科技創(chuàng)新活動(dòng)中初中生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)塑造的策略

馬曉琴

摘 要：科技創(chuàng)新活動(dòng)是提升初中生創(chuàng)新力、豐富教學(xué)形式、增強(qiáng)學(xué)生參與感的有效途徑，數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)該滲透在包括科技創(chuàng)新活動(dòng)在內(nèi)的各種教學(xué)形式中。從科技創(chuàng)新活動(dòng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及歸納總結(jié)三個(gè)階段分析培養(yǎng)初中生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)的方法和思想。

關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新活動(dòng);初中數(shù)學(xué);建模素養(yǎng);發(fā)展策略

數(shù)學(xué)建模能力是初中數(shù)學(xué)的核心素養(yǎng)之一，自然也就成為數(shù)學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)。數(shù)學(xué)建模的思想和方法實(shí)際上與各種科技創(chuàng)新活動(dòng)具有非常密切的聯(lián)系，后者往往要通過數(shù)學(xué)建模的方式來尋求解決問題的思路。因此，數(shù)學(xué)教師在培養(yǎng)學(xué)生建模能力的過程中要積極利用科技創(chuàng)新活動(dòng)這種方式，將二者有效地結(jié)合起來，為學(xué)生創(chuàng)造一種豐富多彩的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

一、借助設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新活動(dòng)的過程來塑造數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)

初中階段的科技創(chuàng)新活動(dòng)大多是結(jié)合數(shù)學(xué)、物理、邏輯推理等在內(nèi)的益智性活動(dòng)，教師在組織科技創(chuàng)新活動(dòng)時(shí)要突出主題，并為學(xué)生創(chuàng)造自主發(fā)揮、自主設(shè)計(jì)的空間。這樣做具有兩個(gè)非常顯著的作用。其一，引導(dǎo)學(xué)生參與科技活動(dòng)設(shè)計(jì)的過程中激發(fā)其主動(dòng)性和參與感，使學(xué)生獲得更多的學(xué)習(xí)樂趣。其二，科技活動(dòng)的設(shè)計(jì)過程要求學(xué)生充分研究某些問題的本質(zhì)、形成深刻的認(rèn)知、掌握其中的規(guī)律[1]。因此，在參與設(shè)計(jì)科技活動(dòng)的過程中可培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力。例如，國內(nèi)某初中學(xué)生根據(jù)日常學(xué)校大掃除中的場景設(shè)計(jì)了一款打掃機(jī)器人，其主要解決的問題是門窗縫隙等不易打掃的位置，那么學(xué)生在設(shè)計(jì)這款機(jī)器人的過程中就要考慮到機(jī)器人高度與門窗縫隙高度之間的關(guān)系，確認(rèn)機(jī)械臂的活動(dòng)范圍和活動(dòng)角度，并且要對(duì)機(jī)器人的控制方法建立一個(gè)系統(tǒng)性模型，在研究這些問題的過程中就會(huì)用到數(shù)學(xué)建模的思想，因?yàn)闄C(jī)器人打掃衛(wèi)生的事件并沒有統(tǒng)一的要求，機(jī)器人的功能、尺寸以及活動(dòng)能力等都是人為定義的事件，如果學(xué)生在設(shè)計(jì)之前沒有建模的思想，不能明確所有事情的邊界，那么將無法完成機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作。由此可見，在設(shè)計(jì)科技創(chuàng)新成果的過程中能夠有效地塑造學(xué)生的數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)。

二、借助實(shí)施科技創(chuàng)新活動(dòng)的過程來塑造數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)

數(shù)學(xué)建模是一個(gè)根據(jù)實(shí)際情況不斷優(yōu)化和重建的過程，直至數(shù)學(xué)模型反映出某一問題的本質(zhì)為止。初中生在自主開展科技創(chuàng)新活動(dòng)的過程中可能也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，甚至要全盤推倒之前的假設(shè)和模型。學(xué)生在建立這些科技活動(dòng)的模型時(shí)也要用到大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，并且在反復(fù)的推導(dǎo)和重建中形成最佳的數(shù)學(xué)模型，實(shí)際上這一點(diǎn)非常符合數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的規(guī)律。教師在引導(dǎo)學(xué)生的過程中要將這種建模的思想滲透進(jìn)科技創(chuàng)新活動(dòng)，讓學(xué)生理解事物發(fā)生、發(fā)展的一般規(guī)律，也學(xué)會(huì)理解數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)研究以及數(shù)學(xué)建模的一般思路和方法。例如，教師可將中國古代的剪紙藝術(shù)手法作為訓(xùn)練學(xué)生空間想象力和幾何建模能力的素材，將一張白紙通過陽剪法或者陰剪法，形成一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的圖案，讓學(xué)生試著想象該模型的平面展開圖，然后從眾多干擾項(xiàng)中選出正確的答案，在實(shí)施這一活動(dòng)的過程中顯著鍛煉學(xué)生的幾何建模能力。

三、借助歸納總結(jié)科技創(chuàng)新活動(dòng)的過程來塑造數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)

數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的本質(zhì)是從具體的數(shù)學(xué)現(xiàn)象或問題出發(fā)，尋找其內(nèi)在規(guī)律，確定問題的邊界條件，然后用規(guī)范的數(shù)學(xué)語言和表達(dá)式等描述這一事件的內(nèi)在數(shù)學(xué)規(guī)律。因此，在開展初中科技創(chuàng)新活動(dòng)的過程中不能僅僅停留在物理層面、化學(xué)層面或者生物層面的功能實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生透過問題的現(xiàn)象，了解其中的本質(zhì)過程與含義。數(shù)學(xué)建模的方法是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摮尸F(xiàn)方式，是從本質(zhì)上描述科技活動(dòng)內(nèi)在規(guī)律的展現(xiàn)途徑。因此，教師在引導(dǎo)學(xué)生開展科技創(chuàng)新活動(dòng)時(shí)還要積極地歸納和總結(jié)其原理，并且要求學(xué)生從數(shù)學(xué)建模的角度去思考這些原理，并嘗試建立和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。例如，教師可引導(dǎo)學(xué)生開展軟件編程方面的科技探索活動(dòng)，讓學(xué)生嘗試去編輯一個(gè)循環(huán)，實(shí)際上軟件編程是最需要做好數(shù)學(xué)建模的，軟件的質(zhì)量與數(shù)學(xué)模型的優(yōu)劣性具有直接的關(guān)系。學(xué)生在總結(jié)和歸納這些軟件模型的過程中必然會(huì)大量應(yīng)用數(shù)學(xué)建模的思想和方法，并且對(duì)數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)產(chǎn)生深刻的認(rèn)知[2]。

四、結(jié)語

培養(yǎng)初中生的數(shù)學(xué)建模能力是數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的要求，而初中階段開展的各類科技創(chuàng)新活動(dòng)通常都蘊(yùn)含豐富的數(shù)學(xué)知識(shí)，對(duì)建模思想和能力培養(yǎng)具有非常顯著的作用。教師應(yīng)該積極利用科技創(chuàng)新活動(dòng)來促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)的形成，將數(shù)學(xué)建模思想融入活動(dòng)設(shè)計(jì)、實(shí)施和總結(jié)等環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]余啟宏.初中生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)策略[J].中學(xué)數(shù)學(xué)（初中版），2020（4）：2.

[2]李靜.初中數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)的培養(yǎng)策略[J].華夏教師，2019（17）：2.