孫恒宇
(江西省浮梁縣第一中學(xué) 江西景德鎮(zhèn) 333400)
根據(jù)國(guó)家下發(fā)的文件,我們可以了解到新一輪的課改提出要求:課程建設(shè)上,以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向;課程內(nèi)容上,回到知識(shí)學(xué)習(xí)為人服務(wù)的初心;學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上,從查驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)到提升解決問(wèn)題的能力。從新課改的內(nèi)容來(lái)看,當(dāng)前國(guó)家更注重對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)際解決問(wèn)題能力的培養(yǎng),而高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)正是以培養(yǎng)學(xué)生思維邏輯與創(chuàng)新能力為重點(diǎn),可以很好地實(shí)現(xiàn)新課改的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。
高中數(shù)學(xué)建模的教學(xué)與純粹的數(shù)學(xué)知識(shí)教學(xué)有所不同,它的開(kāi)展對(duì)純粹數(shù)學(xué)知識(shí)教學(xué)內(nèi)容、方法的改革起到了積極作用。一直以來(lái)數(shù)學(xué)建模都在數(shù)學(xué)知識(shí)體系中具有很高的地位,數(shù)學(xué)建模在數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。它能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S邏輯以及分析、處理問(wèn)題的能力,可以有效地鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。同時(shí),高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)也為學(xué)生掌握了更科學(xué)的學(xué)習(xí)方法,為大學(xué)階段對(duì)高等數(shù)學(xué)課程中,微分方程、微分幾何等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的開(kāi)展也使教師的思想認(rèn)識(shí)、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、知識(shí)儲(chǔ)備都得到了更新。讓教師意識(shí)到在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中,要以學(xué)生為中心的同時(shí)也要以問(wèn)題為中心,要大膽嘗試新的教學(xué)方式,打破固有觀念,進(jìn)行教學(xué)模式的革新。教師在進(jìn)行高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)時(shí),要符合高中階段的課程要求,開(kāi)設(shè)高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)自身獨(dú)有的實(shí)踐活動(dòng)。高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)還對(duì)信息技術(shù)融入課堂具有十分重要的意義,信息技術(shù)與課堂相融合,豐富教學(xué)方式,也為高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)課堂提供了生動(dòng)的案例,通過(guò)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)進(jìn)行模型的構(gòu)建、分析、驗(yàn)算,可以直觀地進(jìn)行結(jié)果演示,也能幫助學(xué)生完成思維的創(chuàng)新。在國(guó)家實(shí)行科教興國(guó)與人才強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略下,需要培養(yǎng)大量應(yīng)用型數(shù)學(xué)人才,才能保證國(guó)家的未來(lái)發(fā)展,而高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)將為這類(lèi)人才的培養(yǎng)搭建一個(gè)起點(diǎn),是將數(shù)學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為核心科學(xué)技術(shù)的重要途徑。[1]
數(shù)學(xué)模型是人們根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際對(duì)象進(jìn)行抽象、提煉、歸納所得到的。模型的組成、特征都與實(shí)際對(duì)象有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,對(duì)學(xué)生的抽象思維能力的鍛煉有很大的幫助,但現(xiàn)階段高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)還存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題。
現(xiàn)在很多高中教師在進(jìn)行數(shù)學(xué)課程教學(xué)時(shí)還是只關(guān)注到數(shù)學(xué)知識(shí)教學(xué)的層面,而不是對(duì)學(xué)生能否進(jìn)行深入研究學(xué)習(xí)的能力層面開(kāi)展教學(xué)工作。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),超過(guò)85%的高中數(shù)學(xué)教師能夠優(yōu)秀地完成高中數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo),但能夠?qū)⒏咧袛?shù)學(xué)建模理念融入教學(xué)過(guò)程中卻很少,有80%以上的高中數(shù)學(xué)教師,認(rèn)為開(kāi)展高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)有助于幫助學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)問(wèn)題的研究,但只有不超過(guò)10%的高中數(shù)學(xué)教師,將高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)應(yīng)用于實(shí)際課堂教學(xué)的過(guò)程中,超過(guò)半數(shù)以上的高中數(shù)學(xué)教師,認(rèn)為高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中是非常難以實(shí)施的。通過(guò)調(diào)查數(shù)據(jù)我們可以得出結(jié)論:大多數(shù)的高中數(shù)學(xué)教師都能夠很好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo),但并沒(méi)有將高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)理念融入教學(xué)的意識(shí),在能意識(shí)到開(kāi)展高中數(shù)學(xué)建模教學(xué),對(duì)于高中數(shù)學(xué)課程具有重要作用的高中數(shù)學(xué)教師里,又有一大部分教師礙于缺少對(duì)高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)相關(guān)知識(shí)的儲(chǔ)備,沒(méi)有足夠的高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),阻礙了高中數(shù)學(xué)教師開(kāi)展高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的腳步。[2]
在高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的過(guò)程中,由于部分教師對(duì)于高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的認(rèn)知存在偏差,將高中數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)應(yīng)用題概念進(jìn)行混淆,將二者畫(huà)等號(hào),認(rèn)為高中數(shù)學(xué)建模,只是在基礎(chǔ)數(shù)學(xué)應(yīng)用題上添加一個(gè)場(chǎng)景。這樣的認(rèn)知偏差,還會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生誤導(dǎo),在學(xué)習(xí)高中數(shù)學(xué)建模時(shí)陷入數(shù)學(xué)應(yīng)用題的解題思路里,只能夠通過(guò)給定的題目提示條件,解答出由簡(jiǎn)單的問(wèn)題結(jié)構(gòu)組成的問(wèn)題。還有部分高中數(shù)學(xué)老師會(huì)將高中數(shù)學(xué)建模與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行混淆,把高中數(shù)學(xué)建模當(dāng)作只是單一地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,把數(shù)據(jù)進(jìn)行表格化。數(shù)學(xué)是研究形式化的思想材料,思想來(lái)源于現(xiàn)實(shí),但并不等同于現(xiàn)實(shí),它不能對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的信息進(jìn)行全面的復(fù)制,而是需要借助數(shù)學(xué)思維,將它對(duì)應(yīng)的事物進(jìn)行抽象、整合,這樣的思想材料是在長(zhǎng)年累月的數(shù)學(xué)探索實(shí)踐中積累獲取的。在數(shù)學(xué)中,我們常用到的數(shù)字、符號(hào)、概念、公式定理等都是屬于數(shù)學(xué)模型范疇內(nèi)的,但在通常情況下,人們不再將數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)建模融于一體,而是將其脫離出來(lái)成為獨(dú)立的知識(shí)體系。高中數(shù)學(xué)教師在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模教學(xué)與日常課堂教學(xué)融會(huì)貫通時(shí),必須要對(duì)此有清晰的認(rèn)知。
高中數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)常常會(huì)采用隨機(jī)分組方式進(jìn)行展開(kāi),使得小組成員的能力水平不一致,無(wú)法進(jìn)行順暢的數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)研究。對(duì)于剛剛開(kāi)始接觸數(shù)學(xué)建模知識(shí)的學(xué)生,沒(méi)有辦法對(duì)數(shù)學(xué)建模的概念、信息、要點(diǎn)有清晰的認(rèn)識(shí)掌握,從而無(wú)法投入到數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)中去,如果缺乏高中數(shù)學(xué)老師的專(zhuān)業(yè)指導(dǎo),很容易陷入高中數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的誤區(qū),無(wú)法將數(shù)學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來(lái),影響學(xué)生的體驗(yàn),進(jìn)而影響高中數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)的效果。[3]
高中數(shù)學(xué)建模是將日常生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題,通過(guò)假設(shè)模型、構(gòu)建模型,將實(shí)際的問(wèn)題數(shù)學(xué)化,運(yùn)用編程計(jì)算使問(wèn)題得到解決的應(yīng)用類(lèi)數(shù)學(xué)課程。生活中所涉及的一切內(nèi)容都可能是它的研究對(duì)象,工程、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等所有能夠想到的領(lǐng)域的問(wèn)題都可以用數(shù)學(xué)建模的方法進(jìn)行研究。但當(dāng)前高中階段考試中,對(duì)高中數(shù)學(xué)建模相關(guān)知識(shí)沒(méi)有詳細(xì)的考察重點(diǎn),這就致使很多學(xué)校及高中數(shù)學(xué)老師沒(méi)能正確認(rèn)識(shí)高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的重要性。清華大學(xué)教授謝金星曾在2015 年參加國(guó)際工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)大會(huì)時(shí)說(shuō),盡管我國(guó)高中新課標(biāo)在21 世紀(jì)初就已經(jīng)提出加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教育,然而真正能落實(shí)的只有少數(shù)地區(qū)和少數(shù)學(xué)校。他與不少一同參加會(huì)議的學(xué)者進(jìn)行呼吁,沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案但能解決實(shí)際問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模教育值得鼓勵(lì)。學(xué)校與高中數(shù)學(xué)教師應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到高中數(shù)學(xué)建模的地位,在課堂中,高中數(shù)學(xué)教師應(yīng)善于借助各種情境進(jìn)行舉例帶入,幫助學(xué)生理解概念,熟練掌握運(yùn)用公式、定理等。例如,在進(jìn)行方程組問(wèn)題的講解教學(xué)時(shí),可以舉出同學(xué)們平時(shí)購(gòu)物時(shí)遇到的計(jì)價(jià)問(wèn)題:A 同學(xué)買(mǎi)了3 個(gè)桃子、1 個(gè)蘋(píng)果、4 個(gè)橙子共花費(fèi)了38 元,而B(niǎo) 同學(xué)買(mǎi)了4 個(gè)桃子、3 個(gè)蘋(píng)果、2 個(gè)橙子共花費(fèi)45 元,現(xiàn)在需要知道蘋(píng)果與橙子的差價(jià)是多少。那么我們就可以假設(shè)桃子的價(jià)錢(qián)為x、蘋(píng)果的價(jià)錢(qián)為y、橙子的價(jià)錢(qián)為z,根據(jù)題中給出的條件我們就可以得到由3x+1y+4z=38,4x+3y+2z=45 兩個(gè)方程組構(gòu)成的本道題的數(shù)學(xué)模型,將實(shí)際的應(yīng)用問(wèn)題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)問(wèn)題,通過(guò)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算得出來(lái)的答案,也就是蘋(píng)果與橙子的差價(jià)?,F(xiàn)實(shí)生活中的很多問(wèn)題要比上述問(wèn)題復(fù)雜很多,所要建立的數(shù)學(xué)模型也不會(huì)是這么簡(jiǎn)單,但學(xué)生可以通過(guò)這道簡(jiǎn)單的計(jì)價(jià)問(wèn)題理解到數(shù)學(xué)模型建立的底層邏輯、建立過(guò)程,也可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生活中有很多問(wèn)題都可以通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題,可以根據(jù)不同的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型的建立,從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力,從無(wú)形中影響學(xué)生能夠正確地認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)建模教學(xué)的重要性。
高中數(shù)學(xué)教師作為高中數(shù)學(xué)教育體系的中流砥柱,更應(yīng)該在實(shí)施數(shù)學(xué)建模教學(xué)中發(fā)揮中堅(jiān)作用。高中數(shù)學(xué)教師要時(shí)刻謹(jǐn)記,大學(xué)畢業(yè)并不是學(xué)習(xí)生涯的終止,而是新的一段學(xué)習(xí)旅途的開(kāi)始,高中數(shù)學(xué)教師要在進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)工作的開(kāi)展過(guò)程中,不斷學(xué)習(xí)新的教學(xué)理念,積極創(chuàng)新教學(xué)方法。從上文中提及的調(diào)研結(jié)果來(lái)看,目前有許多高中數(shù)學(xué)教師缺少數(shù)學(xué)建模教學(xué)的理論知識(shí),對(duì)數(shù)學(xué)建模認(rèn)知不夠深刻,教師需要定期參與講座培訓(xùn)不斷學(xué)習(xí),完善自身知識(shí)儲(chǔ)備,積累數(shù)學(xué)模型教學(xué)經(jīng)驗(yàn),將數(shù)學(xué)模型教學(xué)理念融入自己的教學(xué)中,在平時(shí)進(jìn)行數(shù)學(xué)課程教學(xué)中,不僅要注意對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解,還要使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的概念有清晰的定位,避免學(xué)生發(fā)生將其與其他知識(shí)點(diǎn)混淆的問(wèn)題,更要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的建模能力以及數(shù)學(xué)應(yīng)用實(shí)踐能力的重點(diǎn)培養(yǎng)。
興趣是人類(lèi)最好的老師,學(xué)??梢酝ㄟ^(guò)開(kāi)展一系列的高中數(shù)學(xué)建?;顒?dòng),培養(yǎng)學(xué)生的興趣,引導(dǎo)學(xué)生參與高中數(shù)學(xué)建模知識(shí)的學(xué)習(xí)。[4]
學(xué)??梢酝ㄟ^(guò)組建高中數(shù)學(xué)建模興趣社團(tuán),為愛(ài)好數(shù)學(xué)建模知識(shí)的同學(xué)們搭建溝通的橋梁。通過(guò)具有相同愛(ài)好者的交流討論,可以促使同學(xué)們學(xué)習(xí)到更多高中數(shù)學(xué)建模的相關(guān)知識(shí),也促進(jìn)同學(xué)們的感情,學(xué)校還可以邀請(qǐng)教師為同學(xué)們進(jìn)行指導(dǎo),在校園中營(yíng)造出良好的學(xué)習(xí)氛圍,帶動(dòng)同學(xué)們對(duì)高中數(shù)學(xué)建模的興趣。
學(xué)??梢酝ㄟ^(guò)組織校內(nèi)數(shù)學(xué)建模比賽,使同學(xué)們之間形成一種良性競(jìng)爭(zhēng),大家你追我趕,促進(jìn)學(xué)生對(duì)于高中數(shù)學(xué)建模的深入研究,增加高中數(shù)學(xué)建模對(duì)于學(xué)生的影響力,鍛煉學(xué)生的抽象思維與理論結(jié)合現(xiàn)實(shí)的能力。鼓勵(lì)在競(jìng)賽中取得好名次的同學(xué)參加更大的競(jìng)賽舞臺(tái),深入對(duì)人才的培養(yǎng)挖掘。
學(xué)??梢赃m當(dāng)利用自習(xí)課在每周加入一節(jié)單獨(dú)講授高中數(shù)學(xué)建模的課程,進(jìn)行分層次教學(xué)。對(duì)于高中數(shù)學(xué)建模感興趣的學(xué)生可以采取更深層次的數(shù)學(xué)建模的研究進(jìn)行教學(xué),對(duì)于普通學(xué)生也可以采用更淺顯易懂的教學(xué)內(nèi)容幫助他們熟練掌握數(shù)學(xué)建模的要點(diǎn),幫助其對(duì)實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用,和純粹數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。
數(shù)學(xué)學(xué)科作為一門(mén)開(kāi)放性很強(qiáng)的學(xué)科,需要教師激發(fā)學(xué)生多方面思考、多角度看待問(wèn)題的能力,再加上新課改對(duì)于教學(xué)的要求,教師就應(yīng)積極強(qiáng)化學(xué)生的參與性,通過(guò)合理的手段引導(dǎo)學(xué)生愛(ài)上數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)。高中學(xué)生正處于高考前的緊張階段,學(xué)習(xí)壓力繁重,為此很多教師都習(xí)慣通過(guò)浩如煙海的作業(yè)與習(xí)題,讓學(xué)生通過(guò)題海戰(zhàn)術(shù)掌握更多的知識(shí),但這種機(jī)械化的方式很容易磨滅學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)的積極性,同時(shí)也容易僵化學(xué)生的思維,從而起到反效果,不利于日后的成長(zhǎng)。
課后作業(yè)應(yīng)講究高效性與質(zhì)量性,其初衷并不是過(guò)多地占用學(xué)生的課余時(shí)間,而是應(yīng)讓學(xué)生在作業(yè)中真正獲取到知識(shí),為此教師就應(yīng)積極響應(yīng)新課改的號(hào)召,并將建模思想融入作業(yè)中,提高作業(yè)的合理性,將原本學(xué)生作業(yè)形式單一、內(nèi)容陳舊、難度過(guò)高等弊端,轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮殄憻捤季S能力、探索意識(shí)、自主性等方面。為此,在建模思想下,教師為了提升作業(yè)的質(zhì)量,就應(yīng)仔細(xì)分辨每一名學(xué)生的個(gè)體差異,例如學(xué)習(xí)能力、吸收能力等,并布置階梯式的作業(yè),降低作業(yè)量,并針對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容,由易到難、由淺入深地布置典型作業(yè)。此外,還可以布置開(kāi)放式命題作業(yè),鍛煉學(xué)生舉一反三的能力,讓學(xué)生無(wú)須執(zhí)著于單一的解題方式,從不同的角度看待問(wèn)題,還可以通過(guò)學(xué)習(xí)小組的形式,共同完成作業(yè),既可以培養(yǎng)班級(jí)的學(xué)習(xí)氛圍,也可以引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成深入思考、樂(lè)于創(chuàng)新的習(xí)慣。
考試是驗(yàn)證學(xué)生學(xué)習(xí)成果的活動(dòng),一定程度上也可以體現(xiàn)教師的教學(xué)水平及課堂質(zhì)量。傳統(tǒng)教學(xué)中,一般都是通過(guò)閉卷考試的方式,設(shè)立選擇題、計(jì)算題等,同時(shí)考試分?jǐn)?shù)也被很多學(xué)校作為評(píng)價(jià)學(xué)生的唯一標(biāo)準(zhǔn)。但考試卻難以合理反映出學(xué)生真正對(duì)于知識(shí)的理解程度及數(shù)學(xué)素養(yǎng),而學(xué)生也僅僅通過(guò)一遍遍的刷題,提高考試成績(jī),這也違背了數(shù)學(xué)教育培養(yǎng)學(xué)生思維邏輯的初衷。[5]
為此,教師也應(yīng)在考試中融入建模思想,認(rèn)識(shí)到考試應(yīng)是一種多方面的評(píng)價(jià)體系,貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)與教學(xué)過(guò)程中??荚囍薪處煈?yīng)打開(kāi)原本閉塞的考試形式,可增加考試題目種類(lèi)。例如設(shè)立開(kāi)放性的題目,讓學(xué)生列出其他的解題思路,而不需要得出精確結(jié)果,檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)多方面的理解與運(yùn)用的能力;又或者設(shè)立機(jī)考形式,針對(duì)學(xué)生對(duì)于圓錐曲線等方面,開(kāi)放原本的封閉式考卷,學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)中的數(shù)學(xué)模型軟件,標(biāo)注出模型的各類(lèi)畫(huà)線等,檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)于空間圖形的理解程度,提升考試的全面性。
總而言之,當(dāng)前高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)還存在著對(duì)高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)不夠重視、對(duì)高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)的認(rèn)識(shí)不夠、缺少對(duì)高中數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)指導(dǎo)等問(wèn)題。在新課改的背景下,要想提升高中數(shù)學(xué)建模的教學(xué)質(zhì)量,就務(wù)必要將這些問(wèn)題重視起來(lái),深刻認(rèn)識(shí)到高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新意識(shí)的重要性。