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【在中学数学教学中渗透建模思想的初步尝试】 数学建模常用软件

时间:2019-01-09 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  全日制普通高级中学《数学教学大纲》明确指出高中数学教学“要注重培养学生数学的提出问题、分析问题和解决问题的能力,发展学生的创新意识和应用意识,提高学生数学探究能力、数学建模能力和数学交流能力,进一步发展学生的数学实践能力。”
  而我们的中学数学教学主要是一种“目标教学”。一方面,我们一直想教给学生有用的数学,但大多数学生高考毕业后就觉得数学别无它用;另一方面,我们现行的教学方式的确提高了学生的应试“能力”,但是学生一旦碰到陌生的题型或者联系实际的问题却又不会用数学方法去解决。由此看来,在数学教学中对学生进行建模思想的培养及训练,尤为重要。数学素质教育的主战场是课堂,如何围绕课堂教学选取典型素材激发学生兴趣,以润物细无声的形式渗透数学建模思想,提高建模能力呢?
  一、渗透建模思想,激发学生的学习兴趣
  数学建模能激发学生学习欲望,是真正培养学生主动探索研究、努力进取的学风和团结协作精神的有力措施。
  例如,讲到等比数列时,举出我国古代学者提出的:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”它的数学原理是什么?学生兴致勃勃地发言:“……”学生无形中加强了用数学的意识,又增强了他们的民族自豪感;讲到等比数列前n项和时,以一个小故事做引子:“国际象棋起源于印度,相传国王要奖励国际象棋的发明者,问他想要什么。发明者说:请在棋盘的第一个格子里放上1颗麦粒,第二个格子里放上2颗麦粒,第三个格子里放上4颗麦粒,以此类推,每个格子里放的麦粒数都是前一个格子里放的麦粒数的2倍,直到第64个格子。请给我足够的麦粒实现上述要求。”国王觉得这个要求不高,就欣然同意了。请你判断国王是否能实现他的诺言。学生带着强烈的好奇心进行了研究和讨论,轻松地找到了它的数学模型。学生在应用数学的同时也感触着数学的趣味性。
  二、渗透建模思想,提高学生的数学能力
  通过教学使学生了解利用数学理论和方法去分析和解决问题的全过程,提高他们分析问题和解决问题的能力。
  能源消耗越来越引起社会关注。为了在夏季降温和冬季供暖时减少能源损耗,房屋的屋顶和外墙需要建造隔热层。某幢建筑物要建造可使用20年的隔热层,每厘米厚的隔热层建造成本为6万元。该建筑物每年的能源消耗费用C(单位:万元)与隔热层厚度x(单位:cm)满足关系:若不建隔热层,每年能源消耗费用为8万元。
  (Ⅰ)求k的值及20年所耗总费用。
  (Ⅱ)隔热层修建多厚时,总费用达到最小,并求最小值。
  抛出此问题,学生跃跃欲试。k的值根据什么求?“若不建隔热层,每年能源消耗费用为8万元。”它反映的数学问题是什么?学生稍加思索就能得出:,可以求出k。总费用有哪些?建隔热层的费用和能源消耗费。学生构建了恰当的数学模型:
  解:(1)设隔热层厚度为x,由题设,每年能源消耗费用为
  当且仅当,即X=5时,取得最小值70。
  当隔热层建5cm厚时,总费用达到最小值70万元。
  利用模型来解决实际问题屡见不鲜,它是提高学生数学能力的有效途径。
  三、渗透建模思想,培养学生的应用能力
  提高他们应用数学的意识与能力,使他们在以后的工作中能经常性地想到用数学去解决问题,提高他们尽量利用计算机软件及当代高新科技成果的意识,能将数学、计算机等有机地结合起来去解决实际问题。
  正弦定理和余弦定理在实际测量中就有许多好的应用。它可以解决河宽、山高、航海方向等问题。如:AB是底部B不可到达的一个建筑物,A为建筑物的最高点,设计一种测量建筑物AB的方法。(比如这个建筑物就是学校东南的阳光大厦)学生马上开始作图思考,由解直角三角形的知识,只要能测出一点C到建筑物的顶部A的距离CA,并测出由点C观察A的仰角,就可以计算建筑物的高。所以应借助解三角形的知识算出CA的长。此时部分学生可能遇到了困惑,CA放到三角形中解出,三角形的其他量如何得知?教师借此提出,我们需要什么仪器?学生恍然大悟,可以借助量角仪测仰角,借助卷尺测距离。此时放手给学生建立数学模型,解决问题。
  选择一个水平基准线HG,使H、G、B三点在同一条直线上,由在H、G两点用测角仪器测得A的仰角分别是α、β、CD=a,测角仪器的高是h。那么中,根据正弦定理可得:
  学生体验到了解决了问题的成功喜悦。
  第二次课,我们还把数学课堂搬到了教学楼前的广场上,学生进行实际测量:有的同学用尺子测量,有的同学使用自制的量角工具,有的测量影子长度,并根据比例进行计算……课下,学生把自己的测量过程和数据分析以及感受填写到了统一制作的报告表上。学生因为仪器等各方面条件的限制,我们学校对面那座约99.4米的阳光大厦,学生测出的结果竟各不相同,不过学生感受到了快乐,有讨论交流的快乐、团结协作的快乐,还有运用所学知识解决实际问题的快乐,同时在对误差分析的过程中也有很多的收获,深刻体会到了理论知识到实际应用之间还有很多需要学习的东西。
  综上所述,要真正培养学生的应用能力,光凭传授知识是远远不够的,在数学教学中要注重构建学生的数学建模意识,坚持以学生为主体,逐渐渗透符合实际的建模教学。一切教学活动必须以调动学生的主观能动性、培养学生的创新思维为出发点,我们相信,在开展“目标教学”的同时,大力渗透“建模教学”,必将为中学数学课堂教学改革提供一条新路,也将为培养更多更好的“创造型”人才提供一个全新的舞台。

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