数学模型的概念比较宽泛,它是指用准确的数学语言,包括公式,描述和表达现实问题中的等量关系、空间图形等,其特点是用数学语言的形式将生活中客观事物或现象的核心特征、关系大概地或近似地呈现出来,形成一种数学模型。从外延上说,数学知识就是数学模型,一切数学教科书中所涵盖的概念、公式、方程式、函数及相应的计算系统都可称为数学模型。[2]简单来说,数学模型就是那些能够反映、刻画客观事物本质属性与内在规律的数学结构,如数学符号、公式、图表等。小学数学涉及的数学结构较为简单,因而小学阶段所建构的数学模型,是指用课堂上所学的数字(1~10)、字母(a、b等)及各种不同的数学符号排列组合而成的公式等,学生所学的平面几何图形等都是数学模型。数学建模即建构数学模型解决现实情境问题的求解过程。如我们将所考察的生活中的实际问题转化为数学知识的求解,建构出相应的数学模型,通过对数学模型进行求解,使得原来生活中的实际问题得以解答,这种解题方法叫做建构数学模型的方法,也就是数学建模。[3]
(二)构建数学模型的意义
《标准》指出,小学阶段的主要任务是培养小学生的数学建模思想,锻炼数学建模能力,使学生学会把所学的数学理论知识应用于生活实践中。有效的建模活动不仅有利于发展学生的思维,还能激发学生学习数学的兴趣,培养学生的探究意识和学习主动性。可见,数学建模思想在日常教学的有效融入,对提升小学生的数学核心素养起着非常关键的作用。
1.有利于培养学生运用数学思维的方法观察分析生活中的问题
建构数学模型,即教师引导学生运用所学的数学知识、语言文字来描述和表达生活情境中的问题,将所学的理论知识运用到实际生活中解决真实的问题,深化数学源于生活,又应用于生活的理念内涵。数学建模不同于传统意义的应用题,它是对实际的复杂问题进行分析,并在发现其中的规律与数学关系的基础上运用数学知识解决问题。这个过程本身为学生提供了自我学习、独立思考、综合应用分析的机会,学生从不同的问题中探索出问题的本质,从而丰富了学生的想象力,提高了洞察力和创新思维能力。同时,数学模型的组建依赖于建模者对实际问题的理解,并需要一定的创造性和想象力将有关的变量按照实际问题的要求组合在一起[4],且对于同一问题,学生能够建立出多种不同的模型,因而在开放的构建模型过程中,有助于提高学生的创新意识和创新能力。
2.有利于培养学生的合作探究能力
3.有利于提高学生的数学素养
数学素养是指学生通过数学学习,在学习过程中逐渐内化而成的数学推断能力、思考能力及数学品质。[6]小学阶段要求学生具备的数学素养,包括数学知识及以数学思维思考问题的意识、解决问题的能力、探索数学的意愿等。数学建模是从现实生活情境中抽象出数学问题。发展建模能力一方面可以促进学生认识现实世界,因为数学模型思想主要是培养学生发现问题的意识以及动手实践的能力。如用字母列方程来表示数学问题求解中的等量关系,在这个环节,学生首先要通过分析等量关系中有哪些量是等值的,然后找出题目中等式两边的量,最后判断分析,求得结果。另一方面,丰富的日常生活经验能够帮助学生理解数学学习。如学习数对,学生需要在具体情境中,能在方格纸上用数对表示位置,知道数对与方格纸上点的对应。而在日常生活中,学生购买电影票去电影院看电影的经历以及通过教室内的座位表确定同学的位置等情境,有助于他们理解数对的概念以及数对与点之间的对应关系。在数学教学过程中,构建数学模型能够使学生各方面的能力得到开发,如理解能力、推理能力、发现问题的能力、分析能力等,而学生的数学素养也在不知不觉中获得了提高。
4.有利于学生真正体会到学习数学的乐趣
二、建构数学模型的策略
(一)创设问题情境,激发学生学习数学建模的兴趣
(二)积累表象,培育建构数学模型基础
(三)抽象出生活问题的本质,初步建构数学模型
(四)巧妙使用数学教材,扩展数学模型的应用范围
作者:李星云单位:南京师范大学小学教育研究所
[1][5][7]教育部基础教育课程教材专家工作委员会.义务教育数学课程标准(2021年版)解读[M].北京:北京师范大学出版社,2021:3-4.
[2]陈淑娟.浅谈小学数学建模[J].读与写,2021(5):161.
[3]王亚辉.数学方法论[M].北京:北京出版社,2021:38.
[4]李明振.数学建模认知研究[M].南京:江苏教育出版社,2021:3.
[6]周燕.小学数学教学中数学建模思想的融入[D].上海师范大学,2021.