科技創(chuàng)新活動中初中生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)塑造的策略

馬曉琴

摘 要：科技創(chuàng)新活動是提升初中生創(chuàng)新力、豐富教學(xué)形式、增強學(xué)生參與感的有效途徑，數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)該滲透在包括科技創(chuàng)新活動在內(nèi)的各種教學(xué)形式中。從科技創(chuàng)新活動的設(shè)計、實施以及歸納總結(jié)三個階段分析培養(yǎng)初中生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)的方法和思想。

關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新活動;初中數(shù)學(xué);建模素養(yǎng);發(fā)展策略

數(shù)學(xué)建模能力是初中數(shù)學(xué)的核心素養(yǎng)之一，自然也就成為數(shù)學(xué)教學(xué)的重點。數(shù)學(xué)建模的思想和方法實際上與各種科技創(chuàng)新活動具有非常密切的聯(lián)系，后者往往要通過數(shù)學(xué)建模的方式來尋求解決問題的思路。因此，數(shù)學(xué)教師在培養(yǎng)學(xué)生建模能力的過程中要積極利用科技創(chuàng)新活動這種方式，將二者有效地結(jié)合起來，為學(xué)生創(chuàng)造一種豐富多彩的學(xué)習(xí)體驗。

一、借助設(shè)計科技創(chuàng)新活動的過程來塑造數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)

初中階段的科技創(chuàng)新活動大多是結(jié)合數(shù)學(xué)、物理、邏輯推理等在內(nèi)的益智性活動，教師在組織科技創(chuàng)新活動時要突出主題，并為學(xué)生創(chuàng)造自主發(fā)揮、自主設(shè)計的空間。這樣做具有兩個非常顯著的作用。其一，引導(dǎo)學(xué)生參與科技活動設(shè)計的過程中激發(fā)其主動性和參與感，使學(xué)生獲得更多的學(xué)習(xí)樂趣。其二，科技活動的設(shè)計過程要求學(xué)生充分研究某些問題的本質(zhì)、形成深刻的認(rèn)知、掌握其中的規(guī)律[1]。因此，在參與設(shè)計科技活動的過程中可培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力。例如，國內(nèi)某初中學(xué)生根據(jù)日常學(xué)校大掃除中的場景設(shè)計了一款打掃機器人，其主要解決的問題是門窗縫隙等不易打掃的位置，那么學(xué)生在設(shè)計這款機器人的過程中就要考慮到機器人高度與門窗縫隙高度之間的關(guān)系，確認(rèn)機械臂的活動范圍和活動角度，并且要對機器人的控制方法建立一個系統(tǒng)性模型，在研究這些問題的過程中就會用到數(shù)學(xué)建模的思想，因為機器人打掃衛(wèi)生的事件并沒有統(tǒng)一的要求，機器人的功能、尺寸以及活動能力等都是人為定義的事件，如果學(xué)生在設(shè)計之前沒有建模的思想，不能明確所有事情的邊界，那么將無法完成機器人的設(shè)計工作。由此可見，在設(shè)計科技創(chuàng)新成果的過程中能夠有效地塑造學(xué)生的數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)。

二、借助實施科技創(chuàng)新活動的過程來塑造數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)

數(shù)學(xué)建模是一個根據(jù)實際情況不斷優(yōu)化和重建的過程，直至數(shù)學(xué)模型反映出某一問題的本質(zhì)為止。初中生在自主開展科技創(chuàng)新活動的過程中可能也會出現(xiàn)錯誤，甚至要全盤推倒之前的假設(shè)和模型。學(xué)生在建立這些科技活動的模型時也要用到大量的數(shù)學(xué)知識，并且在反復(fù)的推導(dǎo)和重建中形成最佳的數(shù)學(xué)模型，實際上這一點非常符合數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的規(guī)律。教師在引導(dǎo)學(xué)生的過程中要將這種建模的思想滲透進(jìn)科技創(chuàng)新活動，讓學(xué)生理解事物發(fā)生、發(fā)展的一般規(guī)律，也學(xué)會理解數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)研究以及數(shù)學(xué)建模的一般思路和方法。例如，教師可將中國古代的剪紙藝術(shù)手法作為訓(xùn)練學(xué)生空間想象力和幾何建模能力的素材，將一張白紙通過陽剪法或者陰剪法，形成一個相對復(fù)雜的圖案，讓學(xué)生試著想象該模型的平面展開圖，然后從眾多干擾項中選出正確的答案，在實施這一活動的過程中顯著鍛煉學(xué)生的幾何建模能力。

三、借助歸納總結(jié)科技創(chuàng)新活動的過程來塑造數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)

數(shù)學(xué)建模活動的本質(zhì)是從具體的數(shù)學(xué)現(xiàn)象或問題出發(fā)，尋找其內(nèi)在規(guī)律，確定問題的邊界條件，然后用規(guī)范的數(shù)學(xué)語言和表達(dá)式等描述這一事件的內(nèi)在數(shù)學(xué)規(guī)律。因此，在開展初中科技創(chuàng)新活動的過程中不能僅僅停留在物理層面、化學(xué)層面或者生物層面的功能實現(xiàn)，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生透過問題的現(xiàn)象，了解其中的本質(zhì)過程與含義。數(shù)學(xué)建模的方法是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摮尸F(xiàn)方式，是從本質(zhì)上描述科技活動內(nèi)在規(guī)律的展現(xiàn)途徑。因此，教師在引導(dǎo)學(xué)生開展科技創(chuàng)新活動時還要積極地歸納和總結(jié)其原理，并且要求學(xué)生從數(shù)學(xué)建模的角度去思考這些原理，并嘗試建立和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。例如，教師可引導(dǎo)學(xué)生開展軟件編程方面的科技探索活動，讓學(xué)生嘗試去編輯一個循環(huán)，實際上軟件編程是最需要做好數(shù)學(xué)建模的，軟件的質(zhì)量與數(shù)學(xué)模型的優(yōu)劣性具有直接的關(guān)系。學(xué)生在總結(jié)和歸納這些軟件模型的過程中必然會大量應(yīng)用數(shù)學(xué)建模的思想和方法，并且對數(shù)學(xué)建模活動產(chǎn)生深刻的認(rèn)知[2]。

四、結(jié)語

培養(yǎng)初中生的數(shù)學(xué)建模能力是數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的要求，而初中階段開展的各類科技創(chuàng)新活動通常都蘊含豐富的數(shù)學(xué)知識，對建模思想和能力培養(yǎng)具有非常顯著的作用。教師應(yīng)該積極利用科技創(chuàng)新活動來促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)的形成，將數(shù)學(xué)建模思想融入活動設(shè)計、實施和總結(jié)等環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]余啟宏.初中生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)策略[J].中學(xué)數(shù)學(xué)（初中版），2020（4）：2.

[2]李靜.初中數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)的培養(yǎng)策略[J].華夏教師，2019（17）：2.