数学探究与数学建模.ppt
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1、1,数学探究与数学建模,北京市第十五中学,隋丽丽,2006.6.,2,一、数学探究的内涵和意义二、课程标准中对数学探究的教学要求三、数学探究学习的特点四、数学探究学习呈现的方式数学课题学习,(一)“数学探究”在高中数学新课程中的定位、功能和呈现方式,3,数学探究与数学建模能给予学生什么?,案例1瘦肉精检测中的数学问题,一篇报道,大致内容是:在2002年8月22日,广东信宜发生严重的“瘦肉精”中毒事件,有大约530人被送入医院,.。根据农业部门的检查,有20%的猪肉是含有“瘦肉精”的。猪肉到底还能不能吃,成为消费者心头一个疑问,同时也直接关系到我们每一个人的切身利益,因此我校两位学生决定用所掌握
2、的数学知识来解决“瘦肉精”检测方法的使用及选择问题。,4,改变过去的学习方式:即由教师传递客观事实的模仿性、维持性学习为建构主义的创新学习。,教育最终的目的不是传授已有的东西,而是要把人的创造力诱发出来。,5,案例2 背景材料墙角问题,OM、ON、OP两两垂直,作平面与OM、ON、OP分别交于A、B、C,试尽可能多的找出图形中、线、面、角之间的关系,并加以证明。(设 OA=a OB=b OC=c,作OH平面ABC于H,设OH=h、平面OAB、OBC、OAC与平面ABC成角为),6,AB2+BC2+CA2=2(a2+b2+c2)ABC是锐角三角形 H是ABC的垂心,实际上,学生提出以下任何一个问
3、题,都是了不起的。,7,*提供基本内容的实际背景*反映数学的应用价值*倡导自主探索、动手实践、合作交流、阅读自学等数学的学习方式*学习过程成为在教师引导下的“再创造”过程*设立“数学探究”、“数学建模”的学习活动*使学生体验数学在解决实际问题中的作用*通过各种不同形式的自主学习、探究活动,让学生体验数学发现和创造的历程,体验数学与日常生活及其他学科的联系*促进学生逐步形成和发展数学的应用意识,发展学生的创新意识,8,一、数学探究的内涵和意义,(一)“数学探究”在高中数学新课程中的定位、功能和呈现方式,数学探究即数学探究性课题学习,是指学生围绕某个数学问题,自主探究、学习的过程。这个过程包括:观
4、察分析数学事实,提出有意义的数学问题,猜测、探求适当的数学结论或规律,给出解释或证明,9,二、课程标准中对数学探究的教学要求,课题的选择:有助于学生对数学的理解有助于学生体验数学研究的过程有助于学生形成发现、探究问题的意识有助于鼓励学生发挥自己的想象力和创造性,10,数学探究课题应该多样化*可以是某些数学结果的推广和深入*也可以是发现和探索对自己来说是新的数学结果*可以从教材提供的案例和背景材料中发现和建立*可以从教师提供的案例和背景材料中发现和建立*鼓励学生在学习数学知识、技能、方法、思想的 过程中发现和提出自己的问题并加以研究。,二、课程标准中对数学探究的教学要求,11,学生在数学探究的过
5、程中*学会查询资料、收集信息、阅读文献*应养成独立思考和勇于质疑的习惯*学会与他人交流合作*建立严谨的科学态度和不怕困难的顽强精神*学生将初步了解数学概念和结论的产生过程*体验数学研究的过程和创造的激情*提高发现、提出、解决数学问题的能力*发挥自己的想像力和创新精神,二、课程标准中对数学探究的教学要求,12,*研究课题的结论是未知的*结论的获得不是由老师传授或从书本上能够直接得到,而是学生通过搜集资料、整理资料,分析问题*最后解决问题得出自己的结论。,三、数学探究学习的特点,(1)探究是人类认识世界的一种基本方式,13,(2)数学探究学习主要由学生自己完成,学生具有高度的主体性,数学探究学习*
6、以学生的自主性学习为基础*掌握学习的自主权*有很大的自由度,14,在学习内容上,*学生从学习生活和社会生活中自主选择和确定他们自己感兴趣的问题进行研究*这些问题可以是教师提供的,也可以是学生自己选择和确定的*可以是学科知识的拓展延伸,也可以是对自然和社会现象的探究*可以是已经证明的结论,也可以是未知的知识领域。,15,数学探究学习*允许不同的学生按自己的理解以及自己熟悉的方式去解决问题*允许不同的学生按各自的能力和所掌握的资料,用自己的思维方式去得出不同的结论,*不追求结论的唯一性和标准化 这种开放性的特点有利于学生创造思维品质的培养。,(3)数学探究学习具有开放性,16,(4)数学课题学习注
7、重学生在学习过程中的体验,课题学习注重学生学习的过程。在探究学习的过程中,学习者是否掌握某项具体的知识或技能并不是头等重要,关键是能否对学的知识有所选择、判断、解释和运用,从而有所发现、有所创造。,一个人的探究能力,是要在一生中都要不断提高的一个重要能力之一。,17,四、数学探究学习呈现的方式数学课题学习,新课程体系开设了新的课程形态,即数学探究、数学建模、数学文化将贯穿于高中数学课程始终。我们认为数学课题学习的方式就是这种课程形态较好呈现形式之一。即,中学数学课堂教学呼唤课题学习的教学方式。,18,1、什么是课题学习?什么是数学课题学习?,课题学习的一般意义指:研究、讨论或急需解决的问题。数
8、学课题学习指:围绕某个数学问题进行探究或研究的学习过程。在这一学习过程中,学生能围绕自己的课题去寻找资料,并懂得怎样获取资料和处理资料,能面对陌生领域去寻找答案。学生应始终占据着主导地位,开展主题、问题、争论等探索活动,最终发表学习报告。,19,2、课题学习的目标,*促进学生提出自己的新观点、新思路、新方法。*提高发展性学习的理念。*提高终身学习的能力和本领。*搭建使每位学生走向成功的舞台。,20,3、课题学习的方式,(1)教材内容中的开放、或延伸、或探究性的课题学习,操作流程框图,21,【案例3】指数函数性质,请画出指数函数y=2x、y=3x的图像,你通过观察图像发现什么?形成的猜想是什么?
9、能一般化吗?引导学生画出指数函数y=ax(a1)的图像并激励学生自主探寻和研究它的性质。你能从它的图像中提炼哪些性质?你认为决定图像大致走向需要几个点?这几个点有什么特色?当0a1时,会有什么变化?,22,【案例4】新课程标准必修【指数增长、幂增长、对数增长】(北师大版),形如ab=N(a0且a1,N0)中,有三个字母(底数、指数、幂),那么当将a,b,N其中一个视为常数,一个视为自变量,一个视为函数时,它们分别是什么函数?其反函数呢?*你能否画出它们的草图(有条件的学生可以借助信息技术)吗?*你能否利用图象的直观效果探讨它们的性质?你有什么新发现?*在探索中你遇到哪些问题?是否可以解决?若不
10、能解决,困难是什么?*y=x200 与y=2x 当x(0,+)时,哪一个增长得较快?我国人口的增长大致属于哪一种增长?。,23,(2)“问题串”式的课题学习,24,【案例5】摩天轮中的数学问题,*问题的探究 问题:游乐场中的摩天轮匀速运转,其中心O距地面40.5米,半径为40米,如果你从最低点处登上摩天轮,那么你与地面的距离将随时间的变化而变化,6分钟时第一次到达最高点(设以你登上摩天轮的时间为0开始计算)。,25,问题1:摩天轮做周而复始的圆周运动这是一种什么现象?问题2:你坐摩天轮的过程中哪些量在发生变化?怎样变的?问题3:在上述变化过程中,当时间确定时高度是否唯一确定?当高度确定了,时间
11、是否唯一确定?为什么?问题4:从上述研究过程我们已经看到时间与高度是一对变量,它们之间是否存在一定的关系?是什么关系?你能否求出你与地面的距离y与时间t的这一关系呢?,*问题串,26,*模型的应用,如果你此时正坐在摩天轮上的某个座仓里,请结合函数关系式你还能提出什么问题?(目的是激励学生自己提出他所关心的问题串),教师也可以再提问题:问题1:当你登上摩天轮8分钟后你距地面多少米?问题2:当你第一次距离地面20.5米时用了多少时间?问题3:当你第二次距离地面20.5米时用了多少时间?问题4:当你第四次距离地面20.5米时用了多少时间?问题5 你从中发现了什么规律?这一规律的发现说明了什么?,27
12、,*模型的拓展,问题1 两个人坐摩天轮会出现什么情况?问题2 你能否求出乙与地面的距离h关于时间t的函数关系式?问题3 上述两个函数图像是什么关系?问题4 你能否求出甲与地面的距离与乙与地面的距离差关于时间t的函数关系式?引导学生讨论:结合这一函数关系式让同学们展开讨论两个人坐摩天轮还会出现什么情况?,28,(3)研究性的课题学习,高一数学必修(上、下)中的研究性课题分期付款中的有关计算、向量在物理中的应用,高二数学必修中的研究性课题多面体欧拉公式的发现,高三数学选修中的研究性课题杨辉三角、复数与平面向量、三角函数的联系等,29,【案例6】升旗中的数学问题,(一)学习目标:通过对升旗中数学问题
13、的求解和讨论,进一步了解相关数学知识的意义和作用,体验数学建模的基本过程,增强数学知识的应用意识。理解用函数拟合数据的方法,提高对数据的观察、分析、处理、从中获取有益信息的能力。在这个探求活动中,要特别重视观察、分析、处理数据的一般方法、现代技术的合理使用、数学得到的结果与实际情况不同的原因分析,30,问题情景和探究任务,问题情景:在不同地区,同一天的日出和日落时间不尽相同;对一个地区而言,日出日落时间又是随日期的变化而变化的.,31,下表给出了是天安门广场2003年部分日期的升、降旗时刻表:,32,任务1:试根据上表提供的数据,分析升、降旗时间变化的大致规律;建立坐标系,将以上数据描在坐标系
14、中;任务2:分别建立日出时间和日落时间关于日期的近似函数模型;利用你建立的函数模型,计算“五一”国际劳动节、“十一”国庆节的升、降旗时间;任务3:利用年鉴、互联网或其它资料,查阅北京天安门2003年升旗时间表,检验模型的准确度,分析误差原因,考虑如何改进自己的模型。任务4:你所生活地区(城市、省、乡村等)某年不同的日期的“日出和日落”的时间,建立一个函数关系。,33,组成学习探究小组,集体讨论,互相启发,形成可行的探究方案,独立思考,完成每个人的“成果报告”。,任务1的建议:为了便于在坐标系中观察表中数据,选择适当的计量单位,如升旗时刻以10分钟为一个单位,日期可以天为单位,即1月1日为第0天
15、,12月31日为第工具绘制各点,364天;可借助图形计算器或其它工具绘制各点。,实施建议,34,任务2的建议,利用自己的生活经验,或者访问家长、地理老师等,结合散点图,选择学过的适当函数,作为刻画该关系的模型;要应注意关键数据(如最早升(降)旗时间和最迟升(降)旗时间等)在确定拟合函数参数中的作用。,任务3的建议,根据观察坐标平面上所绘制点的走向趋势,可以考虑分段拟合函数。,35,“成果报告”的书写建议,探究学习成果报告表 年级 班 完成时间,36,成果交流:建议以小组为单位,选出代表,在班级中报告研究成果,交流研究体会。,评价建议:在评价中,采用自评、互评、教师评价相结合的形式,善于发现别人
16、工作中的特色,以下几个方面的内容可作为重点考虑:(1)求解过程和结果:合理、清楚、简洁;(2)独到的思考和发现;(3)提出有价值的求解设计和有见地的新问题;(4)发挥组员的特长,合作学习的效果;(5)合理使用技术;(6)查阅文献,获取信息的能力。,37,(4)自主选择主题的课题学习,我国数学教育家郑毓信教授在他撰写的数学教育哲学中提出“动态数学观”。他指出:所谓动态数学观,笼统地说,即是指数学不应是简单的被等同于数学知识的汇集,而主要的应被看成人类的一种创造性活动。,38,【案例7】中学生引用水质的研究,课题的来源自主选择问题 课题源于中学生身边且每个人每天都要饮用的水为研究课题,学生意识到饮
17、水与健康的重要关系,提出喝什么水?怎样喝水?校园内饮水机里的水安全吗?等问题。从学生选择的问题中,不难看出它符合选题的原则,即(1)适应性原则:因校制宜、因地制宜、因人制宜;(2)可行性原则:贴近生活、与每人的健康息息相关。,39,4、课题学习的特点,转变学生的学习方式,学习观念、认知方式、情感态度、兴趣爱好,以及信息处理方式等。更注重学生对知识的主动建构,并提倡以合作学习的方式完成。拓展学生学习的视野,获得终身学习的能力,40,5、课题学习过程中教师的作用,课题学习的设计者、引路者忠实的听众学习探究问题过程的合作者学生研究成果的第一欣赏者提供自主学习的机会 搭建成功的舞台,41,课题学习将学
18、生“植于”研讨及具有挑战性的研究性课题学习之中使学生得以用自己对数学的理解和认识,发展“用”数学知识解决问题的能力,中学数学课堂教学呼唤课题学习的教学方式。,教育不断地产生新的思想和情感教育的最终目的是提高学生更容易、更有效地进行学习的能力。,42,案例8 烧开水中的数学问题的教学建议,*课题学习的目标:(1)通过探究性课题学习,使学生体验数学和实际生活、与社会生活和自然生活有着密不可分的联系。(2)通过亲身经历解决实际问题的全过程,培养学生用数学的意识、提高学生的数学素养。同时希望学生面对生活中常常遇到的现象和问题,能有意识的从数学角度去发现它所隐含着的数学规律。,43,*课题学习的特点:*
19、实践性*意在学生力所能及的范围内解决实际问题。*课题学习重点和难点:*实际问题抽象为数学问题的过程;*体验并亲身经历探究过程;,注:教材:数学模块1(北师大出版社)P40,44,教学建议,现在许多家庭都以燃气(在城市一般用天然气,煤气,液化气,在农村一般为液化气,沼气)为烧水做饭的燃料,节约用气是非常现实的问题,怎样烧开水最省燃气?,实际情景,提出问题,旋钮在什么位置时烧开一壶水的燃气用量最少?,45,建立数学模型,让学生自然成长;在热切的愿望中学习;让学生亲自观察和体验生活。捷克教育家 夸美纽斯,选择燃气灶旋钮的五个位置(当然多选一些更好)见下图,记录烧开一壶水所需的时间和所用的燃气量.,数
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