Pre-service Mathematics Teachers’ Modelling Processes within Model Eliciting Activity through Digital Technologies:揭示数学建模教育的关键启示
《Acta Psychologica》:Pre-service mathematics teachers' modelling processes within model eliciting activity through digital technologies
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在数学教育中,数学建模对培养学生解决实际问题能力至关重要,且技术融入建模教育意义重大但研究有限。研究人员开展了关于职前数学教师(PSTs)在模型引出活动(MEA)中建模过程及技术运用的研究,发现其技术运用存在问题,该研究对教师教育有重要意义。
在当今教育领域,数学建模的重要性日益凸显。它作为连接数学知识与现实世界的桥梁,能够帮助学生将抽象的数学概念应用到实际生活中,提升解决复杂问题的能力。然而,目前数学建模教育在实施过程中却面临着诸多挑战。一方面,尽管技术在数学建模教育中的应用逐渐受到关注,但对于技术如何具体影响建模过程,以及教师在这一过程中应发挥怎样的作用,相关研究还十分有限。另一方面,职前教师作为未来数学教育的主力军,他们在数学建模和技术应用方面的能力培养尚未得到足够重视。许多职前教师在理解数学建模的本质、将数学知识与实际问题相结合,以及运用技术辅助教学等方面都存在困难。为了解决这些问题,来自土耳其某州立大学的研究人员开展了一项针对职前高中数学教师的研究。该研究成果发表在《Acta Psychologica》上,为数学建模教育提供了重要的参考依据。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展此项研究。在研究方法上,采用了多案例研究法,选取 26 名来自土耳其某州立大学高中数学教育项目的职前数学教师(16 名女性,10 名男性)作为研究对象,将他们分成 8 个小组。通过让这些小组参与基于肥胖问题的模型引出活动(MEA),并利用小组报告、音频记录和电子文档等多种数据收集工具,全面记录他们在建模过程中的讨论与成果。最后,运用主题分析法,依据 Ang 的数学建模过程框架对收集到的数据进行深入分析。
研究结果具体如下:
- 不同阶段技术使用情况:在建模的前两个阶段,即现实世界问题与数学问题的制定阶段,各小组均未使用技术。在假设制定阶段,小组在一些假设上具有相似性,如对饮食、活动量和热量摄入消耗的假设,同时利用互联网搜索信息,使用计算器进行相关计算。在方程制定阶段,各小组构建的方程模型存在差异,且在计算卡路里摄入和消耗时遇到困难,借助计算器辅助计算。在解方程阶段,小组将模型转移到数字平台,使用 GeoGebra 或 Excel 进行分析,利用其功能实现自动计算、数据组织和可视化描述。在结果解释与比较阶段,部分小组对模型进行反思和改进,但技术使用主要局限于软件编辑功能。在现实世界解决方案与模型改进阶段,仅有一个小组提出了现实生活中的解决方案,且各小组在这一过程中技术使用情况不一。
- 技术使用目的及存在的问题:研究发现职前教师在建模过程中使用了多种数字技术,互联网用于获取信息,计算器用于计算,Excel 用于数据组织、自动计算和绘图,GeoGebra 用于绘图和获取函数。然而,他们在建模过程中存在一些问题,如许多参与者错误地假设体重增加是恒定的,导致模型过于简化,无法准确反映现实情况;部分小组在比较结果后未对模型进行显著调整,批判性反思应用有限;仅一个小组将数学模型与现实生活联系起来。
在研究结论和讨论部分,研究人员指出职前高中数学教师的建模方法和技术使用虽有差异但总体相似。尽管他们使用了各种技术工具,但在应用数学知识和批判性评估模型方面存在不足。例如,部分教师难以将代数知识应用于实际建模,对技术输出结果过度依赖且缺乏批判性思维。该研究强调了在教师教育项目中应更频繁地融入 MEA,特别是在代数教学中,以增强职前教师的概念理解、灵活思维和问题解决能力。同时,教师教育应注重培养职前教师对技术使用的批判性思维,加强对模型验证的重视,以及通过迭代问题解决和结构化反思来强化数学建模的循环本质。这些研究结论对于改进教师培训项目、提升职前教师的教学能力具有重要意义,能够帮助未来教师更好地引导学生开展有意义的数学建模活动,提高数学教育质量。
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