数学建模思想融入机器人校本教学初探

2018-08-23张永安

中国校外教育(中旬) 2018年7期

张永安

【摘要】作为数学教师参与了机器人校本课程研究，体会到了这门学科的综合性，其中很多环节是解决实际问题。数学的建模思想正是建立数学模型解决实际问题的思维形式，数学的课程改革也趋向于数学的应用性，围绕着校本课程的研究，作者尝试着在课堂教学中渗透建模思想，发挥学生主体作用，提高学生解决实际问题的能力。

【关键词】数学建模思想机器人校本教研主体性

目前，很多学校开展了机器人教学，我校也不例外，机器人校本研究也正如火如荼地进行。学校购买了部分机器人器材，课程由信息、通用技术教师以及部分数学、物理教师联合指导，组织学生进行机器人组装、编程等活动，参加相关的机器人竞赛。

通过一阶段的实践，让我体会到简单机器人的设计与制作，需要学生很强的综合能力。比如，学生要具备计算机操作、编程、动手制作能力、数学的逻辑思维能力、数学的思想方法来进行设计、制作，最终用以解决实际问题。因此，机器人的教学研究是离不开数学教学以及数学思想方法的渗透，其中数学建模思想尤为重要。

随着机器人教学逐步普及化，很多知识都涉及解决实际问题，而数学课程改革也越来越趋向于注重数学的应用性，数学课程标准指出：“数学模型可以有效地描述自然现象和社会现象；数学为其他科学提供了语言、思想和方法，是一切重大技术发展的基础”。从以上叙述中我们可以了解到数学模型的重要性，数学建模是是培养学生应用数学意识和能力的有效途径。那么，作为数学教师，在日常数学课教学中，不断向学生渗透数学思想方法就显得很重要，下面谈谈笔者对建模思想的认识和教学中渗透建模思想的尝试。

一、正确认识渗透数学建模思想的意义，不断增强渗透建模思想的能力

数学建模主要是通过建立数学模型来解决现实问题的数学思维形式，其目的是挖掘实际问题的本质属性，将它们转化为数学语言。例如，研究在实际生活中的某些客观现象，以及某些事物的发展规律，或通过数据分析为生活中的某一现象提供优化策略。这些从实际问题中抽象、提炼出数学模型的过程，即为数学建模。

数学建模源于生活、用于生活，是数学与实际问题联系的纽带，《数学课程标准》要求把数学与其它模块内容有机结合。应用数学去解决各类实际问题时，数学建模是其中十分重要的一部分，同时也是十分困难的一步。高中阶段，教师教学中要重视全体学生的数学应用意识的培养，尤其是针对选修机器人校本课程的同学，更应该通过各种各样的形式来增强学生的应用意识，去提高他们数学思维与实际生活相结合，激发他们学好数学以应用于生活实际，进一步增强他们对机器人校本课的兴趣和热情。

数学教师必须要了解数学学科的历史发展和动态，还需要不断地学习一些新的数学建模理论，不断提高自身把数学知识应用于现实生活的能力。因此作为高中数学教师，在平时生活中必须做数学的有心人，要注意收集整理一些与数学问题相关的实际生活问题。让数学建模思想方法融入到课堂教学中去，则要求教师在教学内容和要求上去适应，对于传统填鸭式教育思想观念則需要更新。例如，在课堂教学中教师要通过渗透数学建模思想，让学生不再感觉数学证明和繁杂计算是枯燥无味的，让学生在解决实际问题过程中体验数学的魅力，让学生在实践建模思想过程中体会到数学应用的广泛性，让学生意识到目前的数学能力，在解决实际问题时尚有欠缺，知道自己的不足之后，进一步产生提升自己的迫切性，提高数学的应用意识。比如，在随机变量的概率分布和数学期望知识点教学时，我首先创设问题背景：设某条街道有三处相互独立红绿灯，且每处红绿灯显示时间相同，随机变量X表示一辆汽车在次街道行驶中未遇到红灯而连续通过的绿灯数，求X的概率分布及数学期望？该问题以大家都很熟悉的实际问题为背景，以学习的概率知识为立足点，通过对这一熟悉问题的求解引入，紧抓重点、突破难点。最后提出让学习机器人课程的同学思考设计根据实际情况自动控制的红绿灯电子控制程序。虽然该程序制作，学生未必能圆满完成，但是却对他们学好数学，研究机器人相关知识的积极性产生正面推进作用。

二、充分体现在数学建模活动学生的主体性，处理好数学建模的过程与结果的关系

新课程改革倡导教师为主导，学生为主体的教学模式，所以在课堂教学中体现学生的主体地位，让学生真正成为数学学习的主体，不断促进学生数学学习能力的发展，是目前数学课堂的重要内容，也是体现素质教育，提高学生创新思维能力关键。课堂中渗透高中数学建模思想的活动，可以培养学生的挖掘实际问题本质属性的能力和积极思考问题与解决问题的能力。在教学中，学生是建模思想的主体，学生在进行建模活动过程中独立思考实际问题，自主完成建模任务，也可在建模活动中与他人协作，这些课堂形式都属于学生为主体的教学活动。

在渗透数学建模思想教学中，学生对于需要解决的实际问题，往往首先会产生好奇心，对于不熟悉的问题会提出问题，然后对于实际问题有自己的思考，再进行动手操作已验证自己的想法，思维方式逐步开始从事物表面的不成熟认识走向全面熟知。学生会对于建模过程中的实际问题有自己独立的见解，对于别人的观点有自己的正误判断。在探究过程中既有学生自己的独立思考，也有向问题的引导者教师追问寻求结果的意识，最终也可能会对建模的结果产生怀疑和争论。课堂中遇到这样的情况，教师不必恐慌，更不要去阻止，课堂上应该让学生充分的在数学建模的实践体验中，运用学习过的数学知识，感受和体验数学知识的实际应用价值。在数学建模活动中，教师根据学生的自主学习状态，可作适当的引导启发，但必须要重视学生在参与数学建模过程中的主体性，千万不能因课堂教学时间不足而操之过急，更不能代替学生作答抛出结果。背离学生主体性的教学，长此以往那样造成的最终结果就是，似乎每节课堂教师提出的问题都解决了，实际上学生的探究学习能力并没提高、建模思想的渗透并未实现，学生独立思考和解决问题的能力并没形成，填鸭式的教学不会让学生产生学习数学的兴趣。

兴趣是学生学习的动力来源，如学习高中函数知识点后，学生既然爱玩爱动，爱打游戏，那么为什么不让他们学生参与机器人课程，去协助设计简单的运动游戏呢？我提出了以函数知识点为铺垫，某点横、纵坐标的变化，形成点的运动轨迹，通过坐标累加的形式可以产生连续运动，再把点改成人物形象，则形成了初步的游戏框架。学生在此基础上，就可以产生很多有趣实际生活的画面，他们可以利用所学过的数学建模思想将实际问题转化为数学模型，逐一细化，最后他们再利用计算机编程软件，来实现自己的构想。

数学课程标准强调，要拓宽学生的数学知识面，改善学生的学习方式，关注学生的学习情感和情绪体验，培养学生进行探究性学习的习惯和能力。数学建模活动是一种使学生在探究性活动中受到数学教育的学习方式，是运用已有的数学知识解决问题的教与学的双边活动，是学生围绕某个数学问题自主探究、学习的过程。新的高中数学课程标准要求把数学探究、数学建模的思想以不同的形式渗透在各模块和专题内容之中，突出强调建立科学探究的学习方式，让学生通过探究活动来学习数学知识和方法，增进对数学的理解，体验探究的乐趣。