利用函數模型解決實際問題

2020-12-17 中國教育新聞網

•教學背景

模型思想和應用意識主要是指有意識地利用數學概念、原理和方法解決實際問題;根據具體問題,抽象出數學問題,將問題中的數量關係、位置關係和變化規律用方程(組)、不等式、函數、幾何圖形、統計圖表等進行表示,求出並檢驗結果,驗證模型的合理性。

有效滲透數學模型思想,能夠幫助學生積澱從現實問題中抽象出數學本質的過程性經驗,讓學生體驗數學模型的建立過程,重視模型的應用,提高學生解決實際問題的能力和創新能力。本節課為複習課, 學生已經在初二下學期和初三上學期學習了一次函數、二次函數、反比例函數,對於函數的研究具備一定經驗,會應用方程模型、不等式模型解決簡單的實際問題,具有初步的模型意識。

•教學實錄

環節1:情境創設

內容:視頻資源學習

師:請大家自行觀看已經下載的3個小視頻,並談一談自己的感受……誰願意分享一下?

生1:視頻中都是我們日常生活中的常見問題。

生2:裡面都蘊含了數學知識。

生3:數學在日常生活中有許多應用。

師:大家總結得非常棒!我們的數學學科本就源自數千年前人們的生產實踐,自古以來就與人們的日常生活密不可分。今天,數學的應用更是深入到社會的方方面面。這節課我們一起利用所學的數學知識解決實際問題,並總結方法和經驗,現在請同學們打開學案。

環節2:自我構建(1):我來當老闆

例1:已知某展板製作商生產了一種成本為20元/個的小展板,經過調查,銷售單價和展板的每天銷售量之間滿足表1的關係。

問題解決(1):當銷售單價定為多少時,每天獲得的總利潤最大,最大利潤是多少?問題解決(2):若市場規定此種小展板的銷售單價不能超過40元,則銷售單價定為多少時,每天獲得的總利潤最大,最大利潤為多少?問題解決(3):若希望該展板每天的銷售利潤不低於5000元,試確定銷售單價的範圍。

師:假如你是展板製作商,請同學們對例1的第(1)問進行分析,通過對此實際問題的思考,你有什麼樣的想法和解決思路?

生1:這道題問的是銷售利潤以及對應的銷售單價,所以可以求這兩個量之間的關係。

生2:我們可以藉助「函數」知識來解決。

師:非常好!你是怎麼想到「函數」的呢?

生2:因為我看到了題目中的「銷售單價」和「每天的銷售量」是兩個變量,而「銷售利潤」可以用這兩個量表示,因此想到了我們之前學過的「二次函數」。

師:請大家根據這種思路嘗試解決第(1)問,並在組內進行分享,請這位同學進行板書。

生2:首先我們根據問題,設銷售單價為x元,銷售利潤為y元。根據表格中的數據,我們可以求出每天的銷售量與銷售單價x之間的函數關係式為a=-10x+800,則銷售利潤y=(x-20)(-10x+800)=-10x2+1000x-16000,我們可以發現這是一個二次函數,則可以利用「求二次函數最大值」的知識來求「銷售利潤的最大值」,第(1)問就解決了。

師:講解得非常有條理,誰還有什麼補充嗎?

生3:我們在求每天的銷售量與銷售單價x之間的函數關係式的時候,要先判斷函數類型,再設解析式。

師:非常棒!那麼老師的問題來了,大家有什麼樣的方法判斷一組數據所滿足的函數類型?

生1:描點作圖是一條直線,所以滿足一次函數關係。

生4:觀察數據特點是線性增長的,所以猜想它們滿足一次函數關係。

師:特別好!還有其他補充嗎?

生3:我們在求出函數關係式之後,還需要關注自變量的取值範圍,因為這是實際問題。

師:提醒得非常關鍵。這樣的話,我們這個解決問題的過程才完整。下面,請大家繼續思考第(2)問和第(3)問。

生5:第(2)問規定了銷售單價不能超過40元,仍然求總利潤的最大值,相當於求當20

生6:第(3)問要求每天的銷售利潤不低於5000元,就相當於求當y≥5000時,x的取值範圍。我們可以先求當y=5000時所對應的x值,再結合圖像確定x的取值範圍。

環節3:課堂小結

師:我們一起總結一下「利用函數模型解決實際問題」的一般步驟。

生1:當我們遇到的實際問題涉及兩個變量之間的關係時,可以考慮構造函數模型進行解決。

生2:首先需要判斷函數類型,接下來設函數解析式,利用待定係數法求出函數的解析式,我們就可以藉助函數的圖像和性質來進行問題解決了。

環節4:自我構建(2):我來當交警

例2:行駛中的汽車,在剎車之後由於慣性的作用,還要繼續向前滑行一段距離才能停下來,這段距離稱為「剎車距離」。為了測定某種型號汽車的剎車性能(根據規定:車速不超過140千米/小時),對這種汽車進行測試,測得數據見表2。

問題解決(1):若小王駕駛該型號的汽車剎車時速為70千米/小時,請你估計他的剎車距離為    ,估計理由為    

問題解決(2):已知該型號的汽車在國道上發生了一次交通事故,現場測得的剎車距離約為44米,請你判斷事故發生時,該汽車是否超速行駛?請進行合理的解釋。

師:如果你是交警,請根據在例1中收穫的經驗,嘗試完成例2的分析和解決辦法。

生1:第(1)問可以根據表格中的數據變化趨勢進行估計,分享估計的結果和理由。

生2:第(1)問也可以求出剎車距離與剎車時速之間的函數關係式,然後再進行求解,分享估計的結果和理由。

師:很好。類似於第(1)問這樣的問題,我們可以直接根據數據的變化趨勢進行合理預測,考查我們數據分析的觀念。那麼第(2)問呢?

生3:由於第(2)問直接從表格中的數據進行推斷比較困難,所以我們可以藉助函數模型進行求解。

生4:通過描點作圖,發現兩個變量近似滿足二次函數關係,我們可以藉助二次函數的知識進行解決和判斷。

師:通過同學們的分析,能夠看到大家已經基本掌握了「利用函數模型解決實際問題」的一般步驟。下面請大家思考:題中給出的這兩個變量一定是滿足我們所求的函數關係嗎?我們求出的結果是精確的嗎?

生5:兩個變量所滿足的函數關係不一定是唯一的,我們給出的函數關係應該是一種合理的猜想。

師:非常好!我們可以體會到「近似」與「精確」的相對統一。另外,在一些問題中,我們還需要將建立的模型得出的結果進行驗證和取捨。

[分析]環節4屬於方法的驗證。通過對例1的充分思考、交流,提出了研究問題的方法,利用例2來驗證這種方法的科學性;通過例1和例2兩種不同函數模型的建立,更深入地理解「函數」的本質;通過例2對這種建模方式進行更深入的探討,感受「近似」與「精確」的相對統一。

環節5:思維拓展:我是節約小能手

例3……

師:請同學們閱讀例3給出的材料,並分析與例1、例2的異同……

環節6:課堂總結

師:請同學們首先完成課堂反饋小測,然後打開電腦,進入UMU平臺,填寫本節課的學習收穫和總結。

反饋小測:當溫度不變時,氣球內氣體的氣壓P(單位:kPa)與氣體體積V(單位:m3)的關係如表3所示。

請判斷當P=6kPa時,V=      

UMU平臺反饋:我們通過這節課的學習,對解決實際問題有什麼樣的收穫?

[分析]讓學生自己總結一節課的收穫,真正體現出學生是學習的主體,同時也讓教師對本節課的教學進行反思。另外,學生可以通過UMU平臺看到其他人的總結,相互學習。

•教學反思

縱觀近兩年北京市中考,數學有幾大特點:以學習過程為載體,考查解決實際問題過程中對所學知識、方法的理解和應用,對數學思想的感悟與認知;體現「問題」意識,將發現問題、提出問題能力的考查與分析、解決問題能力並重,從而將「學數學」與「用數學」緊密結合在一起。

本節課是初三年級的一節專題複習課,旨在引導學生用函數模型解決實際問題。因此教學設計非常貼近實際生活,如利潤問題、交通問題。在教學方面主要採用啟發引導、分享交流的形式,並將「1對1學習技術」融合到課堂教學環節中,提升了課堂效率。

本節課基本達成了預設的目標,學生們體會並熟悉了這類問題的解題思路,但也有一些不足,比如教學內容偏多,學生獨立思考時間較少;反饋環節倉促,學生未能充分總結和分享收穫等。隨後的教學中,這些問題還需要進一步調整改進,更大限度地體現學生主體,讓課堂在新技術助力下更開放、更高效。

(作者單位系中國人民大學附屬中學西山學校)

《中國教師報》2019年03月06日第5版 

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