在解决实际问题过程中感悟数学模型,内化后进行数学模型的构建。在这一过程中,教师既可了解学生对数学知识的掌握程度,又有助于学生体会数学模型的应用价值。具体操作过程如下:
  一是设计相似问题,使学生数学建模意识得以强化。数学教学过程中,并非每次教学都应用情境教学,但需要教师应用情境导入教学内容,通过创建与实际情况相符的虚拟情境这一方式,来帮助学生在类似情境中感受数学模型。因此,在实际应用数学模型解决问题时,教师为使学生数学建模意识得到进一步强化,可围绕某一数学模型持续进行类似情境的创建,使其形成一个系列问题。
  在解决问题过程中,应用这一模式,教师需要给予学生引导,使学生能够发现解决问题的关键点,适时应用建模知识。例如,在开展“分数的认识”(人教版)教学时,教师可采用折纸方式。首先,将一张长方形纸对折,将其平均分为2份,每一部分均为长方形的;其次,将对折的长方形再次对折,可将其平均分为4份,每一部分均为长方形的;再次,对折长方形,可将其平均分为8份,每一部分均为长方形的;最后,教师再引导学生将一盒月饼平均分成若干份、将一条线段平均分成若干段,并应用数学符号进行表示。这些问题均具有一定类似性,针对这部分问题,教师将其串联后进行总结,应用分数数学模型帮助学生更好地了解分数的意义。
  二是创建问题情境,拓宽学生数学建模视野。在开展小学数学教学过程中,教师应注意引导学生进行数学模型的构建,帮助学生更好地感知数学模型的意义,让学生掌握数学模型中包含的共同结构,探究发现各个问题之间的共同特征,最终使学生掌握正确辨别、提炼模型的能力。同时,教师要培养学生归纳、解决问题的能力。教师在开展教学时要设计、鉴别、挑选恰当的问题,并应用不同方式呈现,在设计问题时渗透建模意识,使问题能够引起学生的探究欲望,同时也应注意问题的代表性。学生在分析、归纳情境问题的过程中,能够发现解决问题的关键,并主动应用数学模型解决实际问题,拓宽视野。
  例如,学生在掌握了路程、速度及时间三者关系后,可进行“速度×时间=路程”这一数学模型的创建。具体来说,可采用变式练习的方式进一步巩固这一数学模型,以下面两题为例:(1)一列火车由甲地开往乙地,两地相距600千米,火车每小时行走75千米,火车需几小时能够到达乙地?(2)张叔叔从县城出发到某村送化肥,去时的速度是40千米/时,去时用了6小时,回县城时用了4小时。县城到该村的路程有多远?返回时速度是多少?
  学生能够计算出张叔叔返回时的速度,则证明其已掌握基本数学模型。虽然上述两个问题文字表达方式不同,解决问题方式也具有细微差异,但是二者的解答均需应用同一数学模型。学生在解决问题的过程中进一步锻炼了思维,同时达到了变式练习的学习目标。
  三是创建生活情境,进一步丰富学生数学建模体验。教师在开展数学教学时所创造的情境应满足教学需求,因此要求教师具有创新意识,创设问题情境。同时,教师要保证问题情境与某一数学模型相符合,使学生建模能力得到进一步加强,既可进一步加深学生对知识的理解程度,又可提高学生建模意识,对数学模型学习展开进一步深化及升华,强化学生数学建模的应用意识。
  例如,在学习了“多边形面积”后,教师可应用实际问题情境的方式启发学生,围绕“草坪面积是多少?道路面积是多少?”等开放问题构建数学模型并进行数学计算。以下题为例:下图为某校校园内的一块长方形草坪,草坪中间有两条人行道,草坪宽度为14米,求草坪的面积是多少。(单位:米)
  在解答例题过程中,学生能够进一步理解建立数学模型的意义,强化数学模型在实际问题中的应用。
  数学模型的构建过程需逐渐进行抽象、提炼及概括。教师应对学生数学建模过程给予恰当引导,提高学生数学建模应用能力,提升学生数学思维水平,培养学生数学核心素养。
  (责编 桑 涛)
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