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在数学建模教学中培养学生核心素养
□张 涛
  数学建模是高中数学六大核心素养之一,培养数学建模核心素养对学生综合素质的提升有重要作用。然而,在实际教学中,由于考试对数学建模的考查要求较低、学生认识不足、教师讲授不够等原因,导致学生学习数学建模情况不容乐观。因此,在教学中,教师要结合教学内容,有意识地讲授数学建模知识,同时要激发学生的求知欲,强化学生对数学知识的应用能力,积极开阔学生眼界,切实培养学生的数学建模核心素养。为了切实提高学生的数学学科核心素养,培养学生数学建模能力,教师在日常教学中应积极渗透数学建模思想。
  重视课本中数学建模内容
  例如,烧水与燃气用量的问题提出:现在许多家庭都以燃气作为烧水做饭的燃料,怎样烧开水最省燃气,燃气的用量和什么因素有关,旋钮位置与燃气用量之间有何关系?
  建立模型:在燃气灶上选好五个位置,分别记录烧开一壶水所需的时间和燃气量;利用数据求出旋钮位置和用气量间的函数;求出最小用气量;检验分析结果的合理性。
  在教学中,教师要引导学生运用数学知识解决实际问题,引导学生步步深入,为建模打好基础。建立模型的过程中,教师要引导学生如何排除其他变量对实验数据的影响,联想适合的函数模型,教给学生如何利用数学计算软件求函数解析式。
  课本中的教学案例对我们学习数学建模具有指导意义,学生可以借此开阔视野,体会数学知识在生活中的应用,让学生真正认识到学习数学的意义与用途,树立学习信心,激发学习兴趣,形成发现问题、提出问题、解决问题的能力。
  重点学习基本数学模型
  高中阶段的数学建模问题一般会贴近高中数学知识,建模过程中所使用的模型也往往基于课本,所以教师应该将常用的基本数学模型,如二次函数、指数函数、对数函数等,在授课时注意基本概念的强化和应用性的讲解。
  例题1:某文具店出售软皮本和铅笔,软皮本每本2元,铅笔每支0.5元。该店推出两种优惠办法:(1)买一本软皮本赠送一支铅笔;(2)按总价的92%付款。现在买软皮本4本,铅笔若干(不少于4支),若购买铅笔数为x支,支付款为y元,试分别建立两种优惠办法中y与x之间的函数关系式,并说明哪种优惠更合算。
  例题2:某租赁公司有汽车100辆,当每辆车的月租金为3000元时,可全部租出;当每辆车的月租金每增加50元时,未租出的车将会增加一辆。租出的车每辆每月需要维护费150元,未租出的车每辆每月需要维护费50元。(1)当每辆车的月租金定为3600元时,能租出多少辆车?(2)当每辆车的月租金定为多少元时,租赁公司的月收益最大?最大月收益是多少?
  例题3:基本再生数R0与世代间隔T是新冠肺炎的流行病学基本参数。基本再生数指一个感染者传染的平均人数,世代间隔指相邻两代间传染所需的平均时间。在新冠肺炎疫情初始阶段,可以用指数模型:I(t)=ert描述累计感染病例数I(t)随时间t(单位:天)的变化规律,指数增长率r与R0,T近似满足R0=1+rT。有学者基于已有数据估计出R0=3.28,T=6。据此,在新冠肺炎疫情初始阶段,累计感染病例数增加1倍需要的时间约是多少?
  以上几个例子都是数学知识在实际问题中的应用,都体现了数学建模的思想,分别涉及一次函数模型、二次函数模型和指数函数模型。在授课过程中,教师应当重视这些知识在实际问题中的应用,学习具体数学知识概念时可以多涉及一些数学知识的实际应用,加强理论与实践的联系,强化学生的理解,进而帮助学生形成数学模型思想,提升数学建模核心素养。教师还可以推荐学生多看数学建模大赛作品,通过这些资料可以极大地拓宽学生的视野,让他们感受到数学的魅力,明白学习数学的意义。同时,教师可以指导学生选取适合的数学问题,运用数学建模的知识解决问题,收获成功的喜悦。
  数学建模核心素养不是一朝一夕就能形成的,需要教师在教育教学过程中循序渐进地渗透,让学生在亲身参与、亲身体会的过程中,逐步形成素养和能力。

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