教育的真谛
教育不仅仅是传授书本上的知识,更重要的是培养学生超越书本的内在素养。现代汉语词典对“素养”一词的解释为平日里的修养积累。而数学核心素养,则是指当所有数学知识被遗忘后,依然留存下来的东西——那是一种从数学角度看问题的能力,是一种有条理的理性思维、严密求证、逻辑推理和清晰表达的意识与能力。
自2018年起,我国《普通高中数学课程标准》强调了培养学生六大数学核心素养:数学抽象、直观想象、数学建模、逻辑推理、数算和数据分析。其中,数学建模作为重要的一环,它搭建了数学与外部世界的桥梁,是数学应用的重要表现形式。
具体来说,数学模型是将实际问题中的因素简化、抽象化为数学中的参数和变量,再运用数学理论进行求解和验证的过程。在这一过程中,学生的建模能力得以培养,包括了转化能力、数学知识应用能力、创造力和沟通合作能力。
无论是必修还是选修的教材内容,都非常重视数学建模的教学。这对教师来说,既是一种挑战,也是提升教学设计的机会。
以摩天轮为例,进行课堂设计可以如下展开:
展示摩天轮的图片,为学生提供直观的感受。
是否有同学乘坐过摩天轮?能否分享一下乘坐时的感受?你认为摩天轮与数学之间有什么联系吗?
设想一个场景:游乐场中的摩天轮匀速运转,其中心距地面40.5米,半径为40米。当你从最低点登上摩天轮,你与地面的距离会随时间变化。在6分钟时,你将第一次到达最高点。
教学阶段一:问题串。引导学生从实际问题出发,简化为数学模型。
问题1:摩天轮的周而复始的圆周运动属于什么现象?
问题2:在乘坐摩天轮的过程中,哪些量在发生变化?它们是如何变化的?
……(后续问题类似)
(通过这些问题串,引导学生基于直观感受,选取合适的函数模型,得出函数解析式。)
教学阶段二:模型的应用。鼓励学生自己提出关于函数模型的问题。
例如:当你登上摩天轮8分钟后,你距离地面多少米?
……(其他问题)
(通过这些问题,巩固三角函数的相关性质。)
教学阶段三:模型的拓展。预设一些问题,由学生自己提出并解决。
问题A:当两个人同时坐摩天轮时,会出现什么情况?
问题B:能否求出某位乘客与地面的距离随时间变化的函数关系式?
……(其他拓展性问题)
(鼓励学生大胆提问,并通过小组评价选出最有意义和价值的问题。)
在数学建模核心素养的培养过程中,学生积累了用数学解决实际问题的经验。他们能够在实际情境中发现和提出问题,建立数学模型,求解模型,并基于现实背景验证和完善模型。这样的教学有助于提升学生的应用能力,增强他们的创新意识。
基于数学核心素养的数学建模教学要求教师更新观念。教师需要整体把握数学课程,尝试主题(单元)教学,注重引导学生发现问题、提出问题与分析解决问题。在数学教学过程中,应以学生为本,精心设计导学案,鼓励学生自主探究和应用数学模型。
通过强化数学建模意识,使学生掌握数学模型应用的方法。这不仅坚定了学生的数学基础,也有效提升了他们的数学核心素养。