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《新数学课程标准》指出:“数学模型可以有效地描述自然现象和社会现象,课程目标应让学生经历‘问题情境——建立模型——求解——解释与应用’的基本过程,进而使学生获得对数学理解的同时,在思维能力、情感、态度与价值观等多方面得到进步和发展. ”而且高中阶段的学习中也有很多问题需要利用数学模型来解决,高考每年也出应用题,这些应用题以数学建模为中心,考查学生应用数学的能力. 但学生在这些题上的得分率往往很低,原因之一就是学生缺乏数学建模能力和意识. 因此,在高中数学教学过程中加强建模教学、渗透建模意识是非常必要的,这样能够培养学生应用数学意识与创新思维.
一、构建数学建模意识的基本途径
(一)教师应首先提高自己的建模意识
数学教师应提高自己的建模意识,这不仅意味着我们在教学内容和要求上的变化,更意味着教育思想和教学观念的更新. 高校数学教师除需要了解数学科学的发展历史和发展动态之外,还需要不断地学习一些新的数学建模理论,并且努力钻研如何把高等数学知识应用于现实生活. 比如说:市场上的某蔬菜价格变化频繁,数学教师在搞清其价格变化函数后,就可将其引入教学中,作出其价格变化曲线,预测蔬菜价格在近期的变化趋势. 这是一般人所忽略的事,却是数学教师运用数学建模进行教学的良好机会.
(二)数学建模教学应与现行教材相结合
教师应研究在各个教学章节中可引入哪些模型问题. 如讲立体几何时可引入正方体模型或长方体模型,把相关问题放入到这些模型中来解决;又如在讲极限的计算的时候,可以将连续复利问题引入其中来解决. 高校教师要经常渗透建模意识,这样通过教师的潜移默化,学生可以从各类大量的建模问题中逐步领悟到数学建模的广泛应用,从而激发学生去研究数学建模的兴趣,提高他们运用数学知识进行建模的能力.
(三)在教学中进行专题讨论与建模法关系研究
所谓“学问之道,问而得,不如求而得之深固也”. 因此我们可以选择适当的建模专题,如“三角函数法建模”、“极限思想法建模”、“直(曲)线拟合法建模”等,通过讨论、分析和研究,熟悉并理解数学建模的一些重要思想,掌握建模的基本方法,也可以引导学生通过对日常生活的观察,自己选择实际问题进行建模练习. 这也符合玻利亚的“主动学习原则”.
(四)在数学建模活动中要充分重视学生的主体性
提高学生的主体意识是新课程改革的基本要求. 在课堂教学中,真正落实学生的主体地位,让学生真正成为数学课堂的主人,促进学生自主地发展,是现代数学课堂的重要标志,是高校数学素质教育的核心思想,也是全面实施素质教育的关键. 因此,教师在课堂上应该让学生充分进行自主体验,在数学建模的实践中运用这些数学知识,感受和体验数学的应用价值. 教师可作适当的点拨指导,但要重视学生的参与过程和主体意识,不能越俎代庖,目的是提高学生进行探究性学习的能力,提高学生学习数学的兴趣.
二、在数学建模中培养学生的创新思维
建模活动本身就是一项创造性的思维活动. 它既具有一定的理论性,又具有较大的实践性,既要求思维的数量,还要求思维的深刻性和灵活性,而且在建模活动过程中,能培养学生独立、自觉地运用所给问题的条件,寻求解决问题的最佳方法和途径,可以培养学生的想象能力,直觉思维、猜测、转换、构造等能力. 而这些数学能力正是创造性思维所具有的最基本的特征.
(一)鼓励学生大胆想象,培养学生直觉思维
直觉思维是灵感的一种,是由于长期实践,不断积累经验和知识而突然产生的富有创造性的思路,是认识上质的飞跃. 灵感的发生往往伴随着突破和创新. 在教学中,教师应及时捕捉和诱发学生学习中出现的灵感,对于学生别出心裁的想法,违反常规的解答,标新立异的构思,哪怕只有一点点的新意,都应及时给予肯定. 众所周知,数学史上不少的数学发现来源于直觉思维,如笛卡尔坐标系、哥德巴赫猜想等,应该说它们不是任何逻辑思维的产物,而是数学家通过观察、比较、领悟、突发灵感发现的. 比如在刚开始学习导数的时候,可以将物理中瞬时速度的公式引入数学建模教学,使学生有独到的见解和与众不同的思考方法,如善于发现问题,沟通各类知识之间的内在联系等都是培养学生创新思维的核心.
(二)给学生灌输“构造”思想,培养学生的创新能力
一个好的数学家与一个差的数学家之间的差别,就在于前者有许多具体的例子,而后者则只有抽象的理论. 我们前面讲到,“建模”就是构造模型,但模型的构造并不是一件容易的事,需要有足够强的构造能力,而学生构造能力的提高则是学生创造性思维和创造能力的基础.
(三)构建建模意识,培养学生的转换能力
事物由一种形式转化为另一种形式是数学的杠杆,如果没有它,我们就不能走很远. 由于數学建模就是把实际问题转换成数学问题,因此如果我们在数学教学中注重转化,用好这根有力的杠杆,对培养学生思维品质的灵活性、创造性及开发智力、培养能力、提高解题速度是十分有益的. 学生对问题的研究过程,无疑会激发其学习数学的主动性,且能开拓学生的创造性思维能力,养成善于发现问题、独立思考的习惯.
具有创新能力的人才将是21世纪最具竞争力,最受欢迎的人才. 而在数学教学中构建学生的数学建模意识与素质教学所要求的培养学生的创造性思维能力是相辅相成、密不可分的. 因此通过提高学生的数学建模能力来提高学生的创新意识和创新能力是我们数学教师面临的重要课题.
一、构建数学建模意识的基本途径
(一)教师应首先提高自己的建模意识
数学教师应提高自己的建模意识,这不仅意味着我们在教学内容和要求上的变化,更意味着教育思想和教学观念的更新. 高校数学教师除需要了解数学科学的发展历史和发展动态之外,还需要不断地学习一些新的数学建模理论,并且努力钻研如何把高等数学知识应用于现实生活. 比如说:市场上的某蔬菜价格变化频繁,数学教师在搞清其价格变化函数后,就可将其引入教学中,作出其价格变化曲线,预测蔬菜价格在近期的变化趋势. 这是一般人所忽略的事,却是数学教师运用数学建模进行教学的良好机会.
(二)数学建模教学应与现行教材相结合
教师应研究在各个教学章节中可引入哪些模型问题. 如讲立体几何时可引入正方体模型或长方体模型,把相关问题放入到这些模型中来解决;又如在讲极限的计算的时候,可以将连续复利问题引入其中来解决. 高校教师要经常渗透建模意识,这样通过教师的潜移默化,学生可以从各类大量的建模问题中逐步领悟到数学建模的广泛应用,从而激发学生去研究数学建模的兴趣,提高他们运用数学知识进行建模的能力.
(三)在教学中进行专题讨论与建模法关系研究
所谓“学问之道,问而得,不如求而得之深固也”. 因此我们可以选择适当的建模专题,如“三角函数法建模”、“极限思想法建模”、“直(曲)线拟合法建模”等,通过讨论、分析和研究,熟悉并理解数学建模的一些重要思想,掌握建模的基本方法,也可以引导学生通过对日常生活的观察,自己选择实际问题进行建模练习. 这也符合玻利亚的“主动学习原则”.
(四)在数学建模活动中要充分重视学生的主体性
提高学生的主体意识是新课程改革的基本要求. 在课堂教学中,真正落实学生的主体地位,让学生真正成为数学课堂的主人,促进学生自主地发展,是现代数学课堂的重要标志,是高校数学素质教育的核心思想,也是全面实施素质教育的关键. 因此,教师在课堂上应该让学生充分进行自主体验,在数学建模的实践中运用这些数学知识,感受和体验数学的应用价值. 教师可作适当的点拨指导,但要重视学生的参与过程和主体意识,不能越俎代庖,目的是提高学生进行探究性学习的能力,提高学生学习数学的兴趣.
二、在数学建模中培养学生的创新思维
建模活动本身就是一项创造性的思维活动. 它既具有一定的理论性,又具有较大的实践性,既要求思维的数量,还要求思维的深刻性和灵活性,而且在建模活动过程中,能培养学生独立、自觉地运用所给问题的条件,寻求解决问题的最佳方法和途径,可以培养学生的想象能力,直觉思维、猜测、转换、构造等能力. 而这些数学能力正是创造性思维所具有的最基本的特征.
(一)鼓励学生大胆想象,培养学生直觉思维
直觉思维是灵感的一种,是由于长期实践,不断积累经验和知识而突然产生的富有创造性的思路,是认识上质的飞跃. 灵感的发生往往伴随着突破和创新. 在教学中,教师应及时捕捉和诱发学生学习中出现的灵感,对于学生别出心裁的想法,违反常规的解答,标新立异的构思,哪怕只有一点点的新意,都应及时给予肯定. 众所周知,数学史上不少的数学发现来源于直觉思维,如笛卡尔坐标系、哥德巴赫猜想等,应该说它们不是任何逻辑思维的产物,而是数学家通过观察、比较、领悟、突发灵感发现的. 比如在刚开始学习导数的时候,可以将物理中瞬时速度的公式引入数学建模教学,使学生有独到的见解和与众不同的思考方法,如善于发现问题,沟通各类知识之间的内在联系等都是培养学生创新思维的核心.
(二)给学生灌输“构造”思想,培养学生的创新能力
一个好的数学家与一个差的数学家之间的差别,就在于前者有许多具体的例子,而后者则只有抽象的理论. 我们前面讲到,“建模”就是构造模型,但模型的构造并不是一件容易的事,需要有足够强的构造能力,而学生构造能力的提高则是学生创造性思维和创造能力的基础.
(三)构建建模意识,培养学生的转换能力
事物由一种形式转化为另一种形式是数学的杠杆,如果没有它,我们就不能走很远. 由于數学建模就是把实际问题转换成数学问题,因此如果我们在数学教学中注重转化,用好这根有力的杠杆,对培养学生思维品质的灵活性、创造性及开发智力、培养能力、提高解题速度是十分有益的. 学生对问题的研究过程,无疑会激发其学习数学的主动性,且能开拓学生的创造性思维能力,养成善于发现问题、独立思考的习惯.
具有创新能力的人才将是21世纪最具竞争力,最受欢迎的人才. 而在数学教学中构建学生的数学建模意识与素质教学所要求的培养学生的创造性思维能力是相辅相成、密不可分的. 因此通过提高学生的数学建模能力来提高学生的创新意识和创新能力是我们数学教师面临的重要课题.