建模思想在数学中的应用--------以一次函数为例探讨初中数学建模

发表时间:2021/2/25   来源:《教学与研究》2020年第31期   作者:李淑杰
[导读] 对于初中数学的学习进行建模,改变传统的教学方法,安排适合的教学内容,能很好的提高学习数学的效率,达到事半功倍的效果。
        李淑杰
        辽宁省锦州市义县七里河中学,辽宁 锦州 121000
        对于初中数学的学习进行建模,改变传统的教学方法,安排适合的教学内容,能很好的提高学习数学的效率,达到事半功倍的效果。
        数学模型可以有效地描述自然现象和社会现象,数学课程应体现问题情境,建立数学模型,理解应用与拓展等,以一次函数模型的应用为例,探讨几种不同层次的利用一次函数模型解题的过程。
        一、直接给出模型
        例1某长途汽车客运站规定,乘客可以免费携带一定质量的行李,但超过该质量则需购买行李票,且行李费y(元)是行李质量x(kg)的一次函数.已知李明带了60 kg的行李,交了行李费5元;张华带了90 kg的行李,交了行李费10元.写出y与x之间的函数表达式。既然题干中已经明确给出了y与X之间具备的是一次函数关系,那么实际上就无需建模了,学生没有了自己分析,联想获得模型的体验,可以直接设y=kx+b,然后将两对数值x=60,y=5;x=90,y=10分别代入到这个模型关系式y=kx+b中,得到方程组{5=60k+b,10=90k+b
        求得二元一次方程组的解,从而得到模型y=1/6x-5。这种直接给出数学模型的方法,在刚刚学习一次函数,并体会用待定系数法解题。从数学的角度来看,没有动脑思考就直接应用模型,这个应是较低层次的数学模型的应用。
        二、猜测建立模型
        例2下表中为声音在空气中传播的速度y(m/s)(简称音速)与气温x(℃)的几组对应数值:

        (1)试判断点(x,y)是否在你学过的函数的图象上;
        (2)求x,y之间的函数关系式;
        (3)当气温x=22(℃)时,某人看到烟花燃放5s后才听到声响,那么此人与燃放的烟花所在地相距多远?
        (4)利用表中信息求气温x增加1度时,函数y变化的值,这个值与(2)所求的函数表达式中的一次项系数有什么关系?
        由于事先没给出一次函数关系,只能通过描点,根据图象是一条直线,猜测是一次函数关系,先设函数表达式为y=kx+b,任选两对数值代入y=kx+b,求出函数表达式y=3/5x+331,然后还要再找一对数值进行验证。这种能通过猜测建立关系并求得问题的答案,对于学生的能力也有了较高的要求和锻炼,实际上,由于该题目在设计时少了给了一个条件,使本例中缺少检验评价过程,而这种对于模型的检验评价,在数学建模过程中是极其重要的。因为这种检验能以事实验证模型是否合适,简单的讲,对于这个题目来说,如果只是两对已知的函数值,不能确定音速与气温存在着其他函数关系。
        三、实际推导模型
        例3某市为了鼓励居民节约用电,采用分段计费的方法按月计算每户家庭的电费.月用电量不超过210度时,按0.55元/度计费;月用电量超过210度时,其中的210度仍按0.55元/度计费,超过部分按0.75元/度计费.设每户家庭月用电量为x度时,应交电费y元.
(1)分别求出当0≤x≤210和x>210时,y与x之间的关系式;
(2)小明家5月份交电费122.5元,则小明家这个月用电多少度?
        本题没有给出y与x是什么关系,看似需要用数学知识去解决,却又给了学生一定的思考空间。0≤x≤210 y与x是正比例函数关系y=0.55x,x>210,y与x是一次函数关系y=0.55*210+0.7(x-210),y=0.55*210+0.7(x-210)。从猜测模型到建立模型,直至模型求解和解释应用都与生活实践密切联系。因为小明家5月份的电费超过115.5元,
所以把y=122.5代入y=0.7x-31.5中,得x=220.第3问,用学生学习到的知识解决生活中的实际问题。该模型设计本身给学生提供了思考的时间和空间,如果教师对于该模型善加利用,可以充分发挥模型解决过程,对于学生能力的培养也得到了充分的锻炼。
        以上三个例子都是一次函数模型的应用,通过建模的学习,让学生感受数学就发生在我们身边。数学是有用的,其应用层次呈递进式提高,每一位数学教师都应善于挖掘身边的生活实例,将他们作为有效的课程资源,让学生在做数学、体验数学的实践活动中,自主的构建数学模型,感受数学的魅力,提高学生学习数学的兴趣,并增强数学学习的自信心。
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