科技創新活動中初中生數學建模素養塑造的策略

馬曉琴

摘 要：科技創新活動是提升初中生創新力、豐富教學形式、增強學生參與感的有效途徑，數學建模思想應該滲透在包括科技創新活動在內的各種教學形式中。從科技創新活動的設計、實施以及歸納總結三個階段分析培養初中生數學建模素養的方法和思想。

關鍵詞：科技創新活動;初中數學;建模素養;發展策略

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

一、借助設計科技創新活動的過程來塑造數學建模素養

初中階段的科技創新活動大多是結合數學、物理、邏輯推理等在內的益智性活動，教師在組織科技創新活動時要突出主題，并為學生創造自主發揮、自主設計的空間。這樣做具有兩個非常顯著的作用。其一，引導學生參與科技活動設計的過程中激發其主動性和參與感，使學生獲得更多的學習樂趣。其二，科技活動的設計過程要求學生充分研究某些問題的本質、形成深刻的認知、掌握其中的規律[1]。因此，在參與設計科技活動的過程中可培養學生的數學建模能力。例如，國內某初中學生根據日常學校大掃除中的場景設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，那么學生在設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系，確認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性模型，在研究這些問題的過程中就會用到數學建模的思想，因為機器人打掃衛生的事件并沒有統一的要求，機器人的功能、尺寸以及活動能力等都是人為定義的事件，如果學生在設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計工作。由此可見，在設計科技創新成果的過程中能夠有效地塑造學生的數學建模素養。

二、借助實施科技創新活動的過程來塑造數學建模素養

數學建模是一個根據實際情況不斷優化和重建的過程，直至數學模型反映出某一問題的本質為止。初中生在自主開展科技創新活動的過程中可能也會出現錯誤，甚至要全盤推倒之前的假設和模型。學生在建立這些科技活動的模型時也要用到大量的數學知識，并且在反復的推導和重建中形成最佳的數學模型，實際上這一點非常符合數學建模學習的規律。教師在引導學生的過程中要將這種建模的思想滲透進科技創新活動，讓學生理解事物發生、發展的一般規律，也學會理解數學學習、數學研究以及數學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手法作為訓練學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，形成一個相對復雜的圖案，讓學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生的幾何建模能力。

三、借助歸納總結科技創新活動的過程來塑造數學建模素養

數學建模活動的本質是從具體的數學現象或問題出發，尋找其內在規律，確定問題的邊界條件，然后用規范的數學語言和表達式等描述這一事件的內在數學規律。因此，在開展初中科技創新活動的過程中不能僅僅停留在物理層面、化學層面或者生物層面的功能實現，還應該引導學生透過問題的現象，了解其中的本質過程與含義。數學建模的方法是一種嚴謹的理論呈現方式，是從本質上描述科技活動內在規律的展現途徑。因此，教師在引導學生開展科技創新活動時還要積極地歸納和總結其原理，并且要求學生從數學建模的角度去思考這些原理，并嘗試建立和優化數學模型。例如，教師可引導學生開展軟件編程方面的科技探索活動，讓學生嘗試去編輯一個循環，實際上軟件編程是最需要做好數學建模的，軟件的質量與數學模型的優劣性具有直接的關系。學生在總結和歸納這些軟件模型的過程中必然會大量應用數學建模的思想和方法，并且對數學建模活動產生深刻的認知[2]。

四、結語

培養初中生的數學建模能力是數學核心素養的要求，而初中階段開展的各類科技創新活動通常都蘊含豐富的數學知識，對建模思想和能力培養具有非常顯著的作用。教師應該積極利用科技創新活動來促進學生數學建模素養的形成，將數學建模思想融入活動設計、實施和總結等環節。

參考文獻：

[1]余啟宏.初中生數學建模素養發展的教學策略[J].中學數學（初中版），2020（4）：2.

[2]李靜.初中數學教學中學生數學建模素養的培養策略[J].華夏教師，2019（17）：2.