初中数学“数学建模”的教学研究.docx
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《初中数学“数学建模”的教学研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《初中数学“数学建模”的教学研究.docx(29页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、初中数学“数学建模”的教学研究 初中数学“数学建模”的教学探讨 张思明(北大附中,数学特级老师) 鲍敬谊(北大附中数学学科主任,高级老师) 白永潇(北京教化学院数学老师) 一、什么是数学建模? 1.1数学建模(Mathematical Modeling)是建立数学模型并用它解决问题这一过程的简称,有代表的定义如下: (1)一般中学数学课程标准中认为,数学建模是运用数学思想、方法和学问解决实际问题的过程,已经成为不同层次数学教化的重要内容和基本内容。 (2)叶其孝在数学建模教学活动与高校数学教化改革一书中认为,数学建模(Mathematical Modeling)就是应用建立数学模型来解决各种实
2、际问题的方法,也就是通过对实际问题的抽象、简化,确定变量和参数,并应用某些“规律”建立起变量、参数间的确定的数学问题(也可称为一个数学模型),求解该数学问题,说明、验证所得到的解,从而确定能否用于解决实际问题的多次循环、不断深化的过程。 两种定义的区分在于课程标准对数学建模的定义没有强调建立特定的解决问题的数学模型。数学建模的过程中当然会运用数学思想、方法和学问解决实际问题,但仅仅如此很难称得上是“数学建模”。处理许多事情,比如法律和组织上的问题,经常会用到分类探讨的思想、转化的思想、类比的思想,而并没有建立数学模型,这就不能说是进行了数学建模。这里所谈(事实上,同大部分人认为的一样)的数学建
3、模,其过程是要建立详细的数学模型的。 什么是数学模型?依据徐利治先生在数学方法论选讲一书中所谈到,所谓“数学模型”(Mathematic Model)是一个含义很广的概念,粗略的讲,数学模型是指参照某种事物系统的特征或数量相依关系,采纳形式化数学语言,概括地或近似地表达出来的一个数学结构。广义的说,一切数学概念、数学理论体系、数学公式、数学方程以及由之构成的算法系统都可以称为数学模型;狭义的说明,只有那些反应特定问题或特定的详细事物系统的数学关系结构才叫数学模型。 本论文所谈到的数学建模,其过程肯定是建立了肯定的数学结构。 另外,我们所谈的数学建模主要侧重于解决非数学领域内的问题。这类问题往往
4、来自于日常生活、经济、工程、医学等其他领域,呈现“原胚”状态,须要分析、假设、抽象等加工,才能找出其隐含的数学关系结构。 一般地,数学建模的过程可用下面的框图表示: 1.2什么是中学数学建模? 这里的“中学数学建模”有两重含义。 一是按数学意义上的理解、在中学中做的数学建模。主要指基于中学范围内的数学学问所进行的建模活动,同其它数学建模一样,它仍以现实世界的详细问题为解决对象,但要求运用的数学学问在中学生认知水平内,专业学问不能要求太高,并且要有肯定的趣味性和教学价值。 二是按课程意义理解,它是本文要绽开探讨的,一种要在中学中实施的特别的课程形态。它是一种以“问题引领、操作实践”为特征的活动型
5、课程。学生要通过经验建模特有的过程,真实地解决一个实际问题,由此积累学数学、用数学的阅历,提升对数学及其价值的相识。其设置目的是希望通过老师对数学建模有目标、有层次的教与学的设计和指导,影响学生的学习过程,变更传统的学习方式,实现激发学生自主思索,促进学生合作沟通,提高学生学习爱好,发展学生创新精神,培育学生应用意识和应用数学的实力,最终使学生提升适应现代社会要求的可持续发展的素养。 二、数学建模进入中学课堂的背景 (一)数学建模从高校到中学的历程 1.高校开设数学建模课程以及高校生数学建模竞赛的开展。 目前,数学建模在大部分高校已经成为数学专业的必修课,其它工科、金融、社会学科的选修课程。而
6、且,与计算机技术相结合,高校开设了数学试验课程。 美国的高校生数学建模竞赛有MCM(Mathematical Contestin Modeling)和ICM(Interdisciplinar yContestin Modeling),我国的有全国高校生数学建模竞赛(CUMCM)(China Undergraduate Mathematical Contestin Modeling)。 2数学建模从高校进入中学。 1988年,第六届ICME就把“问题解决、建模和应用”列入大会七个主要探讨课题之一,认为“问题解决、建模和应用必需成为从中学到高校全部学生的数学课程的一部分。” 美国科学院下属的国家探
7、讨委员会在1989年发表的调查报告关于将来数学教化的报告中,把“数学建模进入中学”列为数学教化改革最急需的项目。 (二)国外中学数学建模相关课程的发展 许多国家在中学开设了类似“数学建模”的数学应用课程,将数学学问和现实生活中的问题融合起来进行学习,形成了各具特色的中学数学课程。 1美国两种课程模式。 (1)以项目为中心的学习(Project-Based Learning) 强调长期的、跨学科的、以学生为中心的学习活动,并结合现实世界中的问题与实践进行教学。 (2)以问题为中心的学习(Problem-Based Learning) 是一种关注阅历的学习,它围绕现实生活中的一些结构不明确的问题绽
8、开调查,并寻求解决方法。 1991年美国出版了由Frank Swetz和JeffersonS.Hartaler编的中学课程中的数学建模课堂练习资料导引。此书介绍了自1975年以来美国的中学数学教学是如何强调问题解决和数学建模的,简要分析了问题解决和数学建模的关系,指出在中学发展数学建模活动的必要性和可能性。 2英国课程整合。 其主要内容是: 从现实生活题材中引入数学; 加强数学和其他科目的联系; 打破传统格局和学科限制、允许在数学课中探讨与数学有关的其他问题。 在课程标准下,将“运用和应用数学”单独列为一项成果目标,贯穿于整个数学课程之中。“运用和应用数学”非常留意面对解决实际问题与日常生活中
9、的问题,包括提出问题、设计任务、做出安排、收集信息、选用数学、运用策略、获得结论、检验和说明结果等环节,而不是局限在书本上现成的“问题”。例如,为探讨最好的储蓄方式(或地点),就要去调查各家银行不同存款形式、期限的利率等。 3日本课题学习。 受美国“问题解决”等因素的影响,日本教化界提出了“课题学习”(Problem Situation Learning)。“课题学习”于1989年作为中学数学教学内容写进了中学数学学习指导要领,自1993年4月起先在初中 二、三年级中起先实施。 为了配置“课题学习”的实施,1993年日本出版了6套初中数学科书,共设置255个课题。大阪教化高校松宫哲夫先生提出了
10、CRM(Composite Real Mathematics)型课题学习,特殊重视课题的现实性,主动主见从现实世界中的问题情境动身进行课题学习。提出“湖水中的数学”、“高层建筑中的数学”、“田径场中的数学”、“交通平安中的数学”、“铁路运输中的数学”等课题。 日本第15届中心教化审议会在1996年提出了要在中小学设置综合课程的建议,经过论证后修订了中小学学习指导纲要,规定小学(从三年级起先)和初中从2002年起先,中学从2003年起先正式开设综合学习课程。综合活动课程不是课外活动,而是利用教学时间进行的正式课程。它没用既定的教学目标和教科书。各校依据自己的爱好等选择学习内容。 4法国多样化途径
11、(初中)有指导的学生个人实践活动(中学)。 1994年,法国起先进行中小学校的课程改革,增加了“多样化途径”课程,并于1995年-1996年首次在初二年级实施。 1999年,法国政府又规定,将这一试验从初二推向初三,规定在初三年级增加“综合实践课程”,并且设为必修课。 2002年,法国几乎全部的中学二年级都起先进行“有指导的学生个人实践活动”。 5国际数学教化大会对数学建模的重视。 在近几届的国际数学教化大会(ICME)上,数学建模与应用都有固定的专题分组。 1996年6月在西班牙召开的第八届ICME大会上,不仅有欧美国家的数学建模的专题报告和阅历介绍,也有巴西这样的发展中国家的代表介绍巴西国
12、内10年来数学建模的发展状况。我国代表叶其孝教授在“数学建模与应用专业组”报告中,介绍了我国首创的中学数学学问应用竞赛的状况。 (三)国内中学数学建模的发展 中学数学建模竞赛的开展,展示了数学建模在培育学生方面的特别作用,产生了巨大的影响,对数学建模课程进入中学起了主动的推动作用。从1991年以来,上海市举办了“金桥杯”中学生数学学问应用竞赛;北京市在1994年第一届“方正杯”中学生数学学问应用竞赛,从1997年起先,由北京数学会等五家单位组织,把中学数学学问应用竞赛作为正式的科普活动,定期开展。 北京市数学会从1994年起,组织了“中学数学教学改革和数学建模”探讨班;经过研讨形成一批教学素材
13、,在北京师范高校的“数学学校”中进行了教学建模案例实践。评价中,高考逐年加大了对数学应用实力的考察力度。教学中,“探讨性学习”、“课题学习”、“数学建模”等教学方式接连提出。 (四)课堂教学的尝试和教学资源的发展历程 1993年,北大附中采纳叶其孝引进的美国建模教材,组织部分同学在课外活动的时间起先开展数学建模活动。 1997年,北大附中有了正式选修课,积累了一批案例资源作为教学之用,并为中学数学课程标准中数学建模内容的制订,供应了阅历和案例。 1997年,叶其孝主编的中学数学建模出版。 2000年9月,张思明编著的中学数学建模的实践与探究出版。 2002年12月,北京中学数学学问应用竞赛试题
14、及解析出版。 2003年,中学生探讨性学习案例-中学生数学建模论文选编出版。 2003年,数学建模被写进有教化部制订的一般中学数学课程标准(试验),成为中学数学正式的学习内容。 2004年,张思明、白永潇编著的数学课题学习的实践和探究出版。 2006年,拍摄17集专题片数学建模走进中学课堂。 20072009年,在全国部分地区的“数学新课程的网上培训”课程中,数学建模成为培训内容之一。 2008年,北京“数学建模”双课堂“试验,依托网络、真实课堂和虚拟课堂结合的中学数学建模课程,探究了中学数学建模教学的可操作模式。 三、义务教化数学课程标准(修订稿)和中学数学课标中有关数学建模的内容 教化部新
15、启动的义务教化阶段数学课程标准的修订中,东北师大史宁中校长提议,将原来的“双基”增加到“四基”,增加了“基本数学活动阅历和基本数学思想”。基本活动阅历是指学生亲自或间接经验了活动过程而获得的阅历。另外,全日制义务教化数学课程标准(修改稿)在“数与代数”的内容中提出了“要初步形成模型思想”,对“综合与实践”部分内容加以明确并供应了详细课例。上述改变正是课标对培育学生数学应用实力的应措。相比数学建模,综合与实践部分是学习数学建模的最初阶段,因此内容包含的更加基本、广泛,下面我们将分别介绍全日制义务教化数学课程标准(修改稿)提出的“模型思想”,“综合与实践”的内容,以及内容在试验稿基础上的改变,最终
16、在通过实例来说明综合与实践部分的学习内容。 (一)模型思想 2007年12初全日制义务教化数学课程标准(修改稿)提出在“数与代数”的教学中,应帮助学生建立数感和符号意识,发展运算实力和推理实力,初步形成模型思想。模型思想的建立是帮助学生体会和理解数学与外部世界联系的基本途径。建立和求解模型的过程包括:从现实生活或详细情境中抽象出数学问题,用数学符号建立方程、不等式、函数等表示数学问题中的数量关系和改变规律,求出结果、并探讨结果的意义。这些内容的学习有助于学生初步形成模型思想,提高学习数学的爱好和应用意识。 (二)与试验稿相比“综合与实践”部分的改变 目的和内涵进一步明确,统一了名称,给出了明确
17、的定义:“综合与实践”,是一类以问题为载体,学生主动参加的学习活动,是帮助学生积累数学活动阅历、培育学生应用意识与创新意识的重要途径。针对问题情境,学生综合所学的学问和生活阅历,独立思索或与他人合作,经验发觉问题和提出问题、分析问题和解决问题的全过程,感悟数学各部分内容之间、数学与生活实际之间、数学与其他学科之间的联系,加深对所学数学内容的理解。 明确要求“综合与实践”应当保证每学期至少一次。三个学段“综合与实践”的要求和教学目标有了差异。 (三)“综合与实践”的常用教学形式和案例 根据教学内容不同,“综合与实践”可以分为两种内容形式:体现数学学问内部联系;体现数学与生活和其它学科联系。 若根
18、据活动开展的地点不同,可以分为课堂内、课堂内外结合、课堂外三种形式。(可见下表) 解决数学内部问题 解决数学外部问题(生活、的综合与实践活动 其他学科等)的综合与实践 活动 课堂内进行的综合与实践活动 例80-用几何探讨代数、例78-看图说故事 课堂内外结合进行的综合与实践活动 课堂外进行的综合与实践活动 (四)中学数学课程标准中关于数学建模的定位 在中学数学课程标准的研制过程中,对是否增加数学建模的要求是有争议的。一些专家认为,中学数学是打基础的阶段,核心是学好将来须要的基础学问,应用不必强调,强调了也没有用在大跃进时期我们曾强调过“理论联系实际”,*中我们的教学内容里加入了类似“三机一泵”
19、,地主如何算“变天帐”一类的内容,弱化了基础理论的学习,效果是不好的。但一批数学家深刻留意到了数学的发展和改变,姜伯驹、李大潜、丁石孙、叶其孝等先生都分别撰文阐明在中学培育学生数学应用实力的重要性。我们多年开展中学数学建模竞赛和中学数学建模教学的实践也证明白,数学建模对培育中学生应用实力的良好作用。种种努力,使数学建模最终成为新中学数学标准中规定的中学数学内容的一部分。 新中学数学标准在基本理念的第5条即是发展学生的数学应用意识,认为中学数学课 例46-空间想象与分类计数。 例77-包装盒中的数学 例79-利用树叶的特征对树木分类 例21-钮扣分类 例75-直觉的误导 例76-从年历中想到的
20、程应供应基本内容的实际背景,反映数学的应用价值,开展“数学建模”的学习活动,设立体现数学某些重要应用的专题课程。中学数学课程应力求使学生体验数学在解决实际问题中的作用、数学与日常生活及其他学科的联系,促进学生逐步形成和发展数学应用意识,提高实践实力。由此在数学内容中特殊加入了:数学探究、数学建模。这些内容不单独设置,渗透在每个模块或专题中。标准要求中学阶段至少各应支配一次较为完整的数学探究、数学建模活动。 这里标准中谈到的数学建模,内容即是一般意义上的数学建模。数学建模是运用数学思想、方法和学问解决实际问题的过程,已经成为不同层次数学教化重要和基本的内容。数学建模可以通过以下框图体现: 数学建
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 初中 数学 建模 教学研究
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内