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小學(xué)數(shù)學(xué)建模中數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換分析

時(shí)間:2022-03-11 10:08:14

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小學(xué)數(shù)學(xué)建模中數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換分析

它的內(nèi)涵包括“面對某個(gè)綜合性情景,能夠理解并建構(gòu)現(xiàn)實(shí)情境模型,會將該模型翻譯為數(shù)學(xué)問題,建立數(shù)學(xué)模型,然后會用數(shù)學(xué)方法解決所提數(shù)學(xué)問題,再根據(jù)具體的情境,解讀與檢驗(yàn)數(shù)學(xué)解答,并驗(yàn)證模型的合理性”。數(shù)學(xué)建模過程包括模型準(zhǔn)備、模型形成、模型應(yīng)用和模型拓展。數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換就是“在數(shù)學(xué)問題解決過程中,保持?jǐn)?shù)學(xué)問題的某些不變性質(zhì),改變信息形態(tài),將要解決的問題進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化,使之達(dá)到由繁到簡,由未知到已知,由陌生到熟悉的目的”。如果學(xué)生在數(shù)學(xué)建模過程中能準(zhǔn)確、靈活地轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言,就能順利分析問題和解決問題,有效促進(jìn)思維的發(fā)展和深化,有效培養(yǎng)他們的核心素養(yǎng)。否則,學(xué)生就難以閱讀、理解、思維和表達(dá),更談不上提升數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。因此,教師要引導(dǎo)學(xué)生在建模過程中靈活轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言,逐漸培養(yǎng)并提升他們的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

一、模型準(zhǔn)備中轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言

模型準(zhǔn)備就是教師根據(jù)教學(xué)需要恰當(dāng)創(chuàng)設(shè)情境,組織學(xué)生從中抽取數(shù)學(xué)問題,為后續(xù)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型奠定基礎(chǔ)。模型準(zhǔn)備時(shí),教師可以創(chuàng)設(shè)童話情境、游戲情境、生活情境、比賽情境、問題情境……如果教師能用情境有效激活學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)和數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗(yàn),就能促使他們在模型準(zhǔn)備中迅速輸入信息并靈活轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言;如果學(xué)生能根據(jù)情境中的數(shù)學(xué)信息抽象出數(shù)學(xué)問題,就說明他們已經(jīng)基本厘清所要解決的問題。學(xué)生有了明確的建模方向,就為他們發(fā)展數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)提供了可能。教學(xué)釘子板上的多邊形時(shí),教師指出釘子板上相鄰兩個(gè)釘子間距離是1厘米后,用皮筋在上面任意圍了一個(gè)多邊形,讓學(xué)生說說多邊形的面積。有的學(xué)生嘗試數(shù)皮筋所圍的方格數(shù),有的學(xué)生嘗試把多邊形分割成規(guī)則圖形,有的學(xué)生不知所措……學(xué)生忙碌中,教師隨口說出答案。等了好一會兒,才有學(xué)生認(rèn)可了教師答案的正確性,也有學(xué)生猜測教師可能早就知道所圍多邊形的面積了。于是,教師讓提意見的學(xué)生到釘子板上圍一個(gè)多邊形,師生進(jìn)行比賽。師生商議用點(diǎn)陣圖代替釘子板后,學(xué)生一畫出多邊形,教師就輕松地說出正確結(jié)果并贏得了比賽。學(xué)生很驚訝,他們懷疑老師有解決問題的秘密“武器”。皮克定理是點(diǎn)陣中頂點(diǎn)在格點(diǎn)的多邊形面積計(jì)算模型。教師創(chuàng)設(shè)師生比賽情境激活了學(xué)生探究欲望。學(xué)生數(shù)方格或計(jì)算多邊形面積的過程是他們讀懂圖形語言并轉(zhuǎn)換為符號語言的過程,他們先把實(shí)物表示的圖形語言轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣圖表示的圖形語言,再轉(zhuǎn)換為符號語言表示多邊形面積。分割計(jì)算面積比較慢,而且還有小部分圖形可能因?yàn)椴灰?guī)則而無法準(zhǔn)確計(jì)算,尋找數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換新方向就變成學(xué)生的迫切希望。比賽情境引發(fā)學(xué)生積極轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言的興趣,他們不但了解了皮克定理模型的知識背景,而且喚醒了已有的知識經(jīng)驗(yàn)和數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言,形成數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

二、模型形成中轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言

對小學(xué)生而言,數(shù)學(xué)模型形成過程是提出假設(shè)并加以驗(yàn)證的過程。假設(shè)就是學(xué)生根據(jù)已有認(rèn)知或直覺大膽提出自己的想法;驗(yàn)證就是學(xué)生對自己或同學(xué)提出的假設(shè)用實(shí)驗(yàn)、舉例或證明等方法判斷其正確性。假設(shè)通過驗(yàn)證就成為模型,如果無法通過驗(yàn)證就要提出新假設(shè)再驗(yàn)證。數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換能幫助學(xué)生在假設(shè)和驗(yàn)證過程中進(jìn)行正確判斷和說理。教師要鼓勵學(xué)生大膽假設(shè)后通過測量、實(shí)驗(yàn)、操作、交流、抽象、概括等方法經(jīng)歷數(shù)學(xué)模型“再創(chuàng)造”的過程。教學(xué)平行四邊形面積時(shí),教師出示一個(gè)平行四邊形(圖1),讓學(xué)生猜測它的面積是多少。有的學(xué)生用5×4計(jì)算,有的學(xué)生用4×3計(jì)算,有的學(xué)生用5×3計(jì)算。教師引導(dǎo)學(xué)生用面積1平方厘米的正方形紙片在圖中有序擺放,他們發(fā)現(xiàn)20個(gè)小正方形鋪成的圖形比平行四邊形大,隨即否定了5×4的假設(shè);發(fā)現(xiàn)12個(gè)小正方形無法鋪滿平行四邊形,隨即否定了4×3的假設(shè);15個(gè)正方形是否正確呢?學(xué)生切分小正方形并擺拼,數(shù)出平行四邊形的面積。教師追問有沒有更簡潔的方法,學(xué)生發(fā)現(xiàn)可以把平行四邊形轉(zhuǎn)化為長方形,在動手操作和小組交流中,他們根據(jù)長方形與平行四邊形的對應(yīng)關(guān)系———長方形的長=平行四邊形的底、長方形的寬=平行四邊形的高,進(jìn)而推導(dǎo)出平行四邊形面積=底×高,用字母表示是S=a×h,順利形成了平行四邊形的面積模型。提出假設(shè)時(shí),學(xué)生把圖形語言轉(zhuǎn)換為符號語言,用三個(gè)算式分別表示平行四邊形的面積;驗(yàn)證假設(shè)時(shí),學(xué)生觀察平行四邊形包含面積單位個(gè)數(shù)的過程是把圖形語言轉(zhuǎn)換為新的圖形語言的過程,同時(shí)否定了兩種假設(shè),肯定了第三種假設(shè)。教師的追問引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)尋找新的數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換方向,他們想到把平行四邊形剪拼成長方形,實(shí)現(xiàn)圖形語言的相互轉(zhuǎn)換。根據(jù)兩種圖形的對應(yīng)關(guān)系推導(dǎo)平行四邊形面積公式的過程是把圖形語言轉(zhuǎn)換成文字語言的過程,最后把文字表示的公式模型用字母表示是文字語言轉(zhuǎn)換為符號語言的過程。學(xué)生在猜測驗(yàn)證和合作交流中不斷進(jìn)行數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換,最終順利形成平行四邊形面積公式模型。學(xué)生的數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)在模型形成過程中得到了有效培養(yǎng)。

三、模型應(yīng)用中轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言

小學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的意義不只是掌握知識的多少,更在于能否靈活解決實(shí)際問題。學(xué)生如果能應(yīng)用所形成的數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問題,并從中發(fā)現(xiàn)新問題、理解新知識、實(shí)現(xiàn)新認(rèn)知,甚至自覺形成數(shù)學(xué)建模意識,就表明他們不但能真正理解并掌握所建構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,而且能初步感悟數(shù)學(xué)模型思想的價(jià)值,同時(shí)表明他們的數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)得到了有效提升。四、模型拓展中轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)語言模型拓展就是教師引導(dǎo)學(xué)生對已經(jīng)建構(gòu)的數(shù)學(xué)模型適當(dāng)改變,衍生出新的數(shù)學(xué)模型。教師可以根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)情引導(dǎo)學(xué)生在模型應(yīng)用中完成一些拓展性練習(xí),幫助他們對所形成的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行適度拓展或重塑。有效的模型拓展不但能加深學(xué)生對已形成的數(shù)學(xué)模型的理解,而且能拓展學(xué)生的數(shù)學(xué)視野,使他們學(xué)會從不同角度理解并掌握數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步培養(yǎng)他們的數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換能力和數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)。學(xué)習(xí)間隔排列時(shí),學(xué)生經(jīng)過簡單的模型應(yīng)用,初步理解并掌握了所形成的數(shù)學(xué)模型“兩種物體排成一行,兩端物體相同時(shí),兩端物體個(gè)數(shù)-中間物體個(gè)數(shù)=1”后,教師出示了兩道拓展練習(xí):1.小紅把正方形和圓形一個(gè)隔一個(gè)地排成了一行。如果正方形有6個(gè),圓形最少有多少個(gè)?最多有多少個(gè)?2.圓形池塘周圍一共栽了75棵柳樹,如果每兩棵柳樹中間栽一棵桃樹,可以栽多少棵桃樹?解決問題1時(shí),學(xué)生形成一條直線上物體間隔排列的基本圖式,是他們靈活應(yīng)用已有模型并形成新數(shù)學(xué)模型(兩種物體排成一行,如果兩端物體不同,它們的個(gè)數(shù)就相等)的過程,也是他們把文字語言轉(zhuǎn)換為圖形語言再轉(zhuǎn)換為文字語言的過程。解決問題2時(shí),學(xué)生經(jīng)歷了封閉圖形用文字語言表達(dá)“外化”,語義轉(zhuǎn)換為圖形語言具像“內(nèi)化”的過程,也是他們形成新的數(shù)學(xué)模型(物體首尾相連圍成一圈,兩種物體的個(gè)數(shù)相等)的過程。學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中靈活應(yīng)用模型,甚至拓展、形成新的數(shù)學(xué)模型,有利于他們從更高的水平上重新認(rèn)識模型,他們的數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換能力和數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)都得到了明顯提升??傊?,學(xué)生在數(shù)學(xué)建模過程中有效進(jìn)行數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換,不但能充分感悟數(shù)學(xué)模型思想、體驗(yàn)數(shù)學(xué)建模價(jià)值,而且能切實(shí)提升數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換能力。數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)換越充分,學(xué)生建模就越順利,數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)提升越自然。