许多高中数学老师因为有高考的压力和影响,他们在数学课堂中只关注对学生基本概念、定理、算法等知识的讲解和技能的训练,而不关心学生教学建模意识和数学建模能力的发展。然而,数学建模思维是联系数学与实际问题的桥梁,是数学在各个领域广泛应用的媒介,是数学科学技术转化的主要途径。同时,为了适应科学技术发展的需要和培养高质量、高层次科技人才,数学建模已经在大学山东智顷数位学习中逐步开展。所以如果学生在高中时期能够接触数学建模,并且打下一定基础的话,对后续研究发展是非常重要的。本文将探讨如何从高中时期开始培养学生的数学建模思维。

数学模型(Mathematical Model)是一种模拟,是用数学符号式子、程序和图形等对实际课题本质属性的抽象而又简洁的刻画,或能解释某些客观现象,或能预测未来的发展规律,或能为控制某一现象的发展提供某种意义下的最优策略或较好策略。但是数学模型一般并非现实问题的直接翻版,其建立常常不仅需要建模者对现实问题深入细微的观察和分析,而又需灵活巧妙地利用各种数学知识。数学建模简而言之就是应用知识从实际课题中抽象、提炼出数学模型的过程。

精心选择数学建模教学问题使其具有较强地现实背景,在数学上需有一定深度,要经过数学知识的综合运用,通过必要的若干修改,确实符合实际情境,建模过程才算完成。那么怎么在数学课堂上有效地培养学生的建模思维?

1.结合教材让学生掌握基本数学模型,引入建模思想

各种数学公式都是一些具体的数学模型,教师应考虑在各部分知识中可引入哪些模型问题,如在代数教学中可引入各种基本函数的模型。引导学生应用数学模型去解决问题,从而激发学生去研究数学模型的兴趣,使得数学建模意识成为学生思考解决问题的方法与习惯。

2.以身示范,潜移默化地影响学生应用数学知识解决问题的潜意识

当前许多教师对于数学建模的教学都会感到陌生和不适应,数学应用与建模的能力是一项专门的能力,它与学习、掌握纯数学的能力有密切关系,但并不等价。应用的意识、技巧、方法、能力需要有一个培养、锻炼、提高的过程,建模的教学过程需要教师不断调整自己所扮演的角色。学习新知识时要关注其应用背景,备课时要挖掘知识的应用价值,时刻保持自己的好奇心,对自己身边发生的事情要多问几个数学上的为什么。

3.给学生提供设计“好”问题,让学生感知数学建模的特点

教学中教师应给学生提供充足的“好”问题,为学生自己发现问题并用数学来解决问题提供经验和范式。所谓“好”问题就是接近学生的数学现实,适合学生的知识和能力水平,求解中不需要补充大量的课外知识,并且有较强的生产、生活或理化等其他学科的实际背景和应用价值,求解中可以充分体现数学建模的特点过程。比如说:⑴自己或周围人的生产、生活的实际中;⑵挖掘大学里的成品建模问题将其简化;⑶教师自身多读国内外的相应教材刊物,进行整理编译;⑷根据自己的教学实践改编创作,比如在数列问题的教学之后,可以创作一些“人口问题”和“利率计算问题”等。

数学建模所要解决的问题,大部分是生活当中的例子,从构造数学模型、设计求解模型的方法到回顾等整个过程由学生去发现,去设计、创新和完成,而教师的作用是只为学生的创造性思维提供良好的环境和机会,甚至服务。值得注意的是,培养更多的是成功的问题的解决者,而不应该鼓励学生解决模仿性的问题。只要学生习惯这种近似机械的操作后,其创造能力、思维能力就会大大降低。所以要大力倡导主动的精神,好的想法、数学的机智及细致的作风。

总而言之,高中的学习有着其自身的特点,高考仍然是重点。但是不能因为短期的利益而忽视了学生的长远人生发展。数学建模思想无论是对于学生高中数学的学习还是其以后的思维模式形成都非常重要。只要我们肯于学习,大处着眼,小处着手,留心观察,善于联想发掘,从自己熟悉的标准入手,就一定能逐步使我们数学建模的问题库存丰富起来。在此基础上,结合教材特点及学生水平,设计出适合课堂教学的“好问题”,这是培养学生数学建模能力的关键。