讓數(shù)學建模更接地氣

張衛(wèi)星

數(shù)學模型是對某種事物系統(tǒng)的特征或數(shù)量依存關系概括或近似表述的數(shù)學關系結(jié)構，是相應系統(tǒng)中各變量及其相互關系的數(shù)學表達。數(shù)學中的各種概念、公式和理論是由現(xiàn)實世界的原型抽象出來的數(shù)學結(jié)構，實質(zhì)上都是數(shù)學模型。在日常數(shù)學教學中，教師適時創(chuàng)設建模機會，讓學生參與建模的全過程，可以讓學生的思維更凝練，方法更精準，從而達到“一例帶一串”的教學目的，為大面積提升學生的數(shù)學核心素養(yǎng)奠定基礎。但兒童畢竟是兒童，如果數(shù)學模型太復雜或者建構過程太抽象，那么，學生就很難理解模型的來龍去脈。因此，作為數(shù)學教師一定要靜下心來精心設計建模過程，力求讓建模適合學生的認知水平，讓數(shù)學模型能被大多數(shù)學生理解。唯有這樣，數(shù)學建模才接地氣。

【案例呈現(xiàn)】

在學生探索出三角形、四邊形、五邊形、六邊形的內(nèi)角和之后，筆者順勢把板書補充完整（如表1）。在此基礎上，筆者及時引導學生反思，和他們一起經(jīng)歷如下的教學片斷：

師：看了這個板書，你們有什么發(fā)現(xiàn)？

生1：圖形每增加一條邊，圖形內(nèi)角和就增加180°。

生2：圖形每增加一條邊，包含的三角形個數(shù)就增加1個。

生3：圖形每增加一條邊，包含的三角形個數(shù)就增加1個，內(nèi)角和就增加180°。

師：嗯！你們的眼睛真亮！按照你們剛才發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，如果是七邊形，那么，包含的三角形個數(shù)及內(nèi)角和又是多少呢？

生：如果是七邊形，應該包含5個△，內(nèi)角和是900°。（先課件驗證，然后在板書下面添加）

師：如果是八邊形呢？

生：如果是八邊形，應該包含6個△，內(nèi)角和是1080°。（師繼續(xù)添加板書）

師：如果是九邊形呢？

生：如果是九邊形，應該包含7個△，內(nèi)角和是1260°。（師繼續(xù)添加板書）

師：如果是十二邊形呢？

生：如果是十二邊形，應該包含10個△，內(nèi)角和是1800°。（師繼續(xù)添加板書）

師：如果是二十二邊形呢？

生：如果是二十二邊形，應該包含20個△，內(nèi)角和是3600°。（師繼續(xù)添加板書）

師：你們真聰明！再看看圖形的邊數(shù)和包含的三角形個數(shù)之間有什么關系？

生1：我發(fā)現(xiàn)包含的三角形個數(shù)都比圖形的邊數(shù)少2。

生2：我發(fā)現(xiàn)圖形的邊數(shù)都比包含的三角形個數(shù)多2。

生3：我發(fā)現(xiàn)“圖形的邊數(shù)-包含的三角形個數(shù)=2”。

師：圖形的邊數(shù)-包含的三角形個數(shù)=2，是真的嗎？請大家根據(jù)板書驗證一下。

（不一會兒，學生紛紛表示同意）

師：剛才的結(jié)論經(jīng)過驗證果然是正確的！請大家再看一下，包含的三角形個數(shù)和內(nèi)角和之間又有什么關系？

生：三角形的個數(shù)×180°=內(nèi)角和。

師：真的嗎？再驗證一下?。▽W生一驗證，發(fā)現(xiàn)結(jié)論是成立的）

師：那現(xiàn)在我要考考大家了，看看誰算得又對又快？請大家準備好筆和紙。

師：如果是三十邊形，有幾個三角形？內(nèi)角和是多少？（不一會兒，有學生舉手發(fā)言）

生：30-2=28（個），28×180°=5040°。（添加板書）

師：嗯！速度真快！如果是一百零二邊形呢？（同樣，不一會兒，大家紛紛舉手）

生：102-2=100（個），100×180°=18000°。（添加板書）

師：真厲害！如果是N邊形呢？（一個男生把小手舉得高高的）

生：應該是（N-2）個，內(nèi)角和是（N-2）×180°。（其他同學先是一愣，馬上回過神來，并報以熱烈的掌聲，筆者趁勢添加板書，完整板書，如表2）

師：四（2）班的同學真棒！現(xiàn)在請你們大聲地說出如何求N邊形的內(nèi)角和？

生：N邊形的內(nèi)角和=（N-2）×180°。

【教后反思】

“多邊形內(nèi)角和”是人教版四年級數(shù)學下冊的內(nèi)容，其字母公式是學生求多邊形內(nèi)角和的最好依據(jù)，在實際教學中，教師理應引導學生參與這一模型的建立。如果學生參與這一模型的建立，那么后續(xù)教學就會變得更容易。那么，如何讓這一模型建立接近學生實際，如何讓模型建立更接地氣呢？結(jié)合上述案例，筆者認為應做到以下幾點：

1.建模要果斷

教材在新課編排中沒有涉及“多邊形內(nèi)角和”字母公式的建立，但在接下來的“練習十六”中卻有意引導學生發(fā)現(xiàn)并建立這一模型。筆者認為，新課教學中的“做一做”已經(jīng)觸及到六邊形的內(nèi)角和，再稍微拓展一下就能較好地建立這一模型。事實表明，在新課教學中，應果斷引導學生建立這一模型，大部分學生能夠理解，實際效果比預想的還要好?？梢姡瑪?shù)學模型的建立時機要根據(jù)實際情況靈活選擇，該果斷的時候就要果斷。唯有果斷，才能事半功倍。

2.建模要充實

數(shù)學建模的實質(zhì)是歸納與提煉的過程，而歸納與提煉需要足夠的例子來支撐。因此，教師在實際建模教學中要為學生提供一定量的例子。只有例子達到一定的量，學生才有充分感悟的時間和空間，從而使大部分的學生都能自己感悟數(shù)學模型的由來。為此，在上述“多邊形內(nèi)角和”最終模型得出之前，筆者和學生一起經(jīng)歷了11個多邊形內(nèi)角和的求解過程，同時將這些結(jié)論都在黑板上板書出來（如表2），從而有利于學生的歸納與提煉。如果再仔細分析，我們又會發(fā)現(xiàn)這11個多邊形內(nèi)角和的求解過程實際上分成三個層次。第一層次，即三角形到六邊形的內(nèi)角和是認真探究的過程，是新課的主體，也是教學的重點；第二層次，即七邊形到二十二邊形，這個過程是引導學生根據(jù)第一層次的經(jīng)驗主動拓展、提煉模型的過程，經(jīng)過這個過程，讓學生感受到圖形邊數(shù)與包含的三角形個數(shù)及內(nèi)角和之間的初步關系；第三層次，即三十邊形和一百零二邊形，這個過程是對“多邊形內(nèi)角和”初步模型的驗證及使用。通過這三個層次的探究，學生感受豐富，所以最終數(shù)學模型——N邊形的內(nèi)角和公式也就水到渠成了。

3.建模要貼近

數(shù)學建模一定要貼近學生的認知水平。只有貼近學生的實際，數(shù)學建模才有實效。筆者認為要達到這個目的，首先，要做到語言兒童化。只有這樣才能吸引學生主動參與建模過程。如在上述“多邊形內(nèi)角和”教學中，筆者努力讓問題兒童化，如“看了這個板書，你們有什么發(fā)現(xiàn)？”“嗯！你們的眼睛真亮！按照你們剛才發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，如果是七邊形，那么，包含的三角形個數(shù)及內(nèi)角和又是多少呢？”“圖形的邊數(shù)-包含的三角形個數(shù)=2，是真的嗎？請大家根據(jù)板書驗證一下。”這些問題能引起學生的共鳴，能引起學生的響應，從而數(shù)學建模走向深入。其次，問題要精準。學生建模的過程就是學生探究的過程，而學生的探究需要精準的指向。因此，在引導學生建模的過程中，問題的指向性就顯得尤為重要?！岸噙呅蔚膬?nèi)角和”的模型建構既需要發(fā)散性的問題，但也需要指向精準的問題。筆者在發(fā)散性提問后，下述幾個問題的指向就非常精準——“你們真聰明！再看看圖形的邊數(shù)和包含的三角形個數(shù)之間有什么關系？”“請大家再看一下，包含的三角形個數(shù)和內(nèi)角和之間又有什么關系？”“如果是三十邊形，有幾個三角形？內(nèi)角和是多少？”當問題精準了，學生的思維指向就更精準，效率就更高了。

可見，建模要貼近學生的實際認知水平是數(shù)學教學的必然要求。

4.建模要精煉

數(shù)學模型是數(shù)學歸納與提煉的結(jié)果，這個結(jié)果既應該是相應年級的學生能夠理解的，又應該是比較精煉的。事實上，數(shù)學模型精煉不精煉體現(xiàn)了教師鉆研教材的力度和深度，當教師研讀教材準確了，其預設的數(shù)學模型肯定是簡潔易懂的，如上述“多邊形內(nèi)角和”的模型。如果教師研讀教材不到位，其數(shù)學模型就可能比較煩瑣或模棱兩可，弄不好還會把學生搞糊涂。因此，筆者認為，一線教師要靜下心來仔細揣摩教材，認真梳理原有的教學經(jīng)驗，虛心向有經(jīng)驗的教師請教，力求引導學生建立一個簡潔、精煉、易懂的數(shù)學模型。唯有這樣，才能便于學生理解，便于學生識記。