浅谈初中数学建模

zhangtt123

浅谈初中数学建模

浅谈初中数学建模教学
20世纪下半叶以来，数学最大的变化和发展是应用，数学几乎渗透到了所有学科领域。为了适应数学发展的潮流和未来社会人才培养的需要，美国、德国、日本等发达国家都十分重视数学建模教学。增加数学和其他科学，以及日常生活的联系是世界数学教育的总趋势。我们在开展数学建模教学活动中很重视选用与物理、化学、生物、美学等知识相结合的跨学科问题以及大量与日常生活相联系(如投资买卖、银行储蓄、测量、乘车、运动等方面)的数学问题，参加数学建模小组的学生都认为用数学知识解决实际问题比做纯数学题更有兴趣，他们认为学科之间是不分界的，数学就是生活，生活离不开数学，数学也不能和生活分离。“时时有数学，事事有数学”。

一、什么是数学建模？

     所谓数学建模就是把所要研究的实验问题，通过数学抽象构造出相应的数学模型，再通过数学模型的研究，使原问题获得解决的过程。其基本思路是：

抽象

(转化)

       求解

(运用数学知识、方法)

返回解释

(检验)

     实际问题          数学模型                            数学问题的解
新世纪数学课程改革中加强应用性、创新性，重视联系学生生活实际和社会实践的要求，我们开展了中学数学建模教学与应用的研究和实践，目的是培养学生的创造能力和应用能力，把学生从纯理论解题的题海中解放出来，把学生应用数学的意识的培养贯穿于教学的始终，让学生学得生动活泼，使数学素质教育跃上一个新的高度。

二、初中数学建模教学的基本理念和教学环节

1、初中数学建模教学的基本理念

1 使学生体会数学与自然及人类社会的密切联系，体会数学的应用价值，培养数学的应用意识，增进对数学的理解和应用数学的信心。

2 学会运用数学的思维方式去观察、分析现实社会，去解决日常生活中的问题，进而形成勇于探索、勇于创新的科学精神。

3 以数学建模为手段，激发学生学习数学的积极性，学会团结协作，建立良好人际关系、相互合作的工作能力。

4 以数学建模方法为载体，使学生获得适应未来社会生活和进一步发展所必需的重要数学事实（包括数学知识、数学活动经验）以及基本的思想方法和必要的应用技能。

2、贯彻应用意识的课堂数学环节

    数学素质教育的主战场是课堂，如何围绕课堂教学选取典型素材激发学生兴趣，以润物细无声的形式渗透数学建模思想，提高建模能力呢？根据我们的实践，采用知识的发生、形成过程与应用相渗透的教学模式可以实现这个目标，以“问题情景----建立模型----解释、应用与拓展”的基本叙述方式，使学生在朴素的问题情景中，通过观察、操作、思考、交流和运用中，掌握重要的现代数学观念和数学的思想方法，逐步形成良好的数学思维习惯，强化运用意识。这种教学模式要求教师以建模的视角来对待和处理教学内容，把基础数学知识学习与应用结合起来，使之符合“具体----抽象----具体”的认识规律。

其五个基本环节是：

1 创设问题情景，激发求知欲

    根据具体的教学内容，从学生的生活经验和已有的知识背景出发，选编合适的实际应用题，让学生带着问题在迫切要求下学习，为知识的形成做好情感上的准备，并提供给学生充分进行数学实践活动和交流的机会。

2. 抽象概括，建立模型，导入学习课题

    通过学生的实践、交流，发表见解，搜集、整理、描述，抽象其本质，概括为我们需要学习的课题，渗透建模意识，介绍建模方法，学生应是这一过程的主体，教师适时启发，介绍观察、实验、猜测、矫正与调控等合情推理模式，成为学生学习数学的组织者、引导者、合作者与共同研究者。

3 研究模型，形成数学知识

    对所建立的模型，灵活运用启发式、尝试指导法等教学方法，以教师为主导，学生为主体完成课题学习，形成数学知识、思想和方法，并获得新的数学活动经验。

4 解决实际应用问题，享受成功喜悦

    用课题学习中形成的数学知识解答开始提出的实际应用题。问题得以解决，学生能体会到数学在解决问题时的实际应用价值，体验到所学知识的用途和益处，成功的喜悦油然而生。

5 归纳总结，深化目标

根据教学目标，指导学生归纳总结，拓展知识的一般结论，指出这些知识和技能在整体中的相互关系和结构上的统一性，使学生认识新问题，同化新知识，并构建自己的智力系统。同时体会和掌握构建数学模型的方法，深化教学目标。此外，通过解决我国当前亟待解决的紧迫问题，引导学生关心社会发展，有利于培养学生的主体意识与参与意识，发挥数学的社会化功能。、

三、选择适当的数学问题，渗透数学建模思想
　　教师要建立以人为本的学生主体观，要为学生提供一个学数学、做数学、用数学的环境和表达自己想法的机会，在教学中注意对原始问题进行数学加工。教师要为学生提供充足的自学时间，使学生在亲历的过程中展开思维，收集、处理各种信息，不断追求新知，发现、提出、分析并创造性地解决问题。数学建模学习应该成为再发现、再创造的过程，教学过程必须由以教为主转变为以学为主，要支持学生大胆提出各种打破常规的想法，充分肯定学生正确的、独特的见解，珍惜学生的创新成果和失败教训，使他们保持尝试的热情。
1.从课本中的数学出发，注重对课本原题的改变
　　对课本中出现的应用问题，可以改变设问方式、变换题设条件，互换条件结论，形成新的数学建模应用问题；对课本中的纯数学问题，可以依照科学性、现实性、新颖性、趣味性、可行性等原则，编拟出有实际背景或有一定应用价值的建模应用问题。按照这种方式开展教学活动，可使学生接受将实际问题抽象为数学问题的训练。

　考法评析：从知识上来看，本题是考查“利用轴对称的性质和三角形三边关系”求一定条件下的两条线段和的最小值。从过程来看，本题却是考查在掌握一种模型或模式之后能否善于在变形中应用，而这种将变式或变形划归为已有模型或模式的做法和能力，正是数学学习最为需要的能力。综合这两方面看，本题有较好的效度、可推广性和教育性。

变式：某课题组在探究“泵站问题“时抽象出数学模型：

数学建模中的实际问题背景更加复杂，解答具有更大的综合性和多样性，而结论还需要进行检验和优化，带有更大的挑战性和创造性。数学建模的教学使学生走出课本，走出传统的习题演练；使他们进入生活、生产的实际中，进入一个更加开放的天地；使学生体会到数学的由来、数学的应用，体验到一个充满生命活力的教学，这对于培养学生应用意识和创造精神显然是一个很好的途径。

2.从生活中的数学问题出发，强化应用意识
　　日常生活是应用问题的源泉之一，现实生活中有许多问题可通过建立数学教学模型加以解决，如合理负担出租车资、家庭日用电量的计算、红绿灯管制的设计、登楼方案、住房问题、投掷问题等，都可用基础数学知识建立初等教学模型，加以解决。学生很喜欢解决这样的实际问题，只要结合数学课程内容，适时引导学生考虑生活中的数学，就会加深学生对数学知识的理解，增强应用数学的信心，获得必要的应用技能。

总之，对于某些实际问题，可以通过建立合理的数学模型作为桥梁来解决，对于相同类型的问题，采用相同的数学模型，使学生的思维过程形象化、公式化。这样，学生学起来不感到抽象、难懂，并能增强记忆和理解，容易被学生所接受。。一个学生是否具有数学的创造能力的一个重要标志是他是否有建立并应用数学模型的能力。因此在数学教学中应充分重视培养这种能力，鼓励他们独立思考、勇于探索，发现前人尚未发现问题的新结论、新方法。

3.以社会热点问题出发，介绍建模方法
　　国家大事、社会热点、市场经济等，是初中数学建模教学的好素材，适当地选取，融入教学活动中，使学生掌握相关类型的建模方法，不但可以使学生树立正确的商品经济观念，而且还为日后能主动以数学的意识、方法、手段处理问题提供了条件。

纵观近年来全国各地中考试题中考查学生解决实际问题能力的试题，需经抽象、转化建模的可谓五彩缤纷，争奇斗艳。在市场经济大潮中，人们更加注重对普遍存在的诸如造价成本最低，产出、利润最大，风险决策、股市、期货、开源节流，扭亏增盈、最优化等问题的研究，可透过实际问题的背景，抓住本质，挖掘隐含的数量关系，抽象成函数的（区间）极值（目标）模型等。学生通过建模求解，体会到了科学、正确决策的意义和作用，也体会到了正确的决策离不开数学。

虽然数学建模的目的是为了解决实际问题，但对于中学生来说，进行数学建模教学的主要目的并不是要他们去解决生产、生活中的实际问题，而是要培养他们的数学应用意识，掌握数学建模的方法，为将来的工作打下坚实的基础.因此，在教学时，授之以渔，尤其注重培养学生从初看起来杂乱无章的现象中抽象出恰当的数学问题的能力，即培养学生把客观事物的原型与抽象的数学模型联系起的能力。

4.以活动为手段，培养建模能力
　　利用课外活动时间开展综合实践活动课，把它作为建模教学不可分割的部分。为了改变过去以教师为中心、以课堂讲授为主的传统教学模式，数学建模课程指导思想是：以实验室为基础、以学生为中心、以问题为主线、以培养能力为目标来组织教学工作。通过教学使学生了解利用数学理论和方法去解决实际问题的全过程，提高他们学习数学的兴趣和应用数学的能力，使他们在以后的工作中能经常性地想到用数学去解决问题。

比如为了改变过去以教师为中心、以课堂讲授为主的传统教学模式，数学建模课程指导思想是：以实验室为基础、以学生为中心、以问题为主线、以培养能力为目标来组织教学工作。通过教学使学生了解利用数学理论和方法去解决实际问题的全过程，提高他们学习数学的兴趣和应用数学的能力，使他们在以后的工作中能经常性地想到用数学去解决问题。

总而言之，应用数学知识去解决各类实际问题时，建立数学模型是十分关键的一步，同时也是十分困难的一步。建立数学模型的过程，是把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构的过程。要通过调查、收集数据资料，观察和研究实际对象的固有特征和内在规律，抓住问题的主要矛盾，建立起反映实际问题的数量关系，然后利用数学的理论和方法去分析和解决问题。数学建模是联系数学与实际问题的桥梁，数学建模具有难度大、涉及面广、形式灵活的特点，数学建模教学的本身是一个不断探索、不断创新、不断完善和提高的过程。

　三、有关开展初中数学建模教学的几点建议
    1、数学建模作业的评价以创新性、现实性、真实性、合理性、有效性等几个方面作为标准，对建模的要求不可太高，重在参与。
　　2、数学建模问题难易应适中，千万不要搞一些脱离中学生实际的建模教学，题目难度以“跳一跳可以让学生够得到”为度。
　　3、建模教学对中考应用问题应当有所涉及。鉴于当前中学数学教学的实际，保持一定比例的中考应用问题是必要的，这样更有助于调动师生参与建模教学的积极性，保持建模教学的活力，促进初中数学建模教学的进一步发展。
　　4、建议中学教师继续教育开设“数学建模”课程，师范类高等院校数学专业有必要把“数学建模”列为必修课程。通过在初中三年的数学学习，学生对运用数学建模去解决实际问题有了初步认识，但这个认识是不够系统的。因此，在初中总复习阶段有必要对学生开设数学建模的专题讲座。初中数学的建模，代数可分为：方程模型、不等式模型、函数模型，几何可分为：三角形模型、四边形模型、圆与其他几何图形组合模型。可按这几种分类有选择地把一些实际问题抽象成数学模型，提高学生的建模能力。中学教师只有通过对数学建模的系统学习和研究，才能准确地把握数学建模问题的深度和难度，更好地推动中学数学建模教学的发展。

在一个数学建模的课例中，由于学生知识水平和课时的限制，不可能进行完全科学的建模过程。比如建立函数关系式由于已知点的选择不同对数学模型的影响；怎样科学地比较各个模型的优劣；怎样调整数学模型等，今后还可以进一步展开。在数学建模教学中，把课内教学与课外活动结合起来是一条值得探索的途径，它将形成一个新的教学模式，这也是我们正在研究的问题。

综上所述，在数学建模教学中与素质教学所要求的培养学生的创造性思维能力是相辅相成，密不可分的.要真正培养学生的创新能力，光凭传授知识是远远不够的，我们的一切教学活动必须以调动学生的主观能动性，培养学生的创新思维为出发点，引导学生自主活动，自觉的在学习过程中构建数学建模意识，只有这样才能使学生分析和解决问题的能力得到长足的进步，也只有这样才能真正提高学生的创新能力，使学生学到有用的数学.我们相信，在开展“目标教学”的同时，大力渗透“建模教学”必将为中学数学课堂教学改革提供一条新路，也必将为培养更多更好的“创造型”人才提供一个全新的舞台。