小学数学教学中数学建模思想渗透的研究模思想渗透的研究.doc
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1、小学数学教学中数学建模思想渗透的研究摘要:数学建模是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程。目前小学尚未真正地开展数学建模活动。本文概述了小学数学中常见的数学模型,如符号模型、方程模型、交轨模型、鸽笼模型、几何模型等,并通过案例提出了小学数学教学中渗透数学建模思想的操作要点,即:培养学生把实际生活问题抽象成数学问题的能力;提高学生运用数学知识解决实际问题的能力。关键词:数学建模;数学模型;模型的构建一、研究缘起 “数学建模”是近几年在数学教育教学改革中十分热门的话题。数学是人们对客观世界定性把握和定量刻画、逐渐抽象概括、形成方法和理论,并进行广泛应用的过程。数学建模则是联系数学与生活的很好
2、的桥梁。数学建模活动在大学与中学中早已蓬勃地开展,尤其大学生的数学建模活动在世界上引起了巨大的效果,对促进数学教育改革也起到了积极的作用。数学建模活动的重心从大学生向中学生、甚至到小学生转移,是近年国际数学教育发展的一种趋势。我国的义务教育数学课程标准中指出:“数学作为一种普遍适用的技术,有助于人们的收集、整理、描述信息、建立模型,进而解决问题,直接为社会创造价值”,“义务教育阶段的数学课程将致力于使学生体会数学与自然及人类社会的客观联系,了解数学的价值,增进对数学的理解和应用数学的信心,学会运用数学的思维方式去观察分析现实社会,去解决日常生活中和其他学科学习中的问题,形成勇于探索,勇于创新的
3、科学精神,获得适应未来社会生活和进一步发展所必需的重要数学事实,以及基本的思想方法和必要的应用技能,其最终目的是为学生的终身可持续发展奠定良好的基础。中华人民共和国教育部.全日制义务教育数学课程标准(实验稿)M.北京:北京师范大学出版社.2001.1姜启源等.数学模型M.北京:高等教育出版社.2003.16” 课标首次提出了数学模型的概念,并且清楚地描述了数学建模的重要作用。国际数学界也普遍赞同,通过开展数学建模活动和在数学教学中推广使用现代化技术来推动数学教育改革。由此可见,在小学开展数学建模活动也是目前我国教育改革的重点和今后的发展趋向,需要小学第一线的教师去尝试、探索和实践。新课标还强调
4、:“从学生已有的知识经验出发,让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型并进行解释与应用的过程,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。”的确,学生如果能够自己动手用数学知识去解决几个问题,哪怕是很简单的问题,数学在他们心目中的价值以及他们对数学的兴趣就会明显上升。并且这样做对于培养学生的创新意识与实践能力等等,都是十分有益的。二、研究设计(一)研究目标在小学数学教学中,加强渗透数学建模思想,关注学生亲历将实际问题抽象成数学问题的过程,增强学生解决问题和创新实践的能力,形成有效的数学建模方法的理论和策略,促进学生的长足发展。立足课堂教学,探讨小学阶段如何开展数
5、学建模教学,同时在数学建模课堂案例的基础上提出如何改进教学效果,提高学生运用数学的能力以及实践与创新的能力。(二)概念界说1、数学建模的概念关于数学建模国内外许多学者、专家都做了研究。有专家认为数学建模是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程,已经成为不同层次数学教育重要和基本的内容。姜启源教授等给数学建模下的定义是:“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,解释验证所得到的解,从而确定能否用于解决问题多次循环、不断深化的过程。”简而言之,就是建立数学模型来解决各种实际问题的过程。 黄忠裕在初等数
6、学建模中提出:数学建模是根据具体问题,在一定的假设下找出解决这个问题的数学框架,求出模型的解,对它进行验证的全过程。2、数学模型的概念高等数学中数学模型(Mathematical Model): 对于现实中的原型,为了某个特定目的,作出一些必要的简化和假设,运用适当的数学工具得到一个数学结构。也可以说,数学模型是利用数学语言(符号、式子与图象)模拟现实的模型。把现实模型抽象、简化为某种数学结构是数学模型的基本特征。它或者能解释特定现象的现实状态,或者能预测到对象的未来状况,或者能提供处理对象的最优决策或控制。数学模型广义地说,一切数学概念、数学理论体系、方程式和算法系统都可以成为数学模型;各种
7、数学分支也都可以看作数学模型。狭义地说指解决实际问题时所用的一种数学框架;是对于现实世界的一个特定对象,为了一个特定目的,根据其特有的内在规律做出一些必要的简化假设,并运用适当的数学工具得到一个数学结构;不同于一般的模型,是用数学语言模拟现实的一种模型,即把一个实际问题中某些事物的主要特征、主要关系抽象成数学语言,近似地反映客观事物的内在联系与变化过程黄忠裕.初等数学建模M.成都:四川大学出版社.2004.8。在中小学中,这个描述更加适合,也更加易于理解,把实际问题抽象成数学问题是我们数学教学中经常做的事情。3、数学建模与数学模型数学建模:(Mathematical Modelling)把现实
8、世界中的实际问题加以提炼,抽象为数学模型,求出模型的解,验证模型的合理性,并用该数学模型所提供的解答来解释现实问题,我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模。数学建模可以通过以下框图体现: 抽象地说,数学建模是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程。数学模型是联系实际问题与数学的桥梁,是各种应用问题严密化、精确化、科学化的途径,是发现问题,解决问题和探索新真理的工具。数学模型具有解释、判断、预测等重要功能,它在各个领域的应用会越来越广泛。其主要原因是:(1)社会生活的各个方面正在日益数量化,人们对各种问题的要求愈来愈精确;(2)计算机的发展为精确化提供了条件; (3)很多无法实验或费用很大
9、的实验问题,用数学模型进行研究是一个有效途径。 很多像牛顿一样伟大的科学家都是建立和应用数学模型的大师,他们将各个不同的科学领域同数学有机地结合起来,在不同的学科中取得了巨大的成就。如力学中的牛顿定律,电磁学中的麦克斯伟方程组,化学中的门捷列夫周期表,生物学中的孟德尔遗传定律等都是经典学科中应用数学模型的光辉范例。(三)理论依据以瑞士著名心理学家皮亚杰和前苏联心理学家维果茨基为代表的建构主义(constructivism)学习理论,是数学建模的理论基础。建构主义认为学生的学习是主动建构知识的过程,也因此它引发了一场教学革命。教学的中心由教师转向学生,教学的目的是培养善于学习的终身学习者,他们能
10、够科学地选择学习内容,自我控制学习过程,具有自我分析和评价能力,具有反思与批判能力,具有创新精神。树立建构主义教学观“就使得我们不再单纯地寻找解答,而是拥有了可以借以对教学方法的可能选择作出判断的有力准则”。建构主义教学观要求我们关心数学知识的历史及发展,重视数学的文化价值和社会价值,为此,教师要树立以人的发展为本的教育思想,形成正确的数学教学理念,让“人人学有价值的数学,人人都能获得必要的数学,不同的人在数学上得到不同的发展”。而且小学阶段,学生的抽象逻辑思维能力正逐步上升,但仍以具体形象思维为主,因此开展数学建模教学有利于学生抽象能力的培养。 同时还应清醒地认识到“数学是关于模式的科学而不
11、仅仅是关于数的科学”,把学习数学当作是建立与解某种模式的过程,发现解决问题办法的过程,探索数学内在美与应用的过程。教师只有在形成上述正确的教育观念的基础上,才能改变目前以知识承传为主的“满堂灌”或“满堂问”的教学方法,才能自觉放弃“题海战术”,积极组织学生开展数学建模活动。三、课题实践1准备阶段(2009年3月4月)(1)总结数学教学的优秀做法。(2)成立课题组(3)撰写课题实验方案(4)进行课题开题论证本阶段我们学习数学建模的相关理论,研究小学教材,整理出小学数学中所包含的数学思想方法和数学模型。我们翻阅大量书籍和资料,弄清楚数学建模的含义,数学建模思想方法有哪些,初步探讨在小学数学教学中如
12、何开展数学建模活动,由于小学生知识能力的原因,初步探讨如何在课堂上渗透数学建模思想方法。2实施阶段(2009年52010年1月)(1)在专家的指导下,深化并完善理念,形成较为系统的数学思想方法的知识和理念体系(2)探索数学建模思想渗透的学习模式(3)探索数学建模思想渗透的课堂教学模式(4)形成符合小学生特点的课堂教学模式本阶段:深入研读教材和研究数学建模思想的同时开展实践教学,收集数学建模课堂教学案例 依托数学教研活动,“乐学杯”青年教师课堂教学展示、骨干教师展示教学、同课异构等教学活动研究展示数学建模思想渗透的课堂教学。依托数学节等活动平台,锻炼学生的数学建模能力数学建模思想渗透的课堂教学涉
13、及到诸多方面,如教与学的方式、教学目标的定位、教学内容的组织、教学环境的创设等等。课题的开展对学习方式与教学方法,师生关系与教学评价有很大的促进作用。建构主义认为,课程开展和教学设计的主要任务是为学生的主动学习和知识建构,创设一种真实而复杂的学习环境。在建构主义所指称的学习环境中,传统意义上的教学四要素“教师”、“学生”、“教材”、“媒体”具有了完全不同的角色意义和相互关系:教师不再是知识的权威者、传授者和灌输者,而是学生学习活动的指导者、帮助者和促进者;学生不再是知识被动的接受者和外部剌激的简单反应者,而是主动学生和积极探索的知识建构者;教材不再是教师传授知识的主要依据和重要载体,而是学生知
14、识建构的认识客体和学习活动的认识对象;媒体不仅是教师的教学工具、手段和方法,更是学生学习活动的认知、交往、协作的工具、手段和资源。强调学生“主动学习”的建构主义理论为我们的课堂提供了必要的策略指导。(1)变革学习方式,改进教学方法教学中,以课程资源的有机整合、学习方式的多样化(动手操作,自主探究,合作学习)和教学过程的改革为基础,改变单一、封闭的学习方式,发挥学生的主观能动性,优化学生的思维方法,提高学生的学习兴趣。以学促教,积极改进教学方法。促使让学生学会自信,学会自主,学会探究,初步养成自己发现问题、自己通过多种方法和途径解决问题的习惯,学会交往,初步养成人际交往与合作的良好意识和习惯。学
15、会学习,初步掌握各科学习的正确方法并能体验学习成功的快乐和幸福。(2)改善师生关系,创新教学评价教师以合作者、引导着的角色促进学生的自主建构和合作学习,重构民主、平等、和谐的师生关系,着重评价学生的思维过程,对情感态度予以评价。促使学生智力、情感和社会性的和谐整体发展,鼓励学生学会合作与分享,学会探究与交流, 营建开放、合作、探究、共享的课堂新文化。我们积极针对不同的教学内容,如概念、公式、定理等内容,积极开展数学建模的课堂教学研究,通过一个个具体的案例来谈谈如何展开数学建模教学,分析如何渗透。数学建模思想在课堂上渗透研究案例(一)在小学低段可借助直观模型解决问题小学低年级学生的问题解决学习是
16、从直观图形逐步过度到文字应用题的,符合学生的的思维发展特点。一上学习了重要的数学符号:大括号“ ”和问号“?”,并且知道符号的含义。遵循低年级学生的发展特点,在理解适应文字题的过程中和理清数量关系方面可以运用“大括号”进行一个很好的过渡,以此来突破对文字应用题的理解和数量关系的理解,同时也为以后画线段图解题打下基础。低年级的问题解决学习如下:直观图形列算式半直观:图画(形)+数字比半直观稍抽象:图画(形)+文字、数字描述稍抽象:以简单文字描述为主 抽象:文字描述加影响因素。以下以部分和整体的教学实践为例,说明上述观点。部分和整体关系是小学数学中一种基本的数学关系。学生从部分和整体关系上认识数学
17、关系和空间关系的能力,对于学生数概念的掌握,运算能力的发展和空间观念的形成都起着重要的作用。在问题解决中,可借助大括号模型理解“部分数和总数”的含义和关系。 ( 部分数a ) ( 部分数b) ( 总数c )具体有两种类型:部分数a+部分数b=总数c 总数c-部分数a=部分数b或总数c-部分数b=部分数a 笔者从教学实践中观察: 学生掌握得比较好;相比比稍抽象,只要能想清数量关系,就能正确列出算式;目前主要通过这一环节过渡到学生对文字题的理解和接受;帮助学生克服对文字理解题的恐惧和抵触,让学生愿意并乐意接受。 在这里需要加强理解能力的教学,1)主要包括独立审题,独立思考,理出思路;2)重视理清数
18、量关系(突出本质,以便举一反三“从数量的基本性质出发,理清数量关系(相并关系、相差关系,份总关系和倍数关系)”)。 例如:理解部分数+部分数=总数 5+3=8 3+5=8 ?个 5+3=8(个) 3+5=8(个)3个 ?个 5+3=8(个) 5个 ?个 5+3=8(个)主要通过这3个环节来实现过渡到文字题;同时为以后运用画“线段图”理解题意打下基础,埋下伏笔。 原来有5个 又拿来一共?个 5+3=8(个) 原来有5个苹果 又拿来了3个苹果一共?个 5+3=8(个 妈妈买来了5个苹果,后来又买来了3个苹果,现在一共有几个? 5+3=8(个) 第3张桌子上原来有5个苹果,后来又拿来了3个苹果,现在
19、一共有几个苹果? 5+3=8(个) 从学生熟悉的图形问题通过大括号模型,逐步增加文字,再到文字类解决问题,让学生有适应和过度的过程,有助于学生对文字类解决问题的接受,促进学生形同系统的知识体系。在解决文字应用题时,学生借助大括号模型,自己填出模型中的部分数和总数分别是什么,问题是什么,也提高了学生的分析问题能力和建模的能力,初步掌握解决问题的方法和规律,在思维上是更高一层次的飞跃。 例:一下数学P69练习十二第3题( 女生20个 ) ( 男生20个) ( 一共有多少个? ) 20+23=43(个)练习中,都要求学生自己把“大括号”模型填写完整,一方面可以帮学生理清数量条件关系,另一方面加深对加
20、减法意义的理解。透过现象看本质,掀开各种语言文字的“外衣”,学生可以总结出求总数用加法;求部分数用减法等等,这样就能提高学生解决问题的能力。(二)概念教学数学建模思想渗透的研究概念教学是小学数学教学中一个重要的部分。新课程理念下的小学数学概念教学,重视学生的基础知识学习外,关注数学概念与学生的生活经验的联系,鼓励学生大量参与观察、实验、猜测、操作、归纳等活动,经历概念形成的过程,达到数学概念的自主建构。分数的初步认识是小学三年级(中段)的教学内容,属于概念教学,概念教学的方式多种多样,我们通过从“分数的初步认识几分之一”的具体事例来讨论一些教学方法,着重在如何渗透数学建模思想,提高学生运用数学
21、的能力和对数学的兴趣和热爱。从广义模型角度看,分数几分之一的概念也是数学模型,这个模型不仅是它的外在特征,如写法、读法、,还有它的价值和内在含义。教学案例:因为小学生的知识能力的缘故,让小学生完全按照数学建模的程序来展开数学建模解决现实问题,显然是不容易的。但是在课堂教学中渗透数学建模思想方法却是可以做到的。以内容三上分数的初步认识几分之一为例,进行说明。教学内容:分数的初步认识几分之一教学目标:1、学生通过折一折、涂一涂、说一说等操作过程初步认识几分之一,会读写简单的分数;初步学会比较分子是1的分数的大小。2、帮助学生用比较完整的语言表述分数。3、让学生感受数学与生活的密切联系,体会分数的价
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- 关 键 词:
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