(河南省駐馬店市遂平縣職業(yè)教育中心,河南 駐馬店 463100)
應(yīng)該說,我們的中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)是一種“目標(biāo)教學(xué)”。加強(qiáng)中學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)正是在這種教學(xué)現(xiàn)狀下提出來的。我國普通高中新的數(shù)學(xué)教學(xué)大綱中也明確提出要“切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力”要求“增強(qiáng)用數(shù)學(xué)的意識,能初步運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問題,逐步學(xué)會把實(shí)際問題歸結(jié)為數(shù)學(xué)模型,然后運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行探索、猜測、判斷、證明、運(yùn)算、檢驗(yàn)使問題得到解決。”這些要求不僅符合數(shù)學(xué)本身發(fā)展的需要,更是社會發(fā)展的需要。我們的數(shù)學(xué)教學(xué)不僅要使學(xué)生獲得新的知識,更要提高學(xué)生的思維能力,更要培養(yǎng)學(xué)生自覺地運(yùn)用數(shù)學(xué)知識去考慮和處理日常生活、生產(chǎn)中所遇到的問題,從而形成良好的思維品質(zhì),造就一代具有探索新知識,新方法的創(chuàng)造性思維能力的新人。
著名數(shù)學(xué)家懷特海曾說:“ 數(shù)學(xué)就是對于模式的研究”。
所謂數(shù)學(xué)模型,是指對于現(xiàn)實(shí)世界的某一特定研究對象,為了某個(gè)特定的目的,在做了一些必要的簡化假設(shè),運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具,并通過數(shù)學(xué)語言表述出來的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),數(shù)學(xué)中的各種基本概念,都以各自相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)原型作為背景而抽象出來的數(shù)學(xué)概念。各種數(shù)學(xué)公式、方程式、定理、理論體系等等,都是一些具體的數(shù)學(xué)模型。舉個(gè)簡單的例子,二次函數(shù)就是一個(gè)數(shù)學(xué)模型,很多數(shù)學(xué)問題甚至實(shí)際問題都可以轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)來解決。而通過對問題數(shù)學(xué)化,模型構(gòu)建,求解檢驗(yàn)使問題獲得解決的方法稱之為數(shù)學(xué)模型方法。我們的數(shù)學(xué)教學(xué)說到底實(shí)際上就是教給學(xué)生前人給我們構(gòu)建的個(gè)個(gè)數(shù)學(xué)模型和怎樣構(gòu)建模型的思想方法,以使學(xué)生能運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解決數(shù)學(xué)問題和實(shí)際問題。
具體的講數(shù)學(xué)模型方法的操作程序大致為:
為了培養(yǎng)學(xué)生的建模意識,我們數(shù)學(xué)教師應(yīng)先提高自己的建模意識。數(shù)學(xué)教師除需要了解數(shù)學(xué)科學(xué)的發(fā)展歷史和發(fā)展動態(tài)之外,還需要斷地學(xué)習(xí)新的數(shù)學(xué)建模理論,并且努力鉆研如何把中學(xué)數(shù)學(xué)知識應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活。
數(shù)學(xué)建模教學(xué)還應(yīng)與現(xiàn)行教材結(jié)合起來研究。教師應(yīng)研究在各個(gè)教學(xué)章節(jié)中可引入哪些模型問題,如講立體幾何時(shí)可引入正方體模型或長方體模型把相關(guān)問題放入到這些模型中來解決;又如在儲蓄問題、信用貸款問題則可結(jié)合在數(shù)列教學(xué)中。要經(jīng)常滲透建模意識,這樣通過教師的潛移默化,學(xué)生可以從各類大量的建模問題中逐步領(lǐng)悟到數(shù)學(xué)建模的廣泛應(yīng)用,從而激發(fā)學(xué)生去研究數(shù)學(xué)建模的興趣,提高他們運(yùn)用數(shù)學(xué)知識進(jìn)行建模的能力。
在諸多的思維活動中,創(chuàng)新思維是最高層次的思維活動,是開拓性、創(chuàng)造性人才所必須具備的能力。我們認(rèn)為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的過程有三點(diǎn)基本要求。第一、對周圍的事物要有積極的態(tài)度;第二、要敢于提出問題;第三、善于聯(lián)想,善于理論聯(lián)系實(shí)際。
眾所周知,數(shù)學(xué)史上不少的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)來源于直覺思維,如笛卡爾坐標(biāo)系、費(fèi)爾馬大定理、歌德巴赫猜想、歐拉定理等,應(yīng)該說它們不是任何邏輯思維的產(chǎn)物,而是數(shù)學(xué)家通過觀察、比較、領(lǐng)悟、突發(fā)靈感發(fā)現(xiàn)的。通過數(shù)學(xué)建模教學(xué),使學(xué)生有獨(dú)到的見解和與眾不同的思考方法,如善于發(fā)現(xiàn)問題,溝通各類知識之間的內(nèi)在聯(lián)系等是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的核心。
例:證明 sin5o+sin77o+sin149o+sin221o+sin293o=0。
分析:此題若作為“三角”問題來處理,當(dāng)然也可以證出來,但從題中的數(shù)量特征來看,發(fā)現(xiàn)這些角都依次相差72°,聯(lián)想到正五邊形的內(nèi)角關(guān)系,由此構(gòu)造一個(gè)正五邊形(如圖)
這里,正五邊形作為建模的對象恰到好處地體現(xiàn)了題中角度的數(shù)量特征。反映了學(xué)生敏銳的觀察能力與想象能力。如果沒有一定的建模訓(xùn)練,是很難“創(chuàng)造”出如此簡潔、優(yōu)美地證明的。
構(gòu)建建模意識,培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)換能力。
恩格斯曾說過:“由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式不是無聊的游戲而是數(shù)學(xué)的杠桿,如果沒有它,就不能走很遠(yuǎn)?!庇捎跀?shù)學(xué)建模就是把實(shí)際問題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題,因此如果我們在數(shù)學(xué)教學(xué)中注重轉(zhuǎn)化,用好這根有力的杠桿,對培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的靈活性、創(chuàng)造性及開發(fā)智力、培養(yǎng)能力、提高解題速度是十分有益的。
學(xué)生對問題的進(jìn)步研究,無疑會激發(fā)其學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主動性,且能開拓學(xué)生創(chuàng)造性思維能力,養(yǎng)成善于發(fā)現(xiàn)問題,獨(dú)立思考問題的習(xí)慣。只要我們在教學(xué)中教師仔細(xì)觀察,精心設(shè)計(jì),可以把一些較為抽象的問題,造出最基本的數(shù)學(xué)模型,使問題回到己知的數(shù)學(xué)知識領(lǐng)域,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
綜上所述,在數(shù)學(xué)教學(xué)中構(gòu)建學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識與素質(zhì)教學(xué)所要求的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力是相輔相成,密不可分的。要真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,光憑傳授知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,重要的是在教學(xué)中必須堅(jiān)持以學(xué)生為主體,我們的一切教學(xué)活動以調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維為出發(fā)點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生自主活動,自覺的在學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建數(shù)學(xué)建模意識,只有這樣才能使學(xué)生分析和解決問題的能力得到長足的進(jìn)步,也只有這樣才能真正提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,使學(xué)生學(xué)到有用的數(shù)學(xué)。我們相信,在開展“目標(biāo)教學(xué)”的同時(shí),大力滲透“建模教學(xué)”必將為中學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)改革提供一條新路,也必將為培養(yǎng)更多更好的“創(chuàng)造型”人才提供一個(gè)全新的舞臺。