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渗透模型思想提升数学素养

2022-05-29张玉云

数学教学通讯·小学版 2022年4期
关键词:模型思想数学建模数学素养

[摘  要] 模型思想的形成是一个长期的过程,在日常教学中要不断地启发、渗透和引导。在小学阶段,为了培养学生的模型思想,往往需要在关键点、适合处进行渗透,通过问题情境引导学生在切身体验中学会概括和抽象,借助猜想、验证、应用,逐渐形成模型思想,进而提升数学素养,提高解题效率。

[关键词] 模型思想;数学建模;数学素养

数学建模的目的之一就是为了更好地利用数学知识去解决现实问题,是“用数学”的最直接的表现形式。小学阶段受学生学习能力和认知水平的影响,并未对学生的建模能力和模型思想提出过高的要求,而是通过潜移默化地渗透,让学生敢于猜测、学会反思和概括,从而培养数学建模所需的学习品质,让学生在应用模型的过程中体会数学模型的价值,进而提升学生的模型意识。

对于如何渗透和培养学生的模型思想,笔者谈了几点教学策略,仅供参考。

一、在适合处渗透模型思想

随着新课改的不断深入,教师已经认识到,在小学数学教学中渗透模型思想对提高教学质量、发展学生思维能力、提升学生应用意识等有着积极的意义,为此,部分教师盲目地放大了建模的本质意义,在教学中处处体现模型思想,将数学教学与数学建模视同一律。这样盲目地“滥用”很难展示数学模型的真正魅力,也失去了渗透模型思想的真正意义。因此,重视数学建模,就要在知识的关键点、适合处渗透模型思想,从而构筑起沟通数学与生活的桥梁。

小学阶段并没有涉及过多、过于复杂的模型,为此,教师要珍惜这些宝贵的资源,潜心研究,悉心指导,发挥数学建模的积极意义。笔者整理归纳了小学阶段数学建模的几个关键点,仅供参考。

1. 数与代数

(1)总价=单价×数量。

(2)路程=速度×时间。

(3)相遇问题:s=v1t1+v2t2。

(4)植树问题:①两端都栽,总长÷间隔距离+1=棵数;②仅一端栽,总长÷间隔距离=棵数;③两端都不栽:总长÷间隔距离-1=棵数。(注意:若栽树后形成一个封闭路线,如圆形、方形等,等同于模型②)

(5)正比例关系:

(6)反比例关系:

2. 几何问题

(1)拼接问题。

例1:如图1,按照这样的规律继续摆,若要摆n个三角形,则需要2n+1根木棒。

例2:如图2,按照这样的规律继续摆,若要摆n个六边形,则需要5n+1根木棒。

(2)多边形内角和:n边形的内角和为(n-2)×180°。

(3)表面涂色的正方体个数。

因个人认知不同,对建模关键点的理解也会有所不同,但从狭义的建模上来看,小学阶段所涉及的模型内容并不多,因此,我们要利用好这些内容,通过挖掘和拓展,培养学生的建模意识,为日后更好地学习数学、利用数学打下坚实的基础。

二、在亲身经历中培养模型意识

小数数学建模一般需要经历三个过程:(1)借助与模型相关的、贴近生活的、符合学生认知的问题情境渗透模型思想;(2)在教师的引导下,将亲身经历逐渐抽象成数学模型,即建立模型;(3) 通过具体实例验证模型,体会模型的价值。在此过程中,通过问题情境抽象出数学模型显得尤为重要。因此,问题情境的创设要有一定的方向性、针对性,引导学生通过观察、体验、思考,将情境中的数学知识加以提炼、抽象和概括并逐渐向数学模型转化。

例如,在教学“正比例”时,虽然六年级的学生已经有了一定的逻辑分析能力和抽象概括能力,但若不引导学生在情境中经历生成过程,直接给出=k,y=kx这样的字母模型,势必会引起一定的认知障碍。为此,在教学中,教师可以通过情境引导,让学生通过亲身经历感知正比例关系,由此,通过潜移默化地渗透,培养学生的模型思想。

情境1:

请按照表格要求补充数据,补充后用自己的语言描述变化规律。(教师PPT展示表1)

设计意图:从最熟悉的内容出发,让学生体验相互依赖的变化规律,即面积随着边长的变化而变化。

情境2:

一辆汽车以90km/h的速度(v)行驶,行驶路程(s)与时间(t)如表2所示。

设计意图:同样从学生熟悉的情境出发,让学生通过理解速度一定时路程与时间的关系,进而理解正比例建构的意义。

这样在两次亲身经历后再引出“概念”,可有效淡化概念的抽象感。同时,通过情境2的引入,学生可以利用s=vt这一数量关系领悟y=kx的真正意义。通过对已有经验进行转化、迁移和抽象,学生得到了正比例关系式,从而建立了正比例模型。

三、在猜想中培养模型思想

小学数学建模虽然不需要利用大量的实验进行推理,但必要的猜想和验证却必不可少。在小学阶段要培养和渗透模型思想,就要在日常公式、法则的教学中或在特定的模型建立中引导学生大胆地“猜一猜”,从而发现问题的本质特征和内在规律,进而通过验证转化为数学模型。

例3:在全长1000米的马路一边首尾栽树,每隔5米栽一棵,共栽多少棵?(教师没有直接讲解,让学生先大胆猜想)

生1:1000÷5=200(棵)。

师:很好,可以大胆说出自己的想法非常棒。那你能验证一下自己的想法吗?(生1表示因为长度太长,很难实际验证)

師:想一想我们应该怎么验证?怎样变一变,转化成我们能验证的内容呢?

生2:我们可以将1000米变成20米。

师:很好的想法,那么按照生1的想法,将长度变成20米后,我们需要栽几棵呢?

生3:4棵。

师:结果是不是这样呢?(这时已经有很多学生开始通过“画一画”进行验证并很快有了答案)

生4:不是4棵,是5棵。

师:大家看一看,如果变成30米,会是几棵呢?

生5:7棵。(接下来学生又验证了40米和50米共栽多少棵)

师:很好,现在谁能总结一下,你发现了什么?

生6:我发现,棵数=总长÷间隔距离+1。

师:非常好,这样我们就发现了两端栽树的计算公式。接下来请同学们想一下,若将两端栽树改为一端栽树会是什么结果呢?

学生重复上面的实验,通过猜想和验证得出“若一端栽树,则总长÷间隔距离=棵数”。由此,学生又联想到两端不栽树和栽成闭合路径的情况,这样,通过联想、假设,学生的植树模型逐渐完善。植树模型建立后,学生可以应用该模型解决现实中很多关于间隔的问题,大大地提升了解题效率。

值得注意的是,在教学中,无论学生的猜想是否正确,只要不是随便给出的猜想,都应得到肯定,只有这样才能保护好学生的探究欲望和自尊心,进而通过不断地猜想和验证,成功解决问题。同时,在教学中教师要多鼓励学生表达自己的想法,可以通过一些名人故事告诉学生,任何真理的得出都需要经过无数次的猜想和验证,只有不畏失败,勇往直前,才能获得最后的成功,从而培养学生正确的价值观。

四、在“用”中深化模型思想

数学学习的价值是“学以致用”,既要培养学生的模型思想,又要注重“用”的价值,让学生通过应用模型给解题带来方便,从而深化对模型的理解。

笔者以植树模型为例,通过一些具体应用,让学生领悟模型的价值。

例4:在一条1700米的林荫大道一侧竖电线杆(从头到尾),一共竖了86根,则每两根需间隔几米?

例5:有320盆百合,排成8行,每行的两盆百合间隔是1米,则每行百合有多长?

例6:已知一个圆形水池每间隔2米栽了一棵柳树,一共40棵,你知道这个水池的周长是多少米吗?

例7:小明步行从1楼到3楼共用了30秒,按照这个速度,小明到达10楼需用时多少分?

例8:某公交车首班发车时间为6:00,每间隔20分钟发一班,则第10班车几点发出?

教师设计了一系列需要应用植树模型来解决的问题,有的是求间隔,有的是求总长,有的是两侧,有的是圆形,还有植树问题的拓展,这样让学生从不同角度去思考和解决问题,有助于学生通过应用深化对模型的理解。

数学建模是一件有意义且有趣的事情,虽然简单的几个情境或简单的几个问题不能“立竿见影”地提升学生的建模能力,但只有这样不断地启发、不断地渗透、不断地应用,才能引导学生慢慢地学会提取和抽象,進而增强模型意识,提升应用能力。

作者简介:张玉云(1980—),本科学历,一级教师,从事小学数学教学与研究工作,曾获江苏省小学数学优质课评比二等奖,泰兴市学科带头人。

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