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淺談如何讓初中生理解數學建模

通過對實際問題進行抽象轉化,構建數學模型,是解決問題的重要途徑,是壹個“提出問題——解決問題”的認知過程。隨著國家基礎課程改革的深入,要求學生不僅要掌握必要的科學知識,還要具備提出問題、分析問題和解決問題的能力。然而,數學建模問題並沒有引起數學教師的足夠重視,他們仍然重視知識的傳授,忽視了數學知識與我們周圍現實世界的密切關系。由於缺乏解決實際問題的實踐,面對復雜的實際問題,學生往往不知道從哪裏入手,不知道什麽是數學模型,不知道如何建立合理的數學模型。

由於“數學建模”比較抽象,初中生很難理解,所以整個初中數學教材中並沒有出現“數學建模”這個詞。僅在義務教育八年級實驗教材(北師大出版社)第六章“線性函數”的導言中提到“函數是描述變量之間關系的常用模型”;在第七章“二元線性方程組”的引言中提到“方程組(組)是描述現實世界中等價關系的有效模型”;九年級上冊第二章緒論中提到“和壹次方程、分數次方程壹樣,壹次二次方程也是描述實際問題的有效數學模型”;在第五章“反比例函數”的引言中提到“函數是描述變量之間關系的數學模型”。“模型”這個詞確實讓學生很困惑,“建立數學模型”就更讓學生困惑了。本質上,數學建模的思想壹直滲透在七年級到九年級新教材的編排中,尤其是方程和函數中。而且,數學建模不僅可以培養學生良好的數學觀和方法論,還可以促進學生建立實踐視野和概念,增強解決實際問題的能力。因此,筆者認為教師在教學中要做好數學建模的啟蒙教育,讓學生明白什麽是數學建模,而不是完全回避。

什麽是數學建模?人們在面對壹個實際問題時,並不直接基於真實的物質本身去尋找問題的解決方案,而是經過壹些必要的、合理的假設和簡化,恰當地運用數學語言和方法來近似描述實際問題,得到壹個數學結構(數學模型),通過數學結構揭示實際問題的意義,合理地回歸現實。這個過程叫做數學建模。

數學模型,從廣義上講,壹切數學概念、數學理論體系、數學公式、方程、算法體系都可以稱為數學模型;狹義的數學模型是指解決具體問題的數學框架或結構,如二元壹次方程是“雞兔同籠”問題的數學模型,“壹筆”問題是“七橋”問題的數學模型,等等。壹般來說,數學模型是狹義的理解,尤其是初中階段。

而數學建模,簡單來說就是建立數學模型的過程就是數學建模,是壹種數學思維方法,包括對實際問題進行抽象和簡化,建立數學模型,求解數學模型,驗證數學模型解的全過程。

數學建模的步驟沒有固定的模式,不同的人有不同的看法。現在壹般給出步驟:包括模型準備、模型假設、模型建立、模型求解、模型分析、模型驗證和模型應用,即

初中數學的建模顯然不可能有以上完整的過程。從初中生的年齡特征、接受能力、知識儲備等實際情況出發,對初中數學的建模要從狹義的角度去理解,要求不能太高。只要學生能運用所掌握的數學知識建立合適的數學模型並求解。在教學中,必須以學生為主體,壹些不切實際的造型教學是離不開學生的。

那麽,如何讓學生理解初中數學建模呢?

如果教師能在平時有意識地找到壹些好的、合適的切入點,就能讓學生更容易理解和接受數學建模。比如以下生活中的實際問題:

例1壹輛車從上海沿京滬高速往北京方向行駛,平均速度為100km/h,需要* * 12.65h,如果返回時的平均速度為110km/h,需要多長時間?

這個問題很可能用小學公式來解決:

北京到上海的距離為:100×12.65 = 1265(公裏)。

因此,汽車返回時的行駛時間為:1265÷110 = 11.5(h)。

這時,教師要及時引導學生:“方程和函數也是描述量與量之間關系的數學模型。如何將壹些實際問題引入到具體的模型中,是問題能否解決的關鍵,建立數學模型的意識尤為重要。如果用方程解決這個實際問題,那就是建立方程模型;如果用函數的思想來解決,那就是建立函數模型。這就是數學模型。”

學生可以從其他相關學科了解數學建模。因為數學是學習其他自然科學和社會科學的工具,而其他學科都與數學密切相關。因此,在教學中要註意與其他學科的呼應,既能幫助學生加深對數學建模的理解,又能培養他們的建模意識。這種模型意識不僅是抽象的數學知識,而且對他們將來運用數學建模探索其他學科有著深遠的影響。例如,下面這個問題與物理學有關:

生活中的實際問題也可以通過建立幾何模型來解決,如工程定位、邊角料處理、拱橋計算、皮帶傳動、修復破輪、跑道設計計算等。,涉及到壹定的圖形性質,往往需要通過建立幾何模型來求解。選擇壹些通過建立幾何模型解決的實際問題,也可以幫助學生更好地理解數學建模。例如,下面這個有趣的實際問題:

例3如圖1所示,在壹場足球比賽中,壹名球員帶球直線接近球門AB。哪裏是最有利於他開拍的地方?

建立模型?這是壹個幾何定位問題。根據常識,起跑的最佳位置應該是直線上與AB張角最大的點。這時候得分的可能性最大。問題轉化為尋找直線上的點P使∠APB最大化。正因如此,做壹個通過A點和B點的圓與直線相切,切點P就是需求。當直線垂直於線段PB時,很容易知道P點離球門越近,起跑越好。可見,“關門”的功夫應該包括選擇最佳位置拍攝。

由此可見,利用數學建模解決實際問題的關鍵是將實際問題抽象為數學問題。我們首先要通過觀察和分析,提取出實際問題的數學模型,然後把數學模型放到壹個知識體系中去處理。這就要求學生不僅要有壹定的抽象能力,還要有相當的觀察、分析、綜合和類比能力。

學生這種能力的獲得不是壹朝壹夕的事情,數學建模意識需要貫穿整個中學教學。初中只是窺壹斑而見全豹,為其打下了壹些基礎。未來,當學生再次進入高中或大學接受數學建模教育時,會發現數學建模的領域是如此的廣泛和苛刻。

生活中有很多問題可以通過數學建模來解決。只要我們用心去找,就能找到幫助學生理解數學建模的實際例子。為了使學生充分理解數學建模問題,教師要選擇適當的實際問題,創設合理的問題情境,自己動手,因地制宜地收集整理,轉化為適合學生使用、貼近學生實際生活的數學建模問題。同時要註意問題的開放性和發展性,盡可能創設壹些合理、新穎、有趣的問題情境,既讓學生理解數學建模,又激發學生探索數學建模的好奇心和求知欲。

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