“數(shù)學建模”在高中數(shù)學解題的應用
時間:2022-04-03 04:24:14
導語:“數(shù)學建模”在高中數(shù)學解題的應用一文來源于網(wǎng)友上傳,不代表本站觀點,若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師,歡迎參考。
高中數(shù)學具有極強的針對性,除了要對數(shù)學定理和公式進行理解掌握,還要對學生的數(shù)學思維進行培養(yǎng),以形成嚴密的思維模式,以便學生在今后的學習過程中能獨立地解決數(shù)學問題.隨著新課改的推進,在設置高中數(shù)學教學時,越發(fā)重視學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力.而要滿足這樣的培養(yǎng)目標,就需要轉變學生的數(shù)學學習觀念.教師為了實現(xiàn)這樣的目標,也在不斷地探索新的教學模式———“數(shù)學建模”.利用這種教學模式對學生的數(shù)學思維進行訓練,可以刺激他們自主探索解題方法,引導他們將知識與生活進行聯(lián)系,從而不斷發(fā)展他們的創(chuàng)新思維能力.[1]
一、“數(shù)學建模”在解題中的重要性
對于“數(shù)學建模”學生雖有所了解,但缺乏更深層次的理解.而事實上,數(shù)學建模對高中數(shù)學的學習來說有著不可忽視的重要意義.1.借助建模思維準確審題.高中和初中相比,在數(shù)學學習上更需要借用建模思維來求解實際問題,這也凸顯出從初中到高中的跨越,這種跨越在數(shù)學上所表現(xiàn)出的是在廣度和深度上的質(zhì)的飛躍.在高中階段,很多數(shù)學問題都含有諸多的已知條件、干擾條件和隱藏條件,這就需要學生通過分析進行辨別,從而完成解答.例如,已知f(x)是一個偶函數(shù),其定義域為[-1,1],現(xiàn)有一函數(shù)g(x),其圖像與f(x)的圖像關于x=1對稱,且當x∈[2,3]時,g(x)的表達式為g(x)=2a(x-2)-4(x-2)3(a為實數(shù)),請寫出f(x)的函數(shù)表達式.分析題意可知,這道題包含了多個數(shù)學模型,要想求解這道題,首先要抓住各模型之間的聯(lián)系,而已知條件中的偶函數(shù)可以作為問題的切入點.首先觀察g(x)的表達式,在坐標系中繪制出函數(shù)在x∈[2,3]時的大致圖像,然后根據(jù)g(x)的式子假設兩個公式,通過消元的方式對f(x)的表達式進行求解.2.借助建模思維化繁為簡.對于一些復雜的題目,可通過建模進行簡化.高中數(shù)學難度相比于初中數(shù)學具有較大幅度的提升,因此也呈現(xiàn)出難度系數(shù)大、準確度低、耗費時間長的特點.通過建模,能將繁雜的題目內(nèi)容轉化為簡單的參數(shù)變量關系,更方便學生進行運用.[2]例如,證明cos2x+cos2(x+y)-2cosxcosycos(x+y)=sin2y這個等式.分析題目可知,這個等式包含了多種三角函數(shù),而且還有平方關系.對于這類題目,一般的思路是利用轉換公式對二次項進行降冪,這也是進行后續(xù)運算的關鍵.所以在求解時,可利用轉化公式,用1+cos2x2代替cos2x等,這就從降冪的角度對問題進行了轉化,也凸顯出了數(shù)學模型的建立對求解問題的幫助.3.借助建模思維快速求解由于數(shù)學問題的復雜性,很多高中生絞盡腦汁地運算,卻得到錯誤的結果,可見其在方法的選擇上出現(xiàn)了問題.而利用數(shù)學建模,不僅能找到各對象之間的關聯(lián),還能對答案進行檢驗,在求解出結果后進行快速驗算來判斷結果的正確性,這也凸顯了數(shù)學建模的優(yōu)勢和意義.例如,在對函數(shù)y=sinx-1cosx+2進行最值求解時,可以用sin(90°+x)替換cosx,然后代入函數(shù)進行建模,對其函數(shù)值的區(qū)間進行大致估算,最終進行精確求解.這種利用數(shù)學建模的方式,降低了求解的復雜性,而且保證了運算的準確率.
二、培養(yǎng)高中生數(shù)學建模意識的方法
不管用哪種方法教學,始終離不開教材這一參考依據(jù),并且很多數(shù)學模型也都來源于此.因此教師要做的就是巧妙利用課本資源進行建模思維的教學.為此在實際教學過程中應該貫穿建模思想,通過引導學生關注知識和模型的聯(lián)系來對他們的發(fā)散思維進行訓練.1.在新授課中融入實際問題.例如,對于數(shù)列的學習,可以利用彩票和貸款這類生活中的事物,幫助學生建立知識與生活的聯(lián)系,從而領會數(shù)列在實際問題中的模型應用.又如,對于立體幾何知識的學習,可通過將立體圖形模型化來進行教學,讓學生理解正方體實際上是特殊的長方體.有了這層認識,學生自會明白與正方體相關的問題,首先需要滿足長方體的基本條件.這樣一來,就可以讓學生明白解題模型對問題求解的重要意義.[3]2.在數(shù)學解題中融入模型思想.將模型思想融入到問題求解中,有利于學生通過實踐對其內(nèi)涵進行感悟,從而培養(yǎng)學生建模求解的良好習慣.除了新課教學時的建模思想的貫穿,還可以借助復習來進行建模能力的訓練.在學完一個專題的內(nèi)容后,可專門設置復習課,圍繞相關的關鍵問題進行交流討論,并讓學生對這部分內(nèi)容所用到的數(shù)學模型進行總結.例如,可結合實際問題的求解過程幫助學生總結并提煉出“圖像解題”的方法,然后由此引申出去,對能用這類方法進行求解的問題進行歸納.如對二元不等式相關問題的求解,就可以結合函數(shù)圖像來幫助理解,進而在此基礎上進行求解.而對于幾何問題來說,不管是平面幾何還是立體幾何,由于其本身就是圖形,所以自然是一個會大量使用圖像解題的類型.不僅如此,由于函數(shù)也有各自對應的圖像,因此在求解函數(shù)問題時,也少不了要運用圖像思維來求解,所以就需要學生重點掌握函數(shù)的基本圖像性質(zhì).
三、數(shù)學建模在數(shù)學解題中的應用策略
建模方法除了對高中數(shù)學學習有幫助,還能應用于實際問題的求解中,方便他們提高解答速度和準確性,進而在考試中提高做題效率,實現(xiàn)成績的穩(wěn)步增長.1.借助數(shù)學建模進行參數(shù)轉換.運用建模思想解題時,常用的一種方法是轉換參數(shù).以函數(shù)知識為例,其公式和圖像可以相互轉化,可見數(shù)學知識具有相通性.為此,在解決復雜的函數(shù)問題時,可將其進行轉化,然后以圖形的思路進行求解,將自變量和因變量對應關系展現(xiàn)在圖形中.而對于幾何問題的求解,亦可借助直角坐標系對其長度、角度等進行量化,以便完成求解.2.借助數(shù)學建模進行參數(shù)定義.求解概率和數(shù)列方面的問題時,一般會用整體減部分來代替部分的思路進行建模,這就是數(shù)學中的整體思想,通過轉化概念實現(xiàn)簡化題目,從而在思維的轉換中進行求解.[4]對此也可由實例進行說明:同學們在玩拋硬幣的游戲,而在概率學中我們已知,得到正反面的概率均為50%,請問如果拋十次硬幣的話,十次的結果中至少有一次為正面的概念有多大?分析題目后可知,可將問題進行轉化———在拋十次的結果中,先計算十次均拋出反面的概率,然后用1減去它就能得到結果.因此,先求出二分之一的十次方,再用1去減它,就計算出了至少有一次為正面的概率.3.借助數(shù)學建模找出隱藏條件.單從題目來分析,高中與初中的不同之處在于高中數(shù)學題目中有很多的隱藏條件,而對隱藏條件的處理,可能會直接提出用x,m等未知數(shù)來表示,也可以不指明.而往往在遇到有隱藏條件的問題時,學生會無從下手.利用建模思想,有助于正確使用公式,在抓住不同對象的聯(lián)系的基礎上,實現(xiàn)對隱藏條件的求解,進而提升求解速度.不管隱藏條件是怎樣的,始終都不會改變數(shù)學公式的真理.因此只要模型正確,就能保證選用的公式和定理是正確的,進而找到正確的隱藏條件.例如,有這樣一個題目:奇函數(shù)f(x)的定義域為[-2,2],已知g(x)的函數(shù)圖像過點(6,5),且和f(x)關于x=1對稱,則g(x)的值域為多少?從題目中的奇函數(shù)可知,f(0)=0,找出了這一隱藏條件,再求得g(x)的對稱點,就有了求g(x)的兩個條件,從而實現(xiàn)對問題的求解.
總之,對于高中數(shù)學知識的學習和數(shù)學問題的求解,建模方法的作用效果是非常明顯的.通過在教學、求解等環(huán)節(jié)融入數(shù)學建模思想,不僅有助于學生更快地完成求解,而且能有效提高解題的正確率,而這類應用在高中階段的數(shù)學學習中是非常廣泛的.由此也可得出,只要正確地將建模方法用到教學實踐中,就可讓學生在不斷的思維訓練和能力發(fā)展的基礎上取得良好的數(shù)學成績.
參考文獻:
[1]余建國.應用課應體現(xiàn)完整的數(shù)學建模過程[J].中國數(shù)學教育,2013(18).
[2]張愛平.在建模的過程中獲得數(shù)學活動經(jīng)驗———對“建立模型解決問題”一課的設計與思考[J].中國數(shù)學教育,2011(23).
[3]鄭大鵬.數(shù)學建模在高中數(shù)學課堂的教學策略研究[J].數(shù)學教學通訊,2017(12).
[4]肖慧.高中數(shù)學教學中數(shù)學建模的滲透[J].數(shù)學教學通訊,2018(27).F
作者:林玉花 單位:福建省廈門市大同中學
- 上一篇:初中數(shù)學游戲作用及實施
- 下一篇:小學數(shù)學教育獨立思考能力分析