高中数学“数学建模”单元教学设计与实施探究*

宫兴荣

【摘  要】 数学建模是高中数学的一个重要单元，它涉及数学理论知识、实际问题、计算机技术等多个领域，是培养学生数学应用能力和创新能力的重要手段。因此，在高中数学教学中，应该重视数学建模的教学设计与实施，让学生通过实践来提高自己的数学应用能力和创新能力，以此提升课堂的教学质量，确保学生对知识的掌握更为深刻，将知识内化于心外化于行。

【关键词】 高中数学;数学建模;单元教学

通过观察建模数学在现如今高中数学教学中的运用，促进数学与建模单元教学的融合，能够方便学生将零散的知识汇总，进而激发学生的内在学习驱动力，提升学生的创新能力与学习能力。因此，高中数学“数学建模”单元教学需要注重学生的实际应用能力、创新能力和合作精神的培养，以及对学生的数学素养和思维能力的培养。具体的教学内容和方式可以根据实际情况进行调整和优化。

一、数学建模的概念

数学建模是一种将实际问题转化为数学问题的过程，它涉及将现实世界中的问题抽象化、模型化，并用数学语言来描述和表达。在这个过程中，需要运用各种数学知识和技能，包括但不限于微积分、线性代数、概率统计等。

建立数学模型是数学建模的核心，它需要将实际问题中的各种因素和关系进行抽象和概括，形成一种数学结构。这个数学结构可以用来描述实际问题中的规律和特征，并可以用数学方法进行求解和验证。数学建模在现实生活中的应用非常广泛，它不仅是数学在现实生活中的应用，更是数学与其他学科之间的桥梁。在科学研究、工程设计、经济分析、社会调查等领域中，数学建模都发挥着重要的作用。通过数学建模，可以将复杂的问题转化为数学问题，用数学方法进行求解和验证，从而得到问题的解决方案。总体而言，数学建模是一种非常重要的技能，它需要运用各种数学知识、技能和方法，将实际问题转化为数学问题，并用数学方法进行求解和验证。通过数学建模，可以更好地理解现实世界，解决实际问题，推动科学进步和社会发展。

二、高中数学“数学建模”单元教学意义

（一）提高学生的数学应用能力

数学建模的学习对学生的学术成长具有深远意义。通过数学建模的学习，学生可以更深入地理解数学知识的本质，并且能够将数学知识应用到实际问题中。首先，数学建模的学习可以帮助学生更好地理解数学概念和公式。通过建立实际问题与数学模型的关联，学生可以更直观地理解数学知识的应用场景，从而更好地掌握相关概念和公式。其次，数学建模的学习可以提高学生的解决问题的能力。通过建立数学模型来解决实际问题，学生需要运用所学的数学知识，分析问题、建立模型、求解模型、验证模型等步骤。这个过程可以锻炼学生的逻辑思维和问题解决能力，使学生更好地应对实际生活中的各种问题。最后，数学建模的学习还可以帮助学生提高创新意识和创新能力。通过建立新的数学模型来解决实际问题，学生可以发挥自己的想象力和创造力，提出新的解决方案，从而更好地推动数学知识的创新和应用。

（二）增强学生的创新思维

数学建模中，通过学生运用创新思维，尝试用不同的方法解决同一个问题，确实有助于培养学生的创新意识和能力。首先，这种方法可以激发学生的发散性思维。当面对一个问题时，学生不再局限于传统的解决方式，而是尝试从多个角度去思考，寻找不同的解决方案。这种思维方式可以帮助他们跳出固有的思维框架，发现新的可能性。其次，这种方法可以培养学生的批判性思维。在尝试用不同方法解决同一个问题时，学生需要对各种解决方案进行评估和比较。他们需要思考哪种方法更有效，更具可行性。这种思考过程有助于培养学生的批判性思维，让他们在未来的学习和工作中更加自信和果断。最后，这种方法还可以培养学生的问题解决能力。当学生尝试用不同的方法解决同一个问题时，他们需要灵活运用所学知识，并根据实际情况进行调整和优化。这种解决问题的过程可以锻炼学生的实践能力，提高他们的问题解决能力。

（三）培养学生的团队合作能力

与其他同学一起进行数学建模合作是一个非常有价值的经历，它不仅可以培养学生的团队合作能力和沟通能力，还可以帮助学生掌握解决问题的方法和技巧。一方面，团队合作是数学建模过程中非常重要的一环。学生需要相互协作，共同探讨问题，分享各自的想法和见解，从而形成更全面、更深入的解决方案。这种合作可以帮助学生更好地理解团队合作的重要性，并学会如何在团队中发挥自己的优势。另一方面，数学建模是一个需要不断沟通和交流的过程。学生需要相互倾听、理解和尊重彼此的观点，以便更好地解决问题。这种沟通和交流可以帮助学生提高他们的表达能力和理解能力，从而更好地适应未来的工作和学术环境。

三、高中数学“数学建模”单元教学对策研究

（一）增强数学建模意识的培养

数学建模在现实生活中具有广泛应用，尤其在教育领域，培养学生的建模意识和数学思维能力至关重要。首先，教师应该引导学生认识到数学建模的重要性，使学生意识到数学不仅是数字和公式，更是解决实际问题的工具和方法论。因此，在教学过程中，教师应将数学建模的思想和方法融入课程中，让学生能够在实际问题中运用数学知识来解决。

其次，教师应该注重培养学生的数学思维能力，包括抽象思维、逻辑推理、空间想象等。這些能力对学生解决实际问题非常重要。在教学过程中，教师可以引导学生通过观察、分析、归纳、证明等方法来解决问题，让学生能够更好地理解数学概念和原理，从而更好地应用数学知识来解决实际问题。

以人教版必修二第一章《空间几何体》一课为例，教师可以引导学生通过观察和测量几何体的形状、大小、位置等方面，从而探索出几何体的性质和规律。教师也可以让学生自己动手制作一些简单的几何体，让学生在实际操作中掌握几何体的结构特征和空间位置关系，从而更好地应用数学知识来解决实际问题。

最后，教师还应该注重培养学生用数学方法解决实际问题的能力。教师可以让学生从实际问题中提取出数学问题，并通过数学建模的方法来解决。例如，教师可以让学生分析城市交通拥堵问题，通过建立数学模型来分析交通流量、车速、道路长度等因素对交通拥堵的影响，从而提出合理的解决方案。数学建模在教育领域中具有非常重要的意义，它可以培养学生的建模意识和数学思维能力，让学生学会用数学方法解决实际问题。教师在教学过程中应该注重将数学建模的思想和方法融入课程中，让学生能够在实际问题中运用数学知识来解决。

（二）引入案例教学

数学建模是一种解决实际问题的有效方法，它可以帮助人们更好地理解现实世界中的各种现象，并给出合理的解决方案。在教学人教版必修三第二章《统计》一课期间，有助于学生更加直观地认识数学建模在实际问题中的应用，同时也有助于他们更好地掌握数学建模的方法与技巧。身为一名数学教师，学生小明想要了解一个城市的交通情况，期望通过构建一个数学模型，预测交通流量的大小，并据此制订最优的出行计划。为了完成这个任务，可以采用统计学和数学规划等方法。

首先，需收集该城市的相关交通数据，如道路流量、车辆类型、交通拥堵时段等。其次，使用统计学的方法对这些数据进行处理和分析，以了解交通流量的变化规律。例如使用回归分析、时间序列分析等方法来预测未来的交通流量。最后，使用数学规划的方法来制订最优的出行计划。在这个问题中，将出行计划看作是一个优化问题，要求出行成本最小或时间最短。可以使用线性规划、整数规划等方法来解决这个问题。

通过建立合适的数学模型，帮助小明制订出合理的出行计划，以避免交通拥堵和提高出行效率。这个案例将让学生认识到数学建模在解决实际问题中的应用，以及如何运用统计学和数学规划等方法解决问题。同时，学生还可以了解到数学建模需要结合实际数据和问题背景，需要不断尝试和调整模型参数，以达到最优的效果。在实际教学中，教师可以引导学生逐步完成这个案例，并讨论各种方法和参数选择的原因和效果。这样不仅可以帮助学生更好地理解数学建模的方法和技巧，还可以培养学生的创新能力和解决问题的能力。

（三）加强数学知识与现实生活的联系

数学教学与现实生活之间存在紧密的联系。在教学过程中，紧密地将数学知识与现实生活相结合，使学生认识到数学在日常生活中的重要性，显得尤为重要。以人教版必修三第三章《概率》为例，在实践教学中可以引入现实生活中的案例，让学生从案例中了解概率的概念和意义。如引导学生思考：若购买彩票，中奖的概率是多少;在超市购物时，若购物车中有若干硬币，获得免费小礼品的概率又是多少;通过这些生活实例，有助于学生更好地理解概率的概念及意义。

随后，可引导学生运用数学知识解决现实生活中的问题。例如，在超市购物时常有促销活动，如满减、打折等，可引导学生运用概率知识计算各类促销活动的优惠幅度及实际收益。如此一来，学生能够切实感受到数学在解决实际问题中的作用和价值。此外，还可设计一些有趣的数学游戏或实践活动，让学生在轻松愉快的氛围中体验数学知识的应用与乐趣。如“猜硬币”游戏，让学生通过掷硬币预测正面朝上的概率，并与同学展开竞争。

总之，加强数学知识与现实生活的联系是提高数学教学质量和效果的重要途径之一。通过引入现实生活中的案例、设计有趣的数学游戏和实践活动、采用多种教学方式和手段等措施，可以让学生更好地理解数学概念和原理，培养学生的数学思维和应用能力，提高学生的综合素质和竞争力。

（四）引导学生自主学习

在教学过程中，注重引导学生自主学习至关重要，因为这样可以让学生通过自己的思考和实践来加深对数学建模的理解和掌握。在教授高中数学必修五第二章《数列》时，教师可以采用多种教学方法来引导学生自主学习。可以设计一些有趣的问题，让学生通过思考和讨论来探索数列的基本概念和性质。例如，可以提出一些与数列相关的实际问题，让学生尝试用数列知识来解决。这样可以激发学生的学习兴趣，并让学生在解决问题的过程中加深对数列的理解。引导学生进行实践活动，让学生通过动手操作来加深对数列知识的掌握。例如，可以组织学生分组进行数列的计算和推理比赛，让学生在比赛中加深对数列知识的运用和理解。此外，教师还可以引导学生进行数学建模，让学生尝试将数列知识应用到实际问题中，从而培养学生的建模能力和解决实际问题的能力。

总之，重视引导学生自主学习，让学生通过自己的思考和实践来加深对数学建模的理解和掌握，可以有效地提高学生的学习效果和综合素质。这也要求教师具备较高的教学水平和专业素养，不断探索和创新教学方法。

三、结语

总而言之，实施高中数学建模单元教学，有助于增强学生对知识的理解与掌握，使学生在深入的学习和探索过程中，体验到数学的独特魅力。此外，为保证学生更好的接受教育，教师也同样需要不断学习，注重自身综合素质的提升，由此方可确保学生能力有所进步与提升。

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