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拾级而上,奏响建模思维“三部曲”

2021-01-29江苏省通州高级中学何巧香

数学大世界 2020年31期
关键词:三部曲花坛数学模型

江苏省通州高级中学 何巧香

数学建模,简单来说就是根据问题构建相关模型,之后通过求解模型来解决实际问题。数学建模由于搭建了问题与数学知识之间的桥梁,因此实现了问题的数学化,也为问题的解决提供了很好的思路。高中阶段是学生走向自主性更强的大学阶段甚至社会的过渡阶段,未来学生将要更多地依靠自己解决实际问题,因此数学建模思维的培养不可忽视。

一、结合例题,合情假设

由于在之前的学习中可能没有接触过数学建模,因此,学生对于这种解决问题的形式可能比较陌生,在遇到问题时不知道从哪个方向入手。针对这种情况,就需要教师在初期的引导阶段付出更多。书中的例题是实际问题很好的缩影,通过结合例题,引导学生合情假设,有助于渗透建模思想。

像上面那样,当学生看到例题无从下手时,教师逐步进行引导,帮助其找到问题症结,通过合情假设的形式构建相关数学模型,可很好地解决问题。

二、信息辅助,模拟检验

数学模型的求解是数学建模的重要组成部分。高中阶段遇到的模型的求解可能相对复杂,使得不少学生对数学模型产生畏难情绪,这对于数学建模思维的养成十分不利。借助信息技术开展模型的模拟检验,可帮助学生更好地理解模型、求解模型、检验模型。

例如,在教学“直线与圆的位置关系”时,可引入这样一道问题:“某学校要进行校园建设,计划在一个半径为50m 的圆形花坛西侧开辟出一条小路,让学生能够更方便地到花坛处赏花。规划师打算在花坛东侧采取令道路与花坛相切的方式开辟一条小路M,使得小路处在花坛正北位置距花坛圆心为150m 处的道路L上,你能否帮助规划师确定如何选择小路与花坛相切的位置?”在实际求解时,学生发现求解过程复杂,这时教师可采用几何画板这一工具进行实际演示,演示确定相切点的过程,并向学生介绍Matlab 这一工具,向其展示用软件求解的过程。

像上面那样,对待一些几何问题,可采用几何画板的形式展示相关问题过程,实现对问题的模拟验证,在实际求解模型时可以向学生介绍Matlab 等软件,让其体会借助工具模拟检验的过程。

三、联系生活,解决问题

数学建模思维培养的最终目的是为学生解决实际生活问题提供思路。生活中的问题要比课堂上描述的数学问题更加复杂,为了避免学生在真正解决实际问题时产生“落差感”,教师教学应更多地联系生活,让学生感到正在解决实际问题。

例如,在学习“圆与方程”的相关知识时,可引入这样一道生活中的实际问题:“某市要建一座圆拱桥并为其添加支柱,圆拱梁的跨度为36 米,拱高为6 米,每隔3 米添加一根支柱支撑,求距A点12米处的支柱的长度。”有了生活问题的导入,学生与知识之间的距离感大大缩小,这时教师鼓励学生采用构建数学模型的方法解决问题,经过引导,学生提出,可通过建立平面直角坐标系,构建圆的方程的数学模型解决问题。

像上面那样,在进行实际教学时引入生活中的实际问题,不仅让学生在真实问题中学会用建模思维思考,还大大缩短了他们与问题之间的距离,当他们运用数学建模的方式解决问题之后,会更深刻地体会数学建模在解决实际问题中的独特作用。

综合上面的描述,教师在进行数学建模思维的培养过程中切记不可过于求快,而是应该讲究方法,结合课本中的例题,让学生提出自己合理的假设,帮助其构建数学模型;在模型的求解过程中,可向学生介绍一些信息技术,方便学生求解的同时还对模型进行模拟验证;而生活问题的导入则是为学生以后解决实际问题做铺垫,使学生在以后遇到问题时也能想到用数学建模的方法解决问题,沿着“构建模型——求解模型——用模型解决问题”的台阶前行,相信学生建模思维的养成会更加迅速。

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