Методика изучения элементов математического моделирования в курсе математики 5-6 классов

Министерство образования Российской Федерации

Вятский государственный гуманитарный университет

Кафедра математического анализа и методики преподавания математики

Курсовая работа

(по уч. Г.В. Дорофеева, Л.Г. Петерсон)

Работу выполнила

студентка математического факультета (М-41)

Беляева Екатерина Анатольевна.

Научный руководитель:

Крутихина М.В.

Киров - 2006

Содержание

Введение

1. Методика изучения элементов математического моделирования в курсе математики 6 класса
Понятие математической модели и моделирования
Роль изучения элементов математического моделирования в курсе математики 5-6 классов
2. Методика изучения элементов математического моделирования в 5-6 классах
3. Анализ учебника "Математика" для 6 класса Г.В. Дорофеева, Л.Г. Петерсон с точки зрения наличия задач для формирования прикладных умений
Заключение
Литература

Введение
Одной из современных тенденций развития школы является усиление профильной дифференциации обучения. Термин "профильная дифференциация обучения" обозначает разделение учебных планов и программ в специализированных школах, классах или в старших классах средней школы, осуществимое на факультативах.

Существование классов и школ различного типа ставит перед методикой обучения, в том числе и математики, весьма специфические проблемы. Причём реализация профильной дифференциации, как показывают педагогические исследования, целесообразна в среднем и старшем звене школы (8 - 11 классы).

"Очень важно, чтобы учащиеся видели прикладные возможности всех разделов математики. Математика должна оставаться математикой, но в ней должно быть выделено прикладное начало, которое должно помочь решению специфических вопросов выбранного профиля". [5]

Обучение математике в классах технического, экономического, естественно-сельскохозяйственного и, частично, гуманитарного профилей предполагает формирование у учащихся определённого стиля мышления, близкого к прикладному.

Одной из важных особенностей этого стиля мышления является, например, использование рациональных рассуждений. Такие рассуждения меньше схематизируют и идеализируют действительность, чем дедуктивные умозаключения математики, следовательно, больше подходят для анализа реальных фактов и процессов, решения собственно технических, химических, сельскохозяйственных, экологических и других задач.

Прикладной стиль мышления предполагает сформированность некоторых специальных умений:

Умение моделировать реальные процессы (строить математические модели);

Умение корректно проводить экспериментальные исследования;

Умение грамотно оценивать результаты измерений и вычислений;

Умение выбрать нужный алгоритм или математический метод для решения конкретной задачи.

Но очевидно, что такие умения должны начинать формироваться не в 8 - 11 классах, а значительно раньше, уже в 5 - 6 классах, для чего могут быть использованы прикладные задачи. Н.А. Терешин дает такое определение прикладной задачи: "прикладная задача - это задача, поставленная вне математики и решаемая математическими средствами". В 5 - 6 классах имеется возможность дополнительно предлагать учащимся такие задачи, целенаправленно способствующие развитию определённых сторон мышления.

Кроме того, учителя-методисты, занимающиеся прикладными аспектами школьного курса математики, отмечают тягу учеников к задачам практического содержания. Одним из способов повышения интереса к математике является усиление практической направленности содержания преподавания. [7]

Болтянский В.Г. писал: "Задачи прикладного характера имеют в общеобразовательной школе важное значение прежде всего для воспитания интереса к математике. На примере хорошо составленных задач прикладного содержания учащиеся будут убеждаться в значении математики в различных сферах человеческой деятельности, в её пользе и необходимости для практической работы, увидят ширину возможностей приложения математики, поймут её роль в современной культуре". [3]

В основе решения прикладных задач лежит математическое моделирование, поэтому необходимо организовать обучение элементам моделирования уже на ранних этапах обучения, а именно в 5 - 6 классах.

Цель курсовой работы - рассмотреть основные вопросы и проблемы обучения элементам математического моделирования в 5 - 6 классах на основе учебника "Математика" для 6 класса авторов Дорофеева Г.В., Петерсон Л.Г.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Дать понятие математической модели, раскрыть суть метода математического моделирования;

Определить основные функции и цели обучения математическому моделированию в школе;

Обосновать роль изучения элементов математического моделирования в курсе математики 5-6 классов;

Разработать методику изучения элементов математического моделирования в 5-6 классах;

Дать анализ учебника "Математика" для 6 класса Г.В. Дорофеева, Л.Г. Петерсон с точки зрения наличия задач для формирования прикладных умений.

1. Методика изучения элементов математического моделирования в курсе математики 6 класса
Понятие математической модели и моделирования
Прикладная направленность обучения предусматривает овладение школьниками математическими методами познания действительности, одним из которых является метод математического моделирования.

"Метод математического моделирования заключается в том, что для исследования какого-либо объекта выбирают или строят другой объект, в каком-то отношении подобный исследуемому. Построенный или выбранный объект изучают и с его помощью решают исследуемые задачи, а затем результаты решения этих задач переносят на первоначальное явление или объект". [16]

Понятия "математическая модель" и "моделирование" широко используются в науке и на производстве. Известно, что для математического исследования процессов и явлений, реально происходящих в действительности, надо суметь описать их на языке математики, т.е. построить математическую модель процесса, явления. Математические модели и являются объектами непосредственного математического исследования.

Математической моделью называют описание какого-либо реального процесса или некоторой исследуемой ситуации на языке математических понятий, формул и отношений.

Математическая модель - это упрощенный вариант действительности, используемый для изучения ее ключевых свойств. "Математическая модель, основанная на некотором упрощении, идеализации, не тождественна объекту, а является его приближённым отражением. Однако благодаря замене реального объекта соответствующей ему моделью появляется возможность сформулировать задачу его изучения как математическую и воспользоваться для анализа универсальным математическим аппаратом, который не зависит от конкретной природы объекта". [15] Чарльз Лейв и Джеймс Марч дают такое определение модели: “Модель - это упрощенная картина реального мира. Она обладает некоторыми, но не всеми свойствами реального мира. Она представляет собой множество взаимосвязанных предположений о мире. Модель проще тех явлений, которые она по замыслу отображает или объясняет". В настоящее время построение, исследование и приложение математических моделей является, можно сказать, основным предметом деятельности математиков.

Поэтому и в школьном курсе математики, прежде всего при решении учебных математических задач, моделированию, особенно алгебраическому и аналитическому, следует уделить должное внимание. Действительно, математические модели используются для решения (или хотя бы облегчения решения) УМЗ. Кроме того, составление математической модели задачи, перевод задачи на язык математики исподволь готовит учащихся к моделированию реальных процессов и явлений в их будущей деятельности.

При решении учебных математических текстовых задач особенно часто используются их алгебраические и аналитические модели. Такой моделью может быть функция, описывающая явление или процесс, уравнение, система уравнений, неравенство, система неравенств, система уравнений и неравенств и др.

При составлении модели задача, таким образом, переводится на язык алгебры или анализа.

Функции и цели обучения математическому моделированию в школе

Можно условно выделить следующие дидактические функции математического моделирования:

Познавательная функция.

Методической целью этой функции является формирование познавательного образа изучаемого объекта. Это формирование происходит постоянно при переходе от простого к сложному.

Здесь мысль учащегося направляется по кратчайшим и наиболее доступным путям к целостному восприятию объекта. Реализация познавательной функции не предопределяет процесса научного познания, ценность этой функции состоит в ознакомлении учащихся с наиболее кратчайшим и доступным способом осмысления изучаемого материала.

Функция управления деятельностью учащихся.

Математическое моделирование предметно и потому облегчает ориентировочные, контрольные и коммуникационные действия. Ориентировочным действием может служить, например, построение чертежа, соответствующего рассматриваемому условию, а также внесение в него дополнительных элементов.

Контролирующие действия направлены на обнаружение ошибок при сравнении выполненного учащимися чертежа (схемы, графика) с помещенными в учебнике или на выяснение тех свойств, которые должны сохранить объект при тех или иных преобразованиях.

Коммуникационные действия отвечают той стадии реализации функции управления деятельностью учащихся, которая соответствует исследованию полученных ими результатов. Выполняя эти действия, учащийся в свете собственного опыта объясняет другим или хотя бы самому себе по построенной модели суть изучаемого явления или факта.

Интерпретационная функция.

Известно, что один и тот же объект можно выразить с помощью различных моделей. Например, окружность можно задать с помощью пары объектов (центр и радиус), уравнением относительно осей координат, а также с помощью рисунка или чертежа. В одних случаях можно воспользоваться ее аналитическим выражением, в других - геометрической моделью. Рассмотрение каждой из этих моделей является ее интерпретацией; чем значимей объект, тем желательней дать больше его интерпретаций, раскрывающих познавательный образ с разных сторон.

Можно также говорить об эстетических функциях моделирования, а также о таких, как функция обеспечения целенаправленного внимания учащихся, запоминания и повторения учащимися учебного материала и т.д.

Использование различных функций математической модели способствует наиболее плодотворному мышлению учащегося, так как его внимание легко и своевременно переключается с модели на полученную с ее помощью информацию об объекте и обратно. Такое переключение сводит к минимуму отвлечение умственных усилий учащихся от предмета их деятельности. [12]

Роль изучения элементов математического моделирования в курсе математики 5-6 классов
Так как в основе решения прикладных задач лежит математическое моделирование, то для реализации прикладной направленности необходимо организовать обучение школьников элементам моделирования, которыми с дидактической точки зрения являются учебные действия, выполняемые в процессе решения задач. Развитие у учащихся правильных представлений о характере отражения математикой явлений и процессов реального мира, роли математического моделирования в научном познании и в практике имеет большое значение для формирования диалектико-материалистического мировоззрения учащихся. Прикладная и практическая направленность математики является важным звеном в развитии правильного мировоззрения школьника, его математического, психологического и общего развития. Наиболее благоприятным для начала изучения математического моделирования является 5-6 класс, так как именно в этот период у школьников происходят определённые психические изменения. В зависимости от того, как школьники будут относиться к учебной деятельности, как они научатся самостоятельно овладевать знаниями, такими и будут их дальнейшие успехи в обучении. Вопросы, изучаемые в курсе математики 5-6 классов, составляют фундамент, на котором строится дальнейшее обучение как математике, так и другим предметам. От уровня знаний и умений, сформированных в 5-6 классах, зависит успешное овладение всего курса математики. В процессе изучения математического моделирования в это время учащиеся знакомятся с теоретическими фактами, идёт формирование основных математических понятий, показ применения математических фактов на практике. Поэтому на этом этапе у школьников складывается определённое отношение к решению задач, а значит и к математике в целом. Не случайно, в учебниках новых поколений понятие математической модели и математического моделирования появляется уже на самых ранних этапах обучения. Так, например, в учебнике для 5 класса Г.В. Дорофеева, Л.Г. Петерсон уже во 2 параграфе изучается тема "Математические модели". Авторы не дают понятие модели, а на примере двух задач показывают, что в двух непохожих ситуациях используется одна и та же математическая модель, сразу указывая на ценность математического моделирования, что одна и та же модель может описывать различные явления. Для того, чтобы построить математическую модель, надо, прежде всего, научиться переводить условия задач на математический язык. Далее говорится, что после перевода задачи на математический язык поиск решения сводится к работе с математическими моделями - к вычислениям, преобразованиям, рассуждениям.

В силу различных причин реально в школе эти учебники используются редко, поэтому идеи математического моделирования большинству учащихся незнакомы. Роль изучения элементов математического моделирования в 5 - 6 классах - пропедевтическая. Введение понятий "модель" и "моделирование", включение в содержание уроков задач прикладного характера делают изучение математики более осмысленным, продуктивным, создаются благоприятные предпосылки для формирования прикладного мышления.

2. Методика изучения элементов математического моделирования в 5-6 классах
Известно, что процесс математического моделирования состоит из трех этапов:

1) перевода предложенной задачи с естественного языка на язык математических терминов, т.е. построения математической модели задачи (формализация);

2) решения задачи в рамках математической теории (решение внутри модели);

3) перевода полученного результата (математического решения) на язык, на котором была сформулирована исходная задача (интерпретация полученного решения).

Следует отметить, что в школе в основном уделяется внимание работе над вторым этапом моделирования, в то время как формализация и интерпретация остаются недостаточно раскрытыми. Необходимо организовать обучение учащихся элементам моделирования, относящимся ко всем трем этапам. Важным средством обучения элементам моделирования, относящимся к этапам формализации и интерпретации, являются сюжетные задачи. Сюжетной задачей называют задачу, описывающую реальную или приближенную к реальной ситуацию на неформально-математическом языке. С этой точки зрения любая задача, возникающая на практике, является сюжетной, однако часто она может не содержать достаточных для решения числовых данных. Такие задачи называют задачами-проблемами. Для построения их математической модели нужно найти достаточное количество числовых данных. Школьные учебники почти не содержат задач-проблем. Учащимся, как правило, сразу предъявляется словесная модель задачи, поэтому представления о характере отражения математикой явлений, описываемых в сюжетных задачах, часто оказываются весьма примитивными. Это происходит вследствие того, что этап формализации при решении школьных сюжетных задач оказывается представлен слишком узко, т.е. нет условий для содержательного раскрытия деятельности, проходящей на этом этапе математического моделирования. Поэтому надо искать пути содержательного раскрытия и конкретизации этапов формализации и интерпретации математического моделирования. В частности, эта проблема может быть реализована на пути решения так называемых прикладных задач. Для подготовки к обучению в профильных классах уже в 5-6 классах целесообразно использовать прикладные и учебно-прикладные задачи, которые позволяют учить школьников следующим действиям, характерным для этапов формализации и интерпретации:

замене исходных терминов выбранными математическими эквивалентами;

оценке полноты исходной информации и введению при необходимости недостающих числовых данных;

выбору точности числовых значений, соответствующей смыслу задачи;

оценке возможности получения числовых данных для решения задачи на практике.

Выполнение действия замены исходных терминов выбранными математическими эквивалентами основывается прежде всего на жизненном опыте учащихся, т.е. знании терминов, встречающихся в быту или при изучении других предметов, которые могут быть заменены математическими понятиями и отношениями. Из этого следует, что в системе задач школьных учебников должно быть больше задач, содержащих термины из различных научных областей, но не требующих длительного и громоздкого объяснения их сущности. Кроме этого, задачи расширяют словарный запас учащихся, знакомят с новыми интересными фактами из разных наук.

Обучение замене исходных терминов может происходить при формировании понятий. Например, при изучении понятия окружности целесообразно использовать следующие задачи:

Задача 1. Какова длина обода колеса велосипеда, если длина спицы равна 35 см.

Задача 2. Обхват дерева равен 1,5 м. Найти толщину дерева.

Часто на практике используются единицы времени, не входящие в известные системы мер, - неделя, декада, квартал, век. В учебниках не хватает задач, где название единиц измерения включено в сюжет задачи и требуется замена одной единицы другой в соответствии с условием. В таких задачах математическим эквивалентом будет являться число более мелких единиц измерения.

Например: В течение первой декады месяца магазин реализовал товара на сумму 121 532 р. На какую сумму в среднем реализовывалась продукция за 1 день?

При обучении действию оценки полноты исходной информации и введения при необходимости недостающих числовых данных необходимо учитывать компоненты, которые могут быть в условии этих задач: сюжет (объекты), величины, их характеризующие, значения этих величин. При этом можно выделить следующие типы задач, представленные в таблице.

	сюжет	величины	значения
а)	+	+	-
б)	+	-	+
в)	-	+	+
г)	-	-	+
д)	-	+	-
е)	+	-	-

Страницы: 1, 2

В соцсетях