培養(yǎng)數(shù)學(xué)建模意識，提高數(shù)學(xué)思維能力

謝志巍

摘 要： 提高中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量，不僅是為了提高學(xué)生的數(shù)學(xué)成績，更重要的是使學(xué)生學(xué)到有用的數(shù)學(xué).在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中構(gòu)建數(shù)學(xué)建模意識無疑是中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的一個正確的方向.作者結(jié)合自己的教學(xué)體會，從理論上及實踐上闡述構(gòu)建數(shù)學(xué)建模意識的基本方法，通過建模教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.

關(guān)鍵詞： 數(shù)學(xué)建模 數(shù)學(xué)模型方法 數(shù)學(xué)建模意識 創(chuàng)新思維

加強中學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)正是在這種教學(xué)現(xiàn)狀下提出來的.“無論從教育、科學(xué)的觀點來看，還是從社會和文化的觀點來看，這些方面（數(shù)學(xué)應(yīng)用、模型和建模）都已被廣泛地認為是決定性的、重要的”.我國普通高中新的數(shù)學(xué)教學(xué)大綱明確提出要“切實培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力”，要求“增強用數(shù)學(xué)的意識，能初步運用數(shù)學(xué)模型解決實際問題，逐步學(xué)會把實際問題歸結(jié)為數(shù)學(xué)模型，然后運用數(shù)學(xué)方法進行探索、猜測、判斷、證明、運算、檢驗使問題得到解決.”這些要求不僅符合數(shù)學(xué)本身發(fā)展的需要，而且是社會發(fā)展的需要.因為我們的數(shù)學(xué)教學(xué)不僅要使學(xué)生獲得新的知識，而且要提高學(xué)生的思維能力，要培養(yǎng)學(xué)生自覺運用數(shù)學(xué)知識考慮和處理日常生活、生產(chǎn)中所遇到的問題，從而形成良好的思維品質(zhì)，造就一代具有探索新知識、新方法的創(chuàng)造性思維能力的新人.

在諸多的思維活動中，創(chuàng)新思維是最高層次的思維活動，是開拓性、創(chuàng)造性人才所必須具備的能力.麻省理工大學(xué)創(chuàng)新中心提出的培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力，主要應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生靈活運用基本理論解決實際問題的能力.由此，我認為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的過程有三點基本要求.第一，對周圍的事物要有積極的態(tài)度；第二，敢于提出問題；第三，善于聯(lián)想，善于理論聯(lián)系實際.因此在數(shù)學(xué)教學(xué)中構(gòu)建學(xué)生的建模意識實質(zhì)上是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，因為建模活動本身就是一項創(chuàng)造性的思維活動.它既具有一定的理論性又具有較大的實踐性，既要求思維的數(shù)量，又要求思維的深刻性和靈活性，而且在建模活動過程中，能培養(yǎng)學(xué)生獨立、自覺地運用所給問題的條件，尋求解決問題的最佳方法和途徑，可以培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，直覺思維、猜測、轉(zhuǎn)換、構(gòu)造等能力.而這些數(shù)學(xué)能力正是創(chuàng)造性思維所具有的最基本的特征.

1.發(fā)揮學(xué)生的想象力，培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維

數(shù)學(xué)史上不少的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)來源于直覺思維，如笛卡爾坐標系、費爾馬大定理、哥德巴赫猜想、歐拉定理等，應(yīng)該說它們不是任何邏輯思維的產(chǎn)物，而是數(shù)學(xué)家通過觀察、比較、領(lǐng)悟、突發(fā)靈感發(fā)現(xiàn)的.通過數(shù)學(xué)建模教學(xué)，使學(xué)生有獨到的見解和與眾不同的思考方法，如善于發(fā)現(xiàn)問題，溝通各類知識之間的內(nèi)在聯(lián)系等是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的核心.

例：證明sin5°+sin77°+sin149°+sin221°+sin293°=0.

分析：此題若作為“三角”問題來處理，當(dāng)然也可以證出來，但從題中的數(shù)量特征來看，發(fā)現(xiàn)這些角都依次相差72°，聯(lián)想到正五邊形的內(nèi)角關(guān)系，由此構(gòu)造一個正五邊形（如圖）.

從而它們的各個向量在y軸上的分量之和亦為0，故知原式成立.

這里，正五邊形作為建模的對象恰到好處地體現(xiàn)了題中角度的數(shù)量特征.反映了學(xué)生敏銳的觀察能力與想象能力.如果沒有一定的建模訓(xùn)練，就很難“創(chuàng)造”出如此簡潔、優(yōu)美的證明.正如E·L泰勒指出的：“具有豐富知識和經(jīng)驗的人，比只有一種知識和經(jīng)驗的人更容易產(chǎn)生新的聯(lián)想和獨創(chuàng)的見解.”

2.構(gòu)建建模意識，培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)換能力

恩格斯曾說：“由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式不是無聊的游戲而是數(shù)學(xué)的杠桿，如果沒有它，就不能走很遠.”由于數(shù)學(xué)建模就是把實際問題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題，因此如果我們在數(shù)學(xué)教學(xué)中注重轉(zhuǎn)化，用好這根有力的杠桿，對培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的靈活性、創(chuàng)造性及開發(fā)智力、培養(yǎng)能力、提高解題速度是十分有益的.

如在教學(xué)中，我曾給學(xué)生介紹過“洗衣問題”：給你一桶水，洗一件衣服，如果我們直接將衣服放入水中就洗；或是將水分成相同的兩份，先在其中一份中洗滌，然后在另一份中清一下，哪種洗法效果好？答案不言而喻，但如何從數(shù)學(xué)角度解釋這個問題呢？學(xué)生對這個問題的進一步研究，無疑會激發(fā)其學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主動性，且能開拓學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，養(yǎng)成善于發(fā)現(xiàn)問題、獨立思考的良好習(xí)慣.

3.以“構(gòu)造”為載體，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

“一個好的數(shù)學(xué)家與一個蹩腳的數(shù)學(xué)家之間的差別，就在于前者有許多具體的例子，而后者則只有抽象的理論”.我們前面講到，“建模”就是構(gòu)造模型，但模型的構(gòu)造并不是一件容易的事，又需要有足夠強的構(gòu)造能力，而學(xué)生構(gòu)造能力的提高則是學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力的基礎(chǔ)：創(chuàng)造性地使用已知條件，創(chuàng)造性地應(yīng)用數(shù)學(xué)知識.

綜上所述，在數(shù)學(xué)教學(xué)中構(gòu)建學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識與素質(zhì)教學(xué)所要求的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力是相輔相成、密不可分的.要真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，光憑傳授知識是遠遠不夠的，重要的是在教學(xué)中必須堅持以學(xué)生為主體，不能脫離學(xué)生搞不切實際的建模教學(xué)。我們的一切教學(xué)活動必須以調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維為出發(fā)點，引導(dǎo)學(xué)生自主活動，自覺地在學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建數(shù)學(xué)建模意識，只有這樣才能使學(xué)生分析和解決問題的能力得到長足的發(fā)展，也只有這樣才能真正提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生學(xué)到有用的數(shù)學(xué).我們相信，在開展“目標教學(xué)”的同時，大力滲透“建模教學(xué)”必將為中學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)改革提供一條新路，也必將為培養(yǎng)更多更好的創(chuàng)新型人才提供一個全新的舞臺.