高中数学基于核心素养的建模教学研究
郝晓健
生成PDF 清样下载 引用

复制成功

导出题录

参考文献( GB/T 7714-2015 ) 复制

郝晓健,. 高中数学基于核心素养的建模教学研究[J]. 建模与系统仿真,2023.9. DOI:10.12721/ccn.2023.157084.
摘要:
数学建模是高中数学核心素养之一,是高中数学课程的主线之一。所谓“数学建模”,就是指根据实际数学问题来建立相应的数学模型,通过对数学模型进行求解来解决问题。当需要从定量的角度对一个数学问题进行分析和研究时,我们往往需要在深入调研、了解相关信息、做出简化假设以及分析内在规律等的基础上,利用数学符号和数学语言来表述建立相应的数学模型。新课标要求高中数学要重视开展数学建模教学、培养学生的数学建模素养。大量教学实践经验证实,开展数学建模教学能够显著提高高中数学教学质量和教学效率。但若想有效开展好高中数学建模教学,就必须要找对策略,而不能盲目进行教学。
关键词: 高中数学建模教学核心素养
DOI:10.12721/ccn.2023.157084
基金资助:

前言:

《普通高中数学课程标准(2017年版)》指出数学建模过程主要包括“在实际情境中从数学的视角发现问题、提出问题,分析问题、建立模型,确定参数、计算求解,检验结果、改进模型,最终解决实际问题”。数学建模在高中数学教学的有效应用,将突出表现为问题的分析、解构、抽象的数学思考过程,数学方法及模型的选择过程,利用模型求解、验证的批判思维过程。在数学建模教学的过程中,学生将潜移默化地增强综合素质,提高实践能力和自主探究能力。因此,在新课程背景下完善高中数学建模教育的教学体系,将有利于学生的数学核心素养的提高,有利于教学质量的飞跃提升。

一、高中数学建模的重要性

(一)有利于突出学生的课堂主体地位

大量的教学实践表明,开展高中数学建模教学有利于突出学生的课堂主体地位。在任何学习活动中学生都应该是主体,教师的角色则是主导。学生的课堂主体地位只有被充分突出,他们才能最大限度地发挥出主观能动性。数学建模教学需要学生自主思考、动手操作,无论思考还是操作的主动权都在学生自己手里,数学建模教学能使学生真正成为学习探究的主人。

(二)有利于激发学生对数学的学习兴趣

据相关研究显示,教学形式是影响学生学习兴趣的主要因素之一,若教师所采取的教学形式新颖化、趣味化、科学化,能够将单一、枯燥的学习活动转换为一些更加有趣的活动,则学生更易对学习内容产生兴趣。而数学建模教学正是这样一种教学形式,因为数学模型的建立是一个基于学科思想进行反复探索与实践的过程,在这一过程中,学生往往能够发现研究数学的乐趣,而非只是枯燥地进行理论、概念、原理、公式等的学习和记忆。

(三)有利于提升学生分析和解决问题的能力

学生分析解决问题能力的提升是高中数学教学中的一项重要任务。从数学建模的内涵来看,根据实际数学问题来建立相应的数学模型,通过对数学模型进行求解来解决问题。这决定了数学建模教学在提升学生分析和解决问题能力方面的价值。并且,数学模型不但能够引导学生根据对不同问题的理解来探索与之相关的其他问题,还能够帮助学生简化思维流程。

二、高中数学基于核心素养的建模教学策略

(一)借助问题情境

情境教学是课堂教学常见方式,高中数学教师可运用问题情境开展建模教学,促使学生在探索、思考、提问、分析以及建模等一系列过程中高效解决问题,并对所学知识产生深入理解,锻炼思维能力。教师需要积极思考该如何引领学生学习,因此需要在为学生传授知识和技能的同时不断延伸自身知识储备深度与广度[2]

例如,在学习“均值不等式”相关知识时,教师可以借助问题情境引导学生进行简单的数学建模,比如:用一架两臂不等长的天平能否称出物体的实际质量?学生经思考可能得出以下解决方案:将物体放在天平的左右两端分别称重,取平均数1.png作为物体的质量。而物体真实的重量需要学生查阅天平的物理学原理,建立臂长与称量结果的等量关系,得到结果应该是两次称重之积,进而由此可以引出1.png与ab大小关系的探究。再如,学习“指数函数的概念”时,充分利用课本中的旅游景区游客人次的增长问题,和考古学中碳-14的衰减问题,引导学生结合表格、图像分析数据的增长衰减规律,学生在观察比较中逐步建立指数函数模型,从而抽象出指数函数的概念。通过创设紧贴生活的问题情境,挖掘出数学问题的生活原型,能调动学生探究知识的积极性,能活跃学生的数学思维,不断增强学生建模意识。虽然建模过程往往较为缓慢,甚至需要查阅其他学科知识综合解决,但是问题情境中建模能促使学生深入理解数学的应用价值,掌握思考解决问题的方法本质,提升数学建模的核心素养。

(二)借助信息技术

检验和完善解题模型是数学建模思想下重要思维环节之一,常规教学中大都通过教师的案例枚举和经验总结,而信息技术可以帮助学生充分发现在数学建模中出现的问题,创造出更多更新的解决办法,促使学生高效掌握不同类型解题模型的使用条件,并在归纳、反思、纠正等一系列活动中建立正确建模认识,优化建模思想,为提升建模素养做好铺垫[3]。利用信息技术能直接降低建模难度,提高解决问题的效率。

比如教师在“建立函数模型解决实际问题”的建模教学中,可充分借助Geogebra,几何画板或者图形计算器等数学软件,让学生自由探索函数模型的选择和拟合效果,在信息技术的辅助探索过程中进而更深入理解各种函数的增长趋势特点。再如“建立统计模型进行预测”的建模教学中,可借助excel、R软件、图形计算器等信息技术绘制散点图,观察PM2.5浓度和汽车流量之间的相关关系类型,从而建立合适的回归模型,并利用模型预测刻画汽车流量对PM2.5浓度的影响,提出控制汽车流量的合理化建议。同时学生还可以利用信息技术自由拓展,课后探究PM2.5浓度与气温、空气湿度、风速等因素的回归模型,进而建立多元线性回归模型进行预测和控制,使回归模型更加客观和精确,深入提升数学建模素养。

(三)在作业中融入建模理念

课后作业应讲究高效性与质量性,为此教师可以将建模思想融入作业中,提高作业的合理性,将单一、枯燥、难度过高的一些作业,转变为更加锻炼思维能力、探索意识、自主性的作业形式[4]

比如:在函数应用章节后,教师可以设计一份数学建模作业:某商家推出300-20,500-40,600-60三种优惠券,每单只能用一张优惠券,每种优惠券最多能领一张,如何获得最大的优惠率?学生先要自行定义优惠率,然后构建模型研究原始购买金额与优惠率之间的函数关系,进而对购买金额做出预测,或者如何分单凑单来实现最大的优惠率。这样一来,不仅强化学生对分段函数的认识,同时可以提高运用数学模型解决问题的能力,有利于提升学生数学建模的核心素养。在丰富作业设计内容的同时,提升学生解题意识与数学思维,使学生更好地学习数学知识,并达到灵活运用的目的。

结语:

总之,建模教学对学生来说有一定的难度,但建模这一数学学习方式对学生的数学应用意识强化和学科核心素养培养有着重大意义。在新课改的背景下,高中数学教学应当进行有效的教学步骤,促进建模教学的完善[5]

参考文献:

[1] 刘洋, 刘春红. 高中数学建模活动和数学探究活动的实践路径[J]. 天津教育, 2022(2):3.

[2] 韩玉灿. 新课程背景下高中数学建模教学的研究[J]. 高中数学:高中版, 2022(2):2.

[3] 黄展伟. 高中数学建模教学及强化方式分析[J]. 神州, 2020(15):2.

[4] 高建芳. 基于高中"数学建模"素养的教学设计与评析[J]. 海风, 2022(2):1.

[5] 罗学平. 高中数学建模思维培养路径思考[J]. 中国教育学刊, 2022(6):1.

》在线投稿系统

*文章题目:
*作者姓名:
*电子邮箱:
*通讯地址:
*联系方式:

  备      注:

*上传稿件:

支持上传.doc,.docx,.pdf,.txt,.wps文件

投稿须知:

1、审稿结果将于1~7个工作日以邮件告知,请注意查收(包含录用通知书、审稿意见、知网CNKI查重报告)。

2、提交投稿后,若7个工作日之内未接到录用通知,则说明该文章未被录用,请另投他刊。

3、凡投寄本刊稿件,如在内容上有侵权行为或不妥之处,均应文责自负。本刊有权对来稿进行文字编辑、加工和修改,如不同意,请附说明,以便妥善处理。

4、多作者文稿署名时须征得其他作者同意,排好先后次序,通知用稿后不再改动。

5、凡投往本刊稿件一经录用发表,其版权归本刊所有。

6、本刊已全文录入中国知网、万方、维普等数据库,如作者不同意被收录,请提前申明,未申明者,本刊一律视为同意被收录。

7、请勿一稿多投。