初中生数学建模培养

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初中生数学建模培养

一、认识数学建模

目前,“数学建模教学理论”还不完善,对“数学建模”的含义还有不同的理解.

数学模型:对于现实中的原型,为了某个特定目的,作出一些必要的简化和假设,运用适当的数学工具得到一个数学结构。也可以说,数学模型是利用数学语言(符号、式子与图象)模拟现实的模型。把现实模型抽象、简化为某种数学结构是数学模型的基本特征。它或者能解释特定现象的现实状态,或者能预测到对象的未来状况,或者能提供处理对象的最优决策或控制。

数学建模(Mathematical Modelling) :把现实世界中的实际问题加以提炼,抽象为数学模型,求出模型的解,验证模型的合理性,并用该数学模型所提供的解答来解释现实问题,我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模。

数学建模的几个过程:

模型准备:了解问题的实际背景,明确其实际意义,掌握对象的各种信息。用数学语言来描述问题

模型假设:根据实际对象的特征和建模的目的,对问题进行必要的简化,并用精确的语言提出一些恰当的假设。

模型建立:在假设的基础上,利用适当的数学工具来刻划各变量之间的数学关系,建立相应的数学结构。(尽量用简单的数学工具)

模型求解:利用获取的数据资料,对模型的所有参数做出计算(估计)。

模型分析:对所得的结果进行数学上的分析。

模型检验:将模型分析结果与实际情形进行比较,以此来验证模型的准确性、合理性和适用性。如果模型与实际较吻合,则要对计算结果给出其实际含义,并进行解释。如果模型与实际吻合较差,则应该修改假设,再次重复建模过程。

模型应用:应用方式因问题的性质和建模的目的而异其框图如下:

从方法论角度看,数学建模是解决实际问题的一种数学思想方法,体现了解决应用问题的基本步骤;从认识论角度看,数学建模是着重于一种活动、一个过程,时常需要多次迭代才能完成的过程,是一种数学的认知活动;从教学论角度看,数学建模是理论与实践的有机统一,学生认知结构的深化与完善.

二、数学知识和能力与数学建模的关系

2.1在中学阶段,数学建模能力的培养主要是打基础.为了培养数学建模能力,首先要有广泛而扎实的多学科知识理论、基本能力和基本思想方法.从知识的掌握到知识的应用不是—种简单的、自然而然就实现的事情,学生的数学应用意识不是自然形成的.从一个头绪纷繁的实际问题中抽象出恰当的数学模型、对模型求解、讨论解的合理性、对问题作出评价、推广,没有过硬的数学知识、技能、思想和方法是不可想象的.但是,解决纯数学问题的能力强,解决实际问题的能力并不一定强.如何实现基础知识和基本能力的学习与数学建模能力同时发展,这是一个值得探讨的问题.

2.2数学建模是落实“运用数学知识解决实际问题”的重要保障.现行大纲在一定程度上反映出要重视数学应用的思想,但着力点主要放在“三大数学能力”上,而“三大能力”又较重于抽象思维.至于“分析问题解决问题的能力”方面虽然明确了“实际问题”的含义,但如何使学生受到把实际问题抽象成数学问题的训练?如何形成用数学的意识?分析解决实际问题的实质是什么?教学中如何落到实处,仍需研究.

三、数学建模教学符合数学新课程改革理念

3.1.通过建模教学,可以加深学生对数学知识和方法的理解和掌握,调整学生的知识结构,培养学生自觉学习,深化知识层次,形成科学的、严谨的、应用的数学观.

3.2.通过建模教学,引导学生收集、整理、探索、构造、转化、解决所熟悉的现实问题,认识和掌握数学与相关学科及现实生活的联系,感受到数学的广泛应用性,培养学生应用数学的意识和探索精神、创新精神.

3.3.通过建模教学,可以加强德育教育功能.实际问题中有的涉及政治、经济、人口社会等国情内容,还有的涉及一些爱国主义题材,这些给学生的成长提供了好的素材,能起到积极的教育作用.

3.4.通过建模教学,使学生认识到“问题”是理论发展的起点,用数学方法、思想解决问题的过程同时就是发展数学理论的过程.认识事物的全过程是认识从实践中来再回到实践中去,从而培养学生的唯物史观.

3.5.通过建模教学,可以培养学生主动学习、探索学习的学习观,促进教学观念的转变.数学建模教学将加强活动课或实验实习操作的作用,可以从根本上改变传统的教学方式,具有较强的开放性、实践性,学生可以通过观察、收集、比较、分析、综合、归纳、转化、构建、解答等一系列认识活动来完成建模过程,学生能成为学习的主体.

四、数学建模例题的开发与研究

目前中学数学教材中编制的应用问题,只是为了“理论联系实际”而已,而且分量过轻,内容陈旧,范围过窄,离学生的生活现实较远,缺乏真正意义的数学建模的教学功能.因此,开发研究适合中学建模教学要求的好问题,是完善建模教学的根本保证.

4.1数学建模例题的编制原则

4.1.1.导向性:选编的数学建模问题,应在思想内容上富于时代信息,并将真实性、科学性、适应性、挑战性、趣味性和探索性作为其出发点,同时使问题具有过程的完整性、方法的多样性、计算工具的先进性,既有助于中学素质教育,又能培养分析问题解决问题的能力.

4.1.2.隐蔽性:建模条件应具有适度的隐蔽性,这是考查学生建模能力的一个重要方面.

4.1.3.原始性:所给材料应保持其原始性.来自广播电视、报刊杂志的信息,政府机关、企事业单位的报告、计划、统计资料等等,都是数学建模问题原始资料的重要来源;也可以引导学生亲自到一线调查研究,注意积累课题资料.

4.1.4.模拟性:限于中学生知识水平和年龄特征,因此应对实际问题进行加工、处理和创造,省略若干次要干扰因素,将问题转化为易于发现和建立数学模型的“准实际问题”.4.1.5.综合性:建模例题应具有:(1)社会交流层次上的综合性,包括生活知识、语言知识、相关学科知识等的综合;(2)素质层次上的综合性,包括基本知识、基本技能、基本数学思想方法和能力的“多位一体”的综合.

4.1.6.创新性:编制建模例题时,必须考虑培养学生的创新精神和创造能力.为此应注重一题多模或多题一模、统计图表等例题的编拟,密切关注现代科学技术的发展,使学生创新和高技术密切结合,溶入当代科学发展的主流.

4.2.数学建模例题的编拟途径

编制建模的例题主要从以下方面着手:第一,改造课本例题和习题;第二,结合教学实践经验改编;第三,从国内外相关教参和期刊中优选;第四,从大学建模“成品”中简化移植;第五、从教师自己生活实践中提炼和挖掘;第六,发动学生关注生活、体验生活,从中寻求问题.

五、数学建模教学的目标确立

根据数学科的特点和课程标准提出的教学总目标,建模教学的目标主要有:

5.1、培养学生用数学的意识和观念,遇到问题能从数学的角度去审视问题、观察事物、阐释现象