基于核心素養(yǎng)視閾例談模型思想的建構策略

天津市濱海新區(qū)塘沽福州道小學 宋春霞 ■天津師范大學 張璐迪

核心素養(yǎng)理念指出當下教育應以學生的關鍵能力和必備品格為培養(yǎng)核心，有利于學生綜合素養(yǎng)的整體提升。知識是素養(yǎng)形成的載體，離開課堂教學的支撐，學生的核心素養(yǎng)難以形成。模型思想揭示了數(shù)學內在的本質結構，是數(shù)學最核心的部分?！读x務教育數(shù)學課程標準（2011年版）》指出：“模型思想的建立是學生體會和理解數(shù)學與外部世界聯(lián)系的基本途徑?！蹦Ｐ退枷胧沁B接數(shù)學與生活實際的有效橋梁，有助于提高學生的應用意識，對學生思維能力的培養(yǎng)至關重要，理應成為核心素養(yǎng)視野下教師教學關注的焦點。那么我們到底該如何構建模型思想呢？筆者以四年級上冊《烙餅問題》為例，談一談基于核心素養(yǎng)視閾模型思想的建構策略。

一、在具體情境中引入模型

新課程標準提出：讓學生經歷或體驗從日常生活中、從具體情境中抽象出數(shù)或數(shù)學符號的過程。教材選取了現(xiàn)實生活中烙餅問題為教學載體，將枯燥、單調的數(shù)學思考置于貼近生活實際的場景中，喚醒學生已有的生活經驗，激發(fā)他們主動探究的欲望?！皟?yōu)化策略”較抽象，對于第二學段起始年級的學生而言理解這類問題有一定難度。為排除困難，教材將“優(yōu)化策略”的學習任務與學生生活中常見的烙餅事件相融合。新課伊始，筆者將“媽媽正在烙餅”的主題圖作為切入點，學生觀察主題圖后搜集已知信息和所求問題，經歷了從生活原型到數(shù)學模型的過程。

有效理解問題情境是實現(xiàn)數(shù)學模型建構的首要環(huán)節(jié)。學生在了解烙餅規(guī)則的基礎上，要重點理解“每次最多只能烙2 張”和“兩面都要烙”的含義，并與小伙伴分享。隨后師生以“烙餅活動”為主題，以問題為驅動，從烙1 張餅開始，緊緊圍繞“怎樣烙餅最省時”展開探究，餅的數(shù)量由少到多。學生借助圖形直觀、操作驗證、觀察對比、思考擇優(yōu)等方法，逐漸發(fā)現(xiàn)烙不同張數(shù)大餅時“怎樣烙才最省時間”的實踐策略。

在生活中的具體情境中引入模型，學生思維會快速聚焦到具體的問題情境和烙餅規(guī)則上，易于從中抽象出數(shù)學問題。將“優(yōu)化策略”置于此問題情境中，能夠激發(fā)學生主動探究欲望和潛能，使其在已有的知識經驗和活動經驗基礎上，生發(fā)更深層次的數(shù)學思考，為后續(xù)感知“優(yōu)化策略”的數(shù)學模型、積累新的探究活動經驗提供素材。

二、在動手操作中感知模型

四年級學生的抽象邏輯思維仍然與感性經驗相聯(lián)系，建立“優(yōu)化問題”的數(shù)學模型必須要經歷烙餅問題中對數(shù)量關系和數(shù)學規(guī)律的抽象過程，并用簡潔、規(guī)范的數(shù)學語言概括描述出相應規(guī)律，該過程對第二學段起始年級的學生來說有一定難度。瑞士心理學家皮亞杰提出：“思維起源于動作。”所以動手操作是學生獲取新知的有效途徑。課堂教學中，筆者設計了以組為單位的實踐操作性活動，抽象的烙餅過程在動手操作中更為直觀化。在探究2張餅的烙法時，學生以“手”替代餅，根據(jù)烙餅規(guī)則演示烙的過程。在探究3張餅的烙法時，學生利用圓形學具（直觀模型）代替餅，根據(jù)烙餅規(guī)則探尋最省時的烙法。學生邊操作邊借助數(shù)學語言和肢體語言與同伴交流演示自己的想法。此環(huán)節(jié)分為3 個層次。層次一，猜想。學生在探究怎樣烙2張餅最省時間的實踐基礎上，根據(jù)自己已有的認知經驗和活動經驗大膽猜想“烙3 張餅最少需要多少分鐘”，并與同伴分享猜想的依據(jù)。層次二，動手實踐、驗證猜想。全班分組活動，先討論怎樣烙3張餅最省時，然后從教師提供的學具中自選餅和鍋，組內實踐操作，經歷該探究過程，有助于在感知數(shù)學模型的過程中積累有效的數(shù)學思想方法和活動經驗。層次三，展示分享。學生以組為單位向全班演示烙餅的操作過程，并匯報為什么這樣烙最省時，通過師生、生生多元互動共同修正認知。在匯報交流的過程中，學生既了解到問題解決的多種策略，又體會到尋求最合理、最省時烙餅方案的“優(yōu)化思想”。在解決問題的過程中，學生手、腦、口并用，在觀察和操作中了解“優(yōu)化問題”的數(shù)學模型，并在認識、理解模型中，獲得了必要的經驗和感性認識。

三、在合作探究中建立模型

新課程標準要求：數(shù)學學習的過程是學生自主發(fā)現(xiàn)、再創(chuàng)造的過程。由于學生年齡小、探究能力弱，展開建?；顒訒r需要教師的有效指導。教師為學生準備的“烙餅圖”是最貼近問題原型的直觀化表征模型，用大橢圓表示鍋、三個小圓分別表示餅，用兩種顏色區(qū)分餅的正面和反面，便于學生直觀呈現(xiàn)“交替烙”的詳細過程。

學生小組記錄單的設計重視操作圖與表格的直觀對應，不僅能清楚記錄餅數(shù)及正反面，還能直接反映所需時間和次數(shù)，幫助學生掌握建模的方法。在分享、交流“烙3 張餅的最優(yōu)策略”時，借助圖形，教師能更直觀有效地對學生建模進行指導和幫扶。

方案一：

方案二：

在方案對比中，學生發(fā)現(xiàn)“用第一種方法烙第3張餅時，本來一次可以烙2張餅的鍋現(xiàn)在只烙了1張，浪費了空間和時間。”教師順勢引導學生直擊問題關鍵——“保證鍋里同時烙2張餅”“沒有空余”才是最優(yōu)的烙餅策略，初步建立“烙3張餅”的數(shù)學模型。

學生在探究烙3 張餅最優(yōu)烙法的過程，已有的知識和生活經驗已經被激活。隨后教師因勢利導，組織學生分組討論：借助烙2張餅和3張餅最優(yōu)烙法的經驗，請猜一猜“如果要烙4 張……9 張餅怎樣烙最省時？動手烙一烙驗證你們的猜想，操作、對比后說說有什么發(fā)現(xiàn)？”學生在小組里先借助經驗猜想怎樣烙最省時，在動手操作中驗證怎樣烙最省時，觀察后推理構建模型，最后抽象概括表達出模型，即最省時的烙法：烙2、4、6等雙數(shù)張餅時，2張2張同時烙最省時；烙5、7、9等單數(shù)張餅時，先2張2張同時烙，最后3張交替烙就可以實現(xiàn)最優(yōu)解。借助圖將外化的動手操作濃縮為內隱的深度思考，在動手操作中提升學生思維能力。此環(huán)節(jié)進一步完善“烙餅問題”的最優(yōu)化方案，學生距離真正建立“烙餅問題”的模型只差一步。教師適當引導學生觀察、分析表格：

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通過分析表格，學生的思維從“餅的張數(shù)”過渡到“烙餅次數(shù)”，使感性經驗轉化為理性經驗，發(fā)現(xiàn)并總結出“烙餅問題”背后蘊含的規(guī)律。即單面所需時間×餅數(shù)=最短用時（餅數(shù)≥2），從而成功構建“烙餅問題”的數(shù)學模型。

建構數(shù)學模型不僅僅是要得到最終的規(guī)律、結論，更需要經歷模型構建的過程，還要收獲數(shù)學模型構建的方法、經驗。學生從發(fā)現(xiàn)問題—提出問題—解決問題—歸納數(shù)學規(guī)律—建構數(shù)學模型五個環(huán)節(jié)中建立了數(shù)學模型。

四、在應用中感受模型價值

建立模型就是為了運用模型解決問題。在鞏固應用環(huán)節(jié)中，筆者不僅設計了和烙餅問題類似的煎魚、打游戲的情境，還安排了教材的練習題。學生把構建好的烙餅問題模型應用到現(xiàn)實生活的問題解決中，深刻理解了“保證沒有空閑就是節(jié)省時間的最優(yōu)化策略”。學生在應用模型解決生活中實際問題的過程中，逐步領悟到數(shù)學模型廣泛的應用價值。這樣有利于激發(fā)學生進一步研究數(shù)學建模的興趣和自信心，提高他們從具體問題中抽象出數(shù)學模型的能力，逐步形成自主建構數(shù)學模型、靈活應用數(shù)學模型探索和運用模型解決問題的能力，借助數(shù)學模型思想助推學生數(shù)學思維能力的發(fā)展。

在日常教學中，我們要結合教學內容突出數(shù)學與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，讓學生感受到數(shù)學的應用價值，在抽象、感知、理解、建立、應用模型的過程中助推核心素養(yǎng)的形成。當然，數(shù)學建模能力的形成和發(fā)展是一個長期的、循序漸進的過程，教師在教學時要結合教學內容有意識地為學生創(chuàng)造機會、搭建平臺，使核心素養(yǎng)的培養(yǎng)在學習過程中落地生根。