论数学史的教育功能_数学论文

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“学史使人明智”,先哲的这句格言是普遍适用的。任何事物发展的规律性,都必然反映在事物发展的历史进程中,通过对历史的考察,对思想脉络的研究,可以从正反两方面给我们提供许多宝贵的启示。数学是自然科学中最古老的,但同时也是全新的。数学及其思想发展的历史呈现给我们的是一幅既源远流长、又日新月异的画卷。浏览、研读它将会使我们获得思想上的启迪,精神上的陶冶,有助于加深对数学本质的认识,从而进一步树立科学的数学观。数学发展的历史还将展现许许多多中外数学家的成就和贡献,他们不畏艰苦的求索奋斗精神和杰出的创造性工作,不仅是留给我们的一份珍贵的思想方法的启示录,也是一部极有说明力的生动的德育教科书。

一、数学史可以帮助我们树立正确的数学观

每个人都有自己的数学观,即是以自己对数学的看法,对数学本质和意义的见解。作为一名教师,不论你自觉也好不自觉也好,你的数学观必定流露反映于你的教学中,从而影响你的学生。在现实的数学教学中,为了把数千年的数学成果浓缩于十余年的中小学课程内,很多时候我们侧重数学的技术内容,用一种表面清晰利落的手法迅速教会学生这套凝聚了数千年人类智慧的特殊语言,把数学仅视作一种技能和一件工具去传授。学生不容易了解数学有它的生命和发展、有它的过去和未来。学生容易把数学看成一堆现成的公式和定理,虽然正确无误但僵硬不变且刻板枯燥,学生见到的尽是技巧堆砌和逻辑游戏,予人闭门造车的印象。难怪大部分学生与数学疏离,或者厌恶害怕它、或者对它持冷漠态度。不少学生毕业后却像完全没有上过数学课,只当它是恶梦一场。

如果我们认真浏览学习数学史,就会清楚地认识到、数学有两个侧面。一方面是以最后确定的形式出现的定型的数学。它是由概念、定义、公理、定理等材料经演绎组成的,是欧几里德式的严谨数学,是一门系统的演绎科学。另一方面,从创造数学的过程看来,却好像是一门实验性的归纳科学。数学史记录了大量丰富多彩的史实,说明了数学的创造过程是与其它科学知识的创造过程相似,在得到一个正确结论之前,一般都要先猜测此结论的内容,再运用适当方法一次又一次尝试论证,从而得到严密证明。而证明的方法又是丰富多彩的,不仅需要逻辑思维,更需要借助于形象思维。而教科书中只写出经过严密证明的结论,隐去了数学发现的思维过程,它的内容的抽象性往往掩盖了数学的本来面貌。正如英国哲学家席勒所言:“逻辑分析没有去描述科学实际发展所凭借的方法,而是任意按照自己的偏见重新安排了实际的行动步骤,用求证的规程代替发现的规程。”不读点数学史,就可能片面地认为数学就是单纯知识、技巧的堆砌,其特点就只是严谨性、抽象性与广泛性,而忽视其形象性、发明创造的多样性。教学时就会过份重视逻辑思维的培养,而忽视形象思维、创造思维的培养,使数学教学片面化、逻辑化。

二、数学史可以帮助我们理解教学中的难点

数学史不仅有知识的结论,而且记录了知识形成的思维过程。只有多读点数学史,才能对所教内容有更深刻的理解乃至欣赏,才能领悟问题的本质,才能逐渐模仿数学家的心智活动方式去体会教材、处理教材,解决问题时才不会照本宣科,而是分析一个个解决问题的好念头,导出思路。教学时,要有意识地参照史料,不妨先分析所教内容对应数学史中的哪些部分知识,这些知识是怎样组织成教学内容的,教材内容如何转化成课堂教学?特别是针对教学中的难点内容,查找一下这些内容的形成与发展在历史上是否顺利,是否一下子并不为人们所接受,从而仔细分析为什么学生学习这些内容时会问:我不懂你为什么要那样做?所以,当我们把学生难学的原因搞清楚以后,就可以根据皮亚杰的观点,真正理解一个概念或理论意味着主体重新创造这个理论,就应教给学生再创造的方法。

例如虚数概念的引入,学生难以理解。而数学史上虚数概念的发展也十分缓慢,并且曾遭到许多数学家的反对。所以,教学时不应采取简单灌输的方法,而应采用适当暴露思维的方法,让学生看到问题被发现的过程、概念形成的过程、结论推导的过程。

然后抓住问题的关键引导学生讨论:x[2]+x+1=0 在实数范围内没有解,为什么x[14]+(1/x[14])=-1?而为了解决这一矛盾,必须在实数之外引进一种新的数,从而顺利地引入虚数概念。这样的教学学生可信,使他们看到了问题的发现过程、解决过程,有利于其分析问题、解决问题能力的提高。因而不会使学生产生数学好像是数学家在搞智力游戏的感觉。

再如针对无穷集可以与其真子集等价这一难点,也可以从集合的发展史中寻找突破口,让学生讨论衡量无穷集元素多少的标准是什么,从而寻找出一一对应这一工具去解决问题。

三、借助数学史用数学思想方法武装学生

一个学生在学校学的数学知识,若毕业后进入社会没有什么机会去用的话,不到一两年很快就忘掉了。然而,不管他从事什么业务工作,唯有深深铭刻在头脑中的数学思想方法,却随时随地发生作用,使他受益终生。一部数学史,也就是一部完整的数学思想方法史。学习数学史,是了解现代数学思想方法的重要途径。在教学中,在传授知识的同时,更要注意思想方法的教学,使之扎根于学生脑海之中。

数学家拉普拉斯说过:“对数用缩短计算的时间使天文学家的寿命加倍。”教学对数时,不仅要使学生掌握对数的意义及其计算,更要使学生理解对数的历史作用,它使乘方、开方三级运算转化为乘、除二级运算;使乘、除二级运算转化为加、减一级运算,使天文计算得以顺利实现。它突出地体现了化繁为简、化难为易的转化思想。学生一旦掌握了对数的转化思想后,不仅会进行对数计算,而且在以后解决某些方程、不等式等问题、甚至幂指函数的求导都大有用武之地。

再如,对“四色问题”的讨论研究,其意义不仅在于使学生了解“四色问题”的历史和内容,更在于开阔学生的视野,扩大学生数学思想方法的领域,使“机器证明”这一新颖的思想方法渗透于学生脑海之中,在当今信息时代更具有重要的现实意义。

数学思想方法的教学,不是一句空洞的说教,而是寓于知识教学这一载体之中。根据波里亚的思想,在解决问题后让学生回顾解题方法,进行再思考,可以将零碎的知识和方法上升为数学思想方法,为解决其它问题提供有力武器。

四、运用数学史料对学生进行品德教育

数学史上有许多中外数学家可歌可泣的事迹,向学生介绍一些数学家的典型故事,可以激发学生学习数学的巨大热情,培养学生刻苦学习、坚持真理的良好品质以及热爱祖国的思想感情。

例如数学史上有许多数学家坚持真理、勇于探索的事迹,如无理数的发现、虚数的引进、现代代数的引进、非欧几何的发现,无一不凝聚着一代又一代数学家的心血、甚至生命。他们顶住世俗的偏见和压力,勇于坚持真理,为科学而献身,取得了人类认识史上一个又一个重大突破。向学生适当介绍这些典型事例,可以培养学生勇于坚持真理这一科学工作者的神圣信念和公民的良好品质。

数学史上更有众多中外数学家废寝忘食、夜以继日地刻苦探索疑难问题的事例,通过若干典型事例的介绍,可以为学生树立学习榜样,激励学生努力学习。

在数学发展中,我国数学家也作出了许多重要贡献。著名的数学家有:刘徽、祖冲之父子、朱世杰、秦九韶、杨辉等等。向学生介绍我国数学家的事例和他们对数学发展的重要成就,可以激发学生强烈的民族自豪感,培养学生热爱祖国的思想感情。

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