试论数学建模方法

试论数学建模方法

戈祯祥

兴化市茅山高级中学戈祯祥

目前数学教学与数学应用脱节的现象很突出，以至于学生认为学习数学没用，对数学学习失去兴趣，如何改变目前这种教学与应用脱节的现象，笔者认为，可以用数学模型法指导数学应用题教学，为学生用数学来解决问题提供经验和范式，从而探索出一条行之有效的教学途径。

一、什么是数学模型

要突出应用，就应站在数学模型法的高度来认识并实施应用题教学。什么是数学模型法？数学模型法就是把实际问题加以抽象概括，建立相应的数学模型，利用这些模型来研究实际问题的一般数学方法。教师在应用题教学中要渗透这种方法和思想，要注重并强调如何从实际问题中发现并抽象出数学问题，如何用数学模型(包括数学概念、公式、方程、不等式函数等)来表达实际问题，如何用数学模型的解来解释实际问题的解。以及为科学决策提供可信的依据并预测其发展趋势。

二、建模示范方法例谈

在教学中我根据教学内容，选编一些应用问题进行例题教学，引导学生分析联想、抽象建模，培养学生的建模能力，提供经验和范式。选编数学应用性例题的一般原则是：①必须与教学内容密切联系；②必须与学生的知识水平相适应；③必须符合科学性和趣味性；④取材应尽量涉及目前社会的热点问题，有时代气息，有教育价值。

1．与其他相关学科有关的问题

题1：化学中甲烷CH4的键角109°28′是怎样求出来的？

题2：在大楼底层有一控制室，有三条导线和楼上某电器相连，设三连导线的电阻分别为x、y、z，现手头有一只电表可在控制室内测量电阻，试没计一种数学方法求这三根导线的电阻。

2.发生在学生身边的数学问题

题3：学校教学大楼，从一楼到二楼共13个台阶。一位同学上楼梯可以一步上一个台阶，也可以一步上两个台阶。问从一楼走到二楼，有多少种不同走法？一年365天，每天选用一种走法，能否做到天天的走法均不相同？

题4：学校足球场地是一个102×68平方米的矩形，球门宽为8米，由边线下底传中是惯用的战术，请你帮助足球队员确定离底线多少距离的地方起脚传中效果最佳？

3．从教材的例题和习题中改造而成的问题

课本中有一习题，稍加修改就可以形成以下应用问题。

（1）一辆货车要通过跨度为8米，拱高为4米的单行抛物线形遂道（从正中通过），为保证安全，车顶离遂首顶部至少要有0.5米的距离，若货车宽为2米，则货车的限高应为多少？（精确到0．01米）

（2）一条遂道顶部是抛物拱形，在（1）中将单行道改为双行道，即货车必须遂道中线的右侧通过，求货车的限高应是多少？

（3）一辆货车高3米，宽2米，欲通过高为4米的单行抛物线形遂道，为安全起见，车离遂道顶部至少要有0．5米的距离，试求拱口宽。

（4）将上题中单行道改为双行道，再回答上面的问题。

4．一些典型的高考应用问题及应用知识竞赛问题

题5：国际乒联为增加乒乓比赛的观赏性，希望降低球的飞行速度。现制比赛用球的直径是38毫米。1996年国际乒联接受了一项关于对直径40毫米乒乓球进行实验的提案，提案要求球的质量不变。为了简化讨论，设空气对球的阻力与球的直径平方成正比，并且球沿水平方面作直线运动。试估算一下若采用40毫米乒乓球，球从球台这端飞往另一端所需时间能增加百分之多少？据中国乒协调研组提供的资料，扣杀38毫米乒乓球时，击球速度约为26．35米／秒，球的平均飞行速度约为17．8米／秒。

三、倡导数学建模活动的要求

首先，在教学中，结合教材精心选择一些简单的实例，安排与教材内容有关的典型案例，让学生初步掌握建模的几种常用方法。提高学生运用数学知识解决实际问题的兴趣，体会到数学的价值，享受到数学学习的乐趣，增强学好数学建模的信心。激发学生进一步学好数学的热情，开拓学生视野，接触更多的社会知识和科学知识，培养学生将实际问题转化为数学问题的能力。

其次，开展研究性学习，搞好选修课和活动课的试点。选修课开设着眼于拓宽知识面，培养能力，提高素质，也可深化必修课所学知识，增强实际应用的能力。研究性课题的教学若能成功，则不仅有利于培养学生对数学的情感，增强他们对数学学习的自信心和克服困难的意志力，培养他们的自主意识和合作精神，而且还能加深学生对所学知识的理解。

最后，增加数学实习作业，建立数学实验室。数学应用教学不单是教学生在纸上解答现成的实际问题，更要让学生到实际环境中去感受问题的存在性，实地考察它，提出问题，收集数据，进行实习作业。数学实验和实习作业都是通过学生的操作，可培养学生的动手能力，建模能力和应用意识，使学生进入主动探索状态，变被动的接受学习为主动的建构过程。数学实验和实习作业是一种活动化教学，它满足不同学生的需求，使不同学生在各自的能力基础上部得到较充分的发展，既面向了全体学生，也激励了学生的求知欲与好奇心，提高学习兴趣。使学生形成“实践——理论——实践”的认识论和方法论。逐步培养学生发现问题，提出问题和明确探究方向的能力，让学生体验数学活动的过程，培养学生的创新精神和应用能力。