在21世紀的今天,社會對數(shù)學的需求不僅僅是數(shù)學家,而是一大批能夠利用數(shù)學知識和數(shù)學思想方法解決實際問題的人才,也就是能把實際問題轉化為數(shù)學問題來解決的人,而這個轉化的過程就稱為建模。數(shù)學模型是把一些規(guī)則和規(guī)律用數(shù)學表示出來,是近似表達現(xiàn)象特征的一種數(shù)學結構。設計數(shù)學模型的過程就稱為數(shù)學建模。數(shù)學建模過程包括四個主要階段:理解問題,找出影響該問題的重要因素;簡化、假設、猜測重要因素之間的關系去得到一個數(shù)學模型;求解模型,得出初步結果;檢驗模型。
一、學生學習建模的困難
通過對學生學習建模情況的調(diào)查,了解到學生學習建模的困難是建模的第一步難以完成,主要有以下幾個原因:
1.對完成建模信心不足。與教材中的純數(shù)學問題相比,實際問題的文字敘述更加語言化,更貼近現(xiàn)實生活,文字也較多,題目中的量也較多,數(shù)量關系更隱蔽、分散。因此,面對一大堆文字材料,很多同學感到茫然,不知從何下手,從而產(chǎn)生了懼怕的心理。主要表現(xiàn)有:受題目信息次序、干擾語句的影響,無法正確理解題意或干脆讀不懂題目,導致錯誤或只好放棄;受自身閱讀能力以及數(shù)學基礎知識掌握程度的影響,無法把題目中復雜的網(wǎng)絡關系條理化,從而無法解題;無法把實際問題與數(shù)學模型聯(lián)系起來,缺乏兩者之間的轉換能力。而在教學中,教師又往往對問題“分類”來指導學生,其副作用是造成學生對實際問題“分門別類,對號入座”。于是,一旦問題隱蔽或給出新情境,就束手無策了。
由于數(shù)學建模使用數(shù)學知識和數(shù)學方法解決實際生活中的各種各樣的問題,是創(chuàng)造性的勞動,因此必須具備良好的心理素質(zhì),包括自覺的創(chuàng)新意識、強烈的好奇心、頑強的毅力、穩(wěn)定的情緒、有效的組織知識等。而學生恰恰不具備良好的心理素質(zhì),因而信心不足。
2.對實際問題中的一些名詞術語不熟悉。由于實際問題中常有許多其他知識領域的名詞術語,而學生與外界接觸相對較少,對實際生活中的保險金、納稅率、和股市信息等,連這些概念的意思都搞不懂,更不要談解題了。
3.對實際問題中的數(shù)據(jù)處理缺乏方法。在許多實際問題中,涉及到的數(shù)據(jù)多且雜亂,學生面對如此多而雜亂的數(shù)據(jù)感到無從下手,找不到解決問題的突破口。
4.缺乏合理的思維訓練。數(shù)學模型呈現(xiàn)的形式是多樣的,有的以函數(shù)顯示,有的以數(shù)列顯示,有的以不等式顯示,也有的以圖像顯示,不一而足。就一個具體問題來講,判斷這個問題究竟應該用什么數(shù)學模型,用什么數(shù)學方法解決,就成為學生在解決問題時的一個“瓶頸”。于是,一旦問題隱蔽或給出新情境,就束手無策,望題興嘆,未能從根本上形成解決問題的能力。
根據(jù)筆者調(diào)查結果,有近50%學生讀完題目后,不知道它與什么數(shù)學知識相關。主要原因就是思維能力弱,符號化意識差,無法將實際問題抽象成數(shù)學式子。
二、克服建模困難的對策
針對以上這些情況,筆者認為在平時的教學中應重視數(shù)學應用意識的培養(yǎng),重視對學生數(shù)學應用于現(xiàn)實的思想教育。具體來講,要抓好以下幾個方面。
1.加強學生自信心的培養(yǎng)。一個人的自信心是保證其進行有效學習的基礎,更是其將來適應知識經(jīng)濟時代的必備的心理素質(zhì)。而我們的學生在學習中常會有挫折,再加上其脆弱的心理素質(zhì),學習自信心已大打折扣。因此,必須重視學生自信心的培養(yǎng)。可以從以下兩個方面入手:培養(yǎng)學習興趣;由淺入深,從簡單問題入手。使學生在自身的生活背景中發(fā)現(xiàn)數(shù)學、創(chuàng)造數(shù)學、應用數(shù)學,在此過程中獲得足夠的自信。
2.強化學生閱讀理解能力的培養(yǎng)。數(shù)學教學是數(shù)學語言的教學,數(shù)學教學必須重視數(shù)學閱讀。具體來講,要注意以下幾個方面:①訓練學生說題。就是讓學生閱讀題目后,進行分析、思考,說出問題的條件、現(xiàn)象的過程、解題的思路以及應采用的方法等。還可以適當?shù)刈寣W生說出解題步驟。②組織適當?shù)恼n堂討論,可以充分利用數(shù)學語言進行提問、反駁、討論、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等,并與別人的思想相對照,以達到更深層次的理解和掌握。③創(chuàng)造機會,讓學生“寫數(shù)學”,也就是讓學生把自己的心得體會、反思成果和研究結果等用語言文字的形式表現(xiàn)出來,這樣就從另一方面培養(yǎng)了學生的閱讀理解能力。
3.加強數(shù)學語言能力的培養(yǎng)。對學生而言,數(shù)學語言能力的培養(yǎng)主要包括兩個方面的內(nèi)容:一是掌握數(shù)學語言即能接受(指能聽懂看懂、能識別、理解、解釋清楚數(shù)學問題的語言表達,并能轉化為數(shù)學思想),能表達(指能將自己解決問題的思路、方法用恰當?shù)臄?shù)學語言準確、流暢地表達出來)。二是幫助學生掌握好非數(shù)學語言與數(shù)學語言之間及各種數(shù)學語言之間地轉化工作。培養(yǎng)學生的數(shù)學語言能力。
4.加強學生的思維訓練。加強學生的思維訓練無疑是克服建模困難的最主要的對策。重點是思維策略的運用。教師在教學中要充分暴露思維過程,顯化思維策略。在教學中常用的思維策略有:抓住關鍵詞語充分展開聯(lián)想進行轉化;借助直觀圖形以形助數(shù)幫助思考
總之,培養(yǎng)學生解決實際問題的能力,關鍵是要培養(yǎng)學生的建模能力,即把實際問題轉化為數(shù)學問題的能力。教師應在充分了解學生的基礎上,用恰當、正確的方法引導學生。