时间:2022-08-18 08:07:18
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇数学家故事论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
近几年来,我一直担任大学本科理科班小学教育专业的《数学史概论》课程。在教学中,根据学生实际情况进行了开放式教学,采用为数学家写小传、学生参与科研课题、布置开放作业、进行数学故事会等授课方法,收到良好的教学效果。
一、为数学家写小传
数学史不仅仅是单纯的数学成就的编年记录,数学史中蕴含着科学探索过程、科学知识的产生和发展及数学家深邃的思想、科学态度和科学精神,积淀着极其丰厚的人文教育营养。数学的发展决不是一帆风顺的,在更多的情况下是充满犹豫和徘徊,要经历艰难曲折,甚至面临着危机,数学史也是数学家们克服困难和战胜危机的斗争记录。从数学发展史可以看到数学的每项成就都是时代的产物,都离不开经验和教训,每项重大的发明和创造都有其历史的必然性,都是在别人的基础之上研究的成果。同时,也应看到,在数学史上有许多杰出的人物对数学的发展作出了不可磨灭的贡献。他们那种一丝不苟、乐于奉献、不畏坚难的追求知识的精神,对学生有极大的教育意义。
教学中,我让学生为数学家写小传,先后写过刘微、泰勒斯、毕达哥拉斯、阿基米德、欧几里德、牛顿、莱布尼茨、高斯、欧拉、阿贝尔、魏尔斯特拉斯等等。把这些数学家的事迹及数学成就串联在一起,就是一部数学发展史。下面是学生写的高斯小传。
二、师生合作科研
大学生不仅要学会课本知识,还要学会如何搞科研。中学时间紧,谈不上搞科研,学生根本没有自己可支配的时间。大学生情况就不一样了,学生有较多的自己可支配的时间。去年我担任了河北省教育学会“十一五”教育科研立项课题:“中学数学思想方法的研究”的主持人。在立项时,我就吸收了两名学生,为了充分调动全体学生的积极性以及参与科研的意识,从课题的选题、填表、审报、写开题报告、阶段性成果汇报到结题报告书写以及参加鉴定会,都让学生参与,并定期召开会议,公布课题研究进展情况。从2007年9月到2009年6月近两年的时间里,本课题组把中学数学中数学思想方法进行了总结,达二十多种,我还让学生把一些思想方法编成歌诀的形式,以方便学生的记忆,效果很好。该课题于2009年6月结题并顺利通过专家鉴定。我们还把研究的成果写成论文“论中学数学思想方法”发表在《科技信息》上。
通过这一个课题的研究让学生全部了解到整个科学研究的过程,对于今后学生进一步深造撰写毕业论文以及搞教学研究都是十分有益的。
三、布置开放作业
作业是学生学习过程中对知识再认识的过程,是学生学习过程中不可缺少的一部分,是教学过程中的一个重要环节。这一教材没有作业,我所布置的作业好多是开放性的,例如:“论述费马大定理的内容及研究过程”、“简述非欧几何的创立”、“介绍欧拉的生平及数学成就”、“简述庞加莱的数学成就”、“20世纪数学发展的主要特点”、“数学有那些猜想,研究进展如何”。“数学史上有哪三次危机”
这些作业,需要学生上网查资料,还要到图书馆查阅书籍才能完成,每一道题,就是一个小的研究课题。这样唤起了学生科学研究的愿望,使教育的外因转化为学生的内在动力,变必需的学习任务为学生内在的自觉的要求,学生的作业兴趣浓厚了。这样的作业形式,挖掘了每个学生的潜力,对于提高学生科研能力是很有好处的。
四、开展数学故事会
数学故事会是非常受学生欢迎的一种科技活动形式。数学故事会主要是增加学生对数学的兴趣,提高他们学习数学的积极性,开扩他们的眼界,激发他们的想象力。
数学故事会的内容可以包括数学家的故事、数学发现的故事、数学游戏故事、数学童话故事、数学科幻小说等。数学故事一定要突出故事性,情节要引人入胜,还要强调语化。
不同的数学故事有不同的特点。比如数学家的故事是以介绍数学家生平事迹为主要对象,记人也记事。通过动人的事迹、典型的事例,表现出他们不断进取、无私奉献的精神,表现出他们高尚的道德品质和理想情操,再现数学家的形象,使学生从中汲取力量,得到教益。象大数学家欧拉的故事,就很鼓舞人,攻克费尔马猜想,使之成为大定理的过程也很艰难也是十分有趣的。
每两章进行一次“趣味数学故事会”,激励学生查阅搜集有趣的数学材料,并将这些材料进行梳理与整合,写出有趣的数学故事,以便在故事会上演讲。
丰富多彩的课堂教学形式,极大地激发了学生学习数学史,研究数学史的积极性,使一门枯燥无闻的课程变得生动有趣。
《数学家苏步青的故事》是语文阅读文章,语文教师在课堂教学中,可以采用跨文本阅读的方法,以使小学生的形象思维展开,通过发挥丰富的想象力,以从这篇阅读文章中体会到深刻的道理。
一、语文阅读课程采用跨文本的教学方法
要使小学生能够认真地在课堂上听教师讲课,如果不对于课堂教学巧妙设计,是很难让他们集中注意力的。小学生思维单纯,但是具有丰富的想象力。对于正处于活泼好动年龄段的他们,一切的事物都是新奇的。此时,如果对于小学生进行综合能力开发,能够获得良好的效果。小学的阅读课程的目的,是要提高读文识字的能力,通过各种感人的故事来净化小学生的心灵,使他们在教师的引导下领悟到故事中所蕴含的道理,从中受到鼓舞和启发,从而激发起他们探索的欲望和努力学习的决心。采用跨文本阅读的教学方法,是与课文题材相关的文章搜集出来加以整理作为语文阅读课堂辅助教学,主要是为了激发起小学生对于阅读课的兴趣。只有从心理上接受并形成认知,才能够达到良好的课堂教学预期效果。
二、《数学家苏步青的故事》教学设计
(一)以苏步青童年的故事作为课堂教学的开场白
教师在对于《数学家苏步青的故事》展开教学之前,要以其童年的故事来吸引学生的注意力。
教师:“今天在讲课之前,我要给同学们讲一个故事。”当小学生听到有故事可听的时候,很快地就会将注意力集中到老师这里,洗耳恭听。教师看到小学生们已经准备好听故事了,就继续讲:“有一位出生在一个农民家庭。由于家里贫穷,孩子众多,作为家里的次子,就要承担起家庭的担子。在他的童年时期,就是在各种劳作中度过的。但是,因为他每天几乎都会从私塾路过,听着教室里面朗朗的读书声,他总是情不自禁地跑到窗外,静静地站在那里听着。渐渐地,他就入了迷,直到私塾内的小朋友已经放学回家了,他才回过神来,然后就扛起自己的割的草回家了。他非常珍惜可以在窗外听书的时光,并默默地将知识记了下来。三年过去了,父亲见这个孩子实在是喜欢读书,就把家里把大米省了下来,换一点钱让他去读书。从家到学校要走100里的路程,可是小孩子即使感觉辛苦也没有抱怨过,而是更加努力地学习。”
讲到这里,教师向听得入神的小学生提出问题:“请问哪位小朋友知道故事的主人公?”此时,小学生会说出自己的答案。小学生回答问题的答案如果偏离了课堂内容主题,教师要及时提醒:“故事的主人公是我国著名的数学家。”
采用这种引导方式,可以让小学生独立思考,并积极而主动地跟随教师的思维。经过一步一步地启发,“苏步青”的名字终于浮出了水面。
(二)数学家苏步青在诗词歌赋方面的造诣
“苏步青是我国著名的数学家,其数学成就是被世界学术界所公认的。尤其是对于微分几何学研究所获得的成果,已经接近了世界水平,部分甚至超过了世界水平。苏步青的这些学术成就不仅与其成长的环境有关,更与其坚毅不拔的意志力具有极为密切的关系。”
此时,教师将话锋一转:“那么,请同学们想一想,苏步青除了在数学研究上获得很高的成就,在其他方面呢?”
当小学生了解了苏步青的童年以及对于其后来数学研究的影响之后,听到教师提问了第二个问题,就会再一次陷入深深的思考中。教师可以适当地给予提醒:“中国是具有传统文化的国家,苏步青喜欢数学,却没有抛弃中国的传统文化。”如果此时小学生仍然没有正确的答案,教师则要进一步引导:“中国古人最擅长什么呢?”此时,答案就自然出来了:“诗词歌赋。”
教师讲解:“是的,苏步青善于数学,但是对于文学却非常感兴趣,特别是中国的四大名著,都不知道翻阅了多少遍了。‘三十年前在贵州,曾因奇异点生愁,如今老去申江日,喜见故人争上游。’ 这首小诗是苏步青在将《射影几何概论》(英文版)赠送给自己的学生的时候,题写在扉页上的。”
(三)有关苏步青趣闻
此部分已经接近课堂的尾声,为了调节一下课堂气氛,教师可以讲一讲苏步青的趣闻:“当苏步青站在讲台上给学生讲课的时候,学生往往议论对多的就是他身上的补丁。这些补丁很有特点,都是一些几何图形。一些顽皮的学生不免会研究苏老师身上的几何图形,竟然还会发现‘螺旋形曲线’。”
当讲到这里的时候,小学生不免会露出笑容,教师接着讲:“苏步青白天授课,晚上就会在破庙的香案上进行自己的数学研究,《射影曲线概论》就是在这种环境条件下诞生的。”
三、总结
综上所述,本论文对于《数学家苏步青的故事》的教学设计,就是按照新的课程标准要求采用了跨文本教学方式。通过将苏步青的故事进行延伸,并使这位数学家的故事更为贴近生活,使学生快速理解阅读文章的同时,能够从中感悟到更深刻的道理。
长久以来,在人们观念中“论文”好象是硕士生、博士生所进行的专职工作,小学生也能写论文吗?其实,所谓的数学小论文,是指学生在数学学习中所习写的以数学内容为中心的短小文章,它可以是学生对某一个数学问题的理解、评价,可以是数学活动中的真实心态和想法,可以是进行数学综合实践活动遇到的问题,也可以是利用所学的数学知识解决生活中数学问题的经过等。数学小论文到底写什么?这是学生很困惑的问题,笔者认为可以将数学小论文分为以下几类:
(1)阅读启发型。通过阅读数学学科发展的历史、数学家的成长故事、数学童话故事获得一定的启发。写一写自己的心得、认识等。
(2)回顾反思型。可以在某一个阶段学习结束时,对学习的知识点进行梳理;也可以对数学学习的过程加以回顾,总结学习中的得失,总结学习方法和经验,反思对所学数学知识存在的困惑。
(3)问题探究型。可以对某个数学问题进行研究,探索规律,得出解决问题的一般方法;也可以把某一道有挑战性的题目简便的或与众不同的解法(包括一题多解)条理清晰地写出来
(4)实践应用型。学生用数学的眼光去观察生活。对生活中与数学有关的问题进行研究并写成文字。
(5)创作型。包括数学故事、数学童话等。学生将数学知识融入于故事或者童话的情境中,体现了数学学科和语文学科的整合。
二、怎么写――如何指导学生写论文
1.组织丰富的数学实践体验活动
学生只有有了讨论数学的兴趣和研究的数学问题。才能让学生撰写论文有事可议、有问可究,才会下笔如有神。那么撰写论文的源头在哪里?笔者认为来自数学文化氛围的营造和数学活动的开展。笔者在日常教学中通过布置黑板报数学专栏、数学活动展板、数学风采宣传窗等,争取让教室的每一面墙、每一块板“说话”,让学生在浓厚的数学氛围中受到潜移默化的熏陶;开辟每周一次“智慧数学”实践活动课,开展读数学读物、讲数学家故事、设计数学小报、攻打数学擂台等数学体验活动。把课堂变为学习数学的乐园;课间指导学生玩玩“抢报三十”、“算二十四点”、“五子棋”等游戏,让学生体验玩数学的乐趣;在春秋游活动中,引导学生寻找春秋游中的数学问题:有的学生步测草坪的周长和面积,有的学生估测古塔的高度,有的学生在估算小树林中树的棵数,还有的举着照相机寻找公园里的不规则图形……:引导学生用数学的眼光关心生活、关心国家大事:神州六号飞船飞天了,上网查找相关科学知识,算一算有关的数学问题:珠穆朗玛峰新身高测量结果出来了,探究一下世界最高峰变矮的原因:学了“调查统计”后调查家中、学校几个月来的用电、用水情况或者食堂用餐浪费粮食情况,算算节约一度电、一滴水、一粒米的价值……在这些实践体验活动中。学生们发展了学习数学的能力,激发起学生强烈的写作欲望。
2.指导学生写论文要循序渐进
根据儿童的身心特点,在指导学生写小论文的过程中我主要采用了以下几点做法。
(I)从兴趣入手,先任意写后按要求写。在初始阶段,不规定内容和格式,让学生自己根据感兴趣的话题试着写。无论其写得如何,教师对学生所写的材料组织评议时,只要能写都给予充分肯定。
(2)从说话入手,先说后写。教师提出一个数学问题或创设数学教学情境,让学生在全班进行说话训练。由大组到小组,引导学生口头将意思表述清楚、将语言组织通顺,为笔写扫清思维障碍,接着才让学生试着在日记本上写下叙述内容。
(3)从写话写段入手,先部分后整体。低年级学生表达能力弱,撰写小论文不应作过高要求,习写中先针对一个片段、一个问题,让学生写一句话或一段话。再到整体构思,用整篇文章完整记述或表达。其中不会写的字词,允许用汉语拼音代替。
引发学习兴趣
兴趣是学习最有效的动力。孔子说:“知之者,不如好之者;好之者,不如乐之者”。当代著名科学家爱因斯坦也说过:“兴趣是最好的老师”。对于学生来说,兴趣是推动学习活动的内在动力。学生一旦对某一学科有了浓厚兴趣,就会产生强烈的求知欲望,诱使其主动地去学习,只有感兴趣的东西,才能想方设法去了解它、掌握它。高等数学被人们认为是严格的硬性思维活动,如果教师在课堂上讲述数学家的趣闻轶事、数学概念的起源和发展过程、古今数学方法的对比等数学故事,就能激发学生学习的兴趣,收到“化腐朽为神奇”的功效,让学生充分感受到数学的魅力,提高学习效率。如在《无穷级数》新课的引入中,先讲述蠕虫与橡皮绳的故事:一条蠕虫在长为1公里的橡皮绳的一端点上。蠕虫以每秒1厘米的速度沿橡皮绳匀速向另一端爬行,而橡皮绳以每秒1公里的速度均匀伸长,如此下去,蠕虫能否到达橡皮绳的另一端点?凭直觉,几乎所有的学生都认为蠕虫的爬行速度与橡皮绳拉长的速度差距太大,蠕虫绝不能爬到另一端。这时,教师给予适当的提示:由于橡皮绳是均匀伸长的,所以蠕虫随着拉伸也向前位移。1公里等于100,000厘米,所以在第一秒末,爬行了整个橡皮绳的1/100000,在第二秒内,蠕虫在2公里长的橡皮绳上爬行了它的1/200000,在第三秒内,它又爬行了3公里长的橡皮绳的1/300000……,所以,在第n秒末,蠕虫的爬行长度为1/1000001+(1+1/2+1/3+1/4…+1/n)。当n充分大时,这个数能否大于1?也就是括号里的和式能否大于100000呢?停顿一下,告诉学生,我们可以找到这个正整数N,使上述结果成立。也就是说蠕虫在第N秒时已经爬到了橡皮绳的另一端点。这时同学肯定议论纷纷,因为这个结论出乎意料,使人无不惊奇。然后问为什么会这样?引入正题:这是因为无穷数列是一个发散数列,它可以大于任一个有限的数值。这样引出课题,枯燥的数学内容就变得有趣、生动,使学生乐于接受,变“要学生学”为“学生要学”,学生兴趣盎然,回味无穷,且印象深刻,难以忘怀,学习效率因此而得到了显著的提高,这样讲效果好得多。
加深对数学知识的理解
数学知识引用了大量的数学语言,这使得数学知识理解起来相对困难。在数学教学时讲述数学故事还可以帮助学生克服学习中的畏难情绪、加深对数学知识的理解。如极限是高等数学中研究函数的方法,极限的概念是高等数学中许多概念的基础,但是极限的定义却是摆在所有学习高等数学的学子面前的一道难题。在讲极限的时候不妨讲述芝诺“阿基里斯和乌龟赛跑”的故事:乌龟和阿基里斯赛跑,乌龟提前跑了一段,不妨设为100米,而阿基里斯的速度比乌龟快得多,假设他的速度为乌龟的10倍,这样当阿基里斯跑了100米到乌龟的出发点时,乌龟向前跑了10米;当阿基里斯再追了这10米时,乌龟又向前跑了1米,……如此继续下去,因为追赶者必须首先到达被追赶者的原来位置,所以被追赶者总是在追赶者的前面,由此得出阿基里斯永远追不上乌龟。这显然与生活中的实际情况不相符合。古希腊人之所以被这个问题困惑了两千多年,主要是他们将运动中的“无限过程”与“无限时间”混为一谈。因为一个无限过程固然需要无限个时间段,但这无限个时间段的总和却可以是一个“有限值”。这个问题说明了古希腊人已经发现了“无穷小量”与“很小的量”这两概念间的矛盾。这个矛盾只有在人们掌握了极限知识之后,才能真正地了解。通过讲述极限理论建立过程的故事,使学生对极限定义的产生过程有清楚的了解,同时也认识到极限理论对于微积分的重要性,从而加深了对极限概念的理解。
激发爱国主义热情
在讲述函数极限时,可以向学生介绍我国庄子《天下篇》中“一尺之捶,日取其半,万世不竭”的记载和三国时期著名的数学家刘微的“割圆求周”(简称割圆术)对极限概念的贡献的故事;在介绍定积分定义时,向学生讲我国隋代建造的跨度达37米的大石桥——赵州桥,它是用一条条长方形条石砌成,一段段直的条石却砌成了一整条弧形曲线的拱圈,这也就是微积分中“以直代曲”(“以常代变”)基本思想的生动原型;讲授线性代数线性方程组的求解问题时,向学生介绍中国古代《九章算术》的历史成就,它在世界上最早提出线性方程组的概念并系统总结了一次方程的解法,实际上为在线性代数中用矩阵的初等变换法提供了雏形等。还有我国近代数学家华罗庚、陈景润等人的故事等等。由此可以看到,我们的祖国是一个历史悠久的文明古国,我们中华民族是一个对世界文明的发展做出许多贡献的伟大民族。我国在数学方面所取得的辉煌业绩,必将彪炳千秋,从而激励学生做一个德才兼备、对国家、对人民有用的人。 树立辩证唯物主义的世界观
在数学的发生与发展的过程中,概念的形成和演变,重要思想方法诸如函数、微积分、公理化、悖论等数学思想的确立与发展或重大理论的创立与沿革等,无不体现唯物辩证法的核心思想:发展、运动与变化,对立与统一。因此讲好数学故事有利于学生形成科学的辩证观、唯物观,接受辩证唯物主义思想的教育。
如在无穷小量的教学中,可以讲述“数学的第二次危机”的故事:随着牛顿莱布尼茨微积分的诞生,一方面给传统数学方法带来巨大的变革,另一方面也给传统数学带来无法理解的概念与方法,突出表现在对“无穷小”概念的理解。1734年,英国哲学家、大主教贝克莱发表《分析学家或者向一个不信正教数学家的进言》,矛头指向微积分的基础——无穷小的问题,提出了所谓贝克莱悖论。他指出:牛顿在求得导数时,采取了先给x以增量0,应用二项式,从中减去以求得增量,并除以0以求出的增量与x的增量之比,然后又让0消逝,这样得出增量的最终比。这里牛顿做了违反矛盾律的手续──先设x有增量,又令增量为零,也即假设x没有增量。他认为无穷小dx既等于零又不等于零,召之即来,挥之即去,这是荒谬,“dx为逝去量的灵魂”。这就是贝克莱悖论,微积分由此而变得“神秘”。无穷小量究竟是不是零?无穷小及其分析是否合理?这个问题引发了数学的第二次危机,直到一个半世纪以后,柯西把无穷小定义为一个以零为极限的变量才解决。对这个悖论的解释归根结底是人们对变量及有限、无限的认识缺陷,这样通过数学故事的讲述,辩证唯物主义的思想直接深入到学生的头脑中。
健全人格
“书山有路勤为径,学海无涯苦作舟”。任何一门知识的掌握,方法的获得都必须通过艰苦的努力。如今,我国大学生大部分为独生子女,在父母的宠爱下,吃苦能力大大降低,刻苦钻研,积极进取的思想也少了。数学理论是数学家们经过几百万年艰苦卓绝的工作,几乎是付出了全部的心血乃至整个生命才发展至今,在教学中结合教学内容,适当给学生介绍些数学家艰苦创业的故事能帮助学生树立正确的人生观、价值观,健全学生人格。
如讲授欧拉公式时,可以穿插欧拉的感人事迹:欧拉是有史以来最著名的四大数学家之一,他一生共写了886篇论文和专著,其中400篇左右的论文和《积分运动原理》等经典名著是他在失明后的17年中完成的,用这个生动的实例说明“天才就是勤奋”的道理;讲述无穷级数一章中,穿插阿基米德为他的几何研究付出了宝贵的生命的故事:公元前212年,阿基米德的家乡叙拉古被罗马人攻陷。当时,阿基米德仍在专心致志地研究一个几何问题,丝毫不知死神的临近。当一个罗马士兵走近他时,阿基米德让他走开,不要踩坏了他的图形,罗马士兵残忍地用刺刀杀害了他;讲“柯西中值定理”时,介绍柯西的故事;讲“拉格朗日中值定理”时,介绍拉格朗日的故事;……通过介绍这些伟大数学家生平事迹及他们对数学的贡献,不仅使学生了解了数学家的情况,更主要的是数学家艰苦创业、献身数学研究的光辉事迹,可以给学生以启迪:每一种数学方法的提出、数学定理的证明都凝聚着数学家们多少辛勤的劳动,多少心血的付出,从而激励学生在今后的学习及未来工作中刻苦钻研,敢于开拓,勇于进取。
培养创新意识
创新教育是全面实施素质教育的重要组成部分。在数学教学中,如何培养学生的创新能力,已成为当前数学教学最紧迫的问题。传统的数学教学方式往往是“数学知识的教学”,教师只介绍数学研究的结果,课堂讲的是定义、定理证明、公式、法则及例题,历史上许许多多精彩的思想方法被排斥于我们的教材和教学之外。学生常常误认为数学知识都是靠逻辑推理出来的。这样的数学教学只会往学生头脑里装知识,学生对知识“只知其然,不知其所以然”。对于学生来说,数学学习不仅意味着掌握数学知识,形成数学技能,而且是在教师引导和帮助下的一种“再创造”的过程。在数学教学过程中,要逐步实现由传授知识的教学观向培养学生学会学习,主动思考转变。德国数学家与教育家F·克莱因(F·Klein)认为:学生在课堂上遇到的困难,在历史上一定也被数学家所遇到。在数学教学时,教师除了讲授定义、定理证明、公式、法则及例题外,还应讲述这些理论是如何被发现的,也就是说不光要讲创造的结果更要讲创造的过程,这样可以帮助学生了解教科书中所没有的数学创造的真实过程,拓宽学生的视野,对学生创新兴趣的引导,创新潜能的开发,创新意识的培养以及创新能力的提高起到积极的促进作用。
例如,在讲定积分时,可以讲述“莱布尼茨与牛顿的故事”:莱布尼茨与英国数学家、大物理学家牛顿分别独立地创立了微积分学,牛顿建立微积分学主要是从物理学、运动学的观点出发,而莱布尼茨则从哲学、几何学的角度去考虑。今天的积分号∫、微分号d都是莱布尼茨首先使用的。这样将数学故事穿插在教学中,不仅使教材内容更加生动,而且也是培养学生创新精神的好方法。因为通过教师对鲜活过程的叙述与分析,学生从中领悟到抽象的创造性思维的形成及不断向前推进的过程是怎样的情形,怎样进行创造性思维。学生从中可以学到数学发明创造的经验和方法。这正如波利亚所说:“数学发现是一种技巧,发现的能力可以通过灵活的教学加以培养,从而使学生学会发现的原则并付诸实践。”
《高等数学》是一门公共基础课,它对发展大学生的科学思维能力及对后继专业课的学习起着重要作用。但是,通过多年的教学实践发现,无论期末考试还是考研,高等数学的成绩整体上与期望相差较大。而导致学生成绩不理想的一个重要原因是高等数学内容比较晦涩难懂,学生缺乏学习的兴趣。因此,改革高等数学课堂教学、激发学生的学习兴趣是改变现状的唯一有效手段。
在《高等数学》教学中,将数学史、数学家故事、哲学思想和数学美学融入高等数学的教学内容中,会对激发学生的学习兴趣和提高学生的学习积极性起到立竿见影的作用。我们主要采取了以下做法。
一、在教学中引入有关的数学史
数学史是激发学生学习兴趣的一个很好的载体,每一个概念、每一个定理甚至每一个数学问题的背后,都有其文化背景,都有许许多多生动的故事,只不过在教材中没有体现出来。正如荷兰数学教育家弗赖登塔尔所批评的那样,“把火热的发明变成了冷冰冰的美丽”。只有数学史的渗入才能够使学生把握数学的源与流,加深对每一个概念、每一个定理的理解。因此,在高等数学教学中穿插数学概念、定理发展历史的介绍,有助于提高学生学习高等数学的兴趣,加深学生对相关数学知识的理解,从而取得理想的教学效果。
例如,在讲微积分基本公式——牛顿—莱布尼茨公式时,可以将这个公式以牛顿和莱布尼茨两个人的名字命名的原因解释清楚。微积分发明经过了几千年的萌芽积累,最后由牛顿和莱布尼茨在总结前人工作的基础上创立。但是关于微积分发明的优先权问题曾掀起了一场持续百年的激烈争论。瑞士数学家德丢勒1699年在一本小册子中提出“牛顿是微积分的第一发明人”,而莱布尼茨作为“第二发明人”,“曾从牛顿那里有所借鉴”。莱布尼茨立即对此作了反驳。而争论在双方的追随者之间越演越烈,直到牛顿和莱布尼茨都去世以后,才逐渐平息并得到解决。现在公认的看法是两人分别独立地发现了微积分。就发明时间而言,牛顿早于莱布尼茨;就发表时间而言,莱布尼茨则先于牛顿。
二、在教学中引入数学家的故事
我们在数学教学过程中应该适时地介绍一些伟大的数学家。在这些数学家的背后通常都有许多让人钦佩的故事,在教学中可以讲述他们如何面对挫折,如何废寝忘食地钻研数学难题,如何为了追求自己的数学理想而奋斗的故事。学生通过了解这些数学家的故事,领略他们的精神魅力,从而鼓起克服困难、努力学习的勇气。数学先贤们治学的严谨态度和献身科学的精神是学生的最好榜样,可以培养学生勤奋刻苦的精神,激励学生更好地学习。
例如,18世纪数学界的灵魂人物欧拉,他生前发表的著作与论文有560余种,死后留下了大量的手稿,对数学的每一分支都有很大的贡献。最难能可贵的是欧拉28岁左眼失明,56岁时双目失明,他却靠着惊人的记忆和心算能力,通过自己口述,由儿子记录的方式坚持研究与写作。如同贝多芬失去听力一样,欧拉失去了视力,但并没有影响他那些惊人的发现。1771年,彼得堡的一场大火不但把欧拉的大量手稿烧为灰烬,而且差点烧死了双目失明又年迈的欧拉。尽管遭受这一系列的不幸和沉重打击,欧拉仍然屹立不倒,一直坚持科学活动到生命最后一刻。
三、运用辩证思想方法理解高等数学
恩格斯指出:微积分“本质上不外是辩证法在数学方面的运用”。因此,我们在高等数学教学中可以用马克思的唯物辩证思想指导教学,便于学生理解高等数学知识。
例如,在定积分概念的形成中,曲边梯形面积的“精确值”与它的“近似值”之间的关系,在辩证法中是“曲”与“直”一对对立统一的矛盾。它们在怎样的条件下转化呢?联想到地球近似椭圆,但在我们脚下的地面是平的。这就是说,只需把整体分割得很细,这细小的曲边梯形就近似矩形,而且划分越细越接近。这“接近”只是近似相等,不产生质变,是“有限”分割的结果。若是“无限”分割,其中的每一份则由量变产生了质变,细小的曲边梯形质变成细小的矩形,故由近似相等转变成精确相等。这样,通过对定积分概念的辩证思维,学生比较透彻地理解了曲边梯形面积的计算问题,同时也初步掌握了高等数学中的辩证思想方法,从而提高了思维能力。
四、用美学的眼光欣赏高等数学
“凡是学校的课程,都没有与美学无关的。”()作为高等数学教师,我们在知识的传授过程中,要善于发现数学美,并把美带到自己的教学活动中去。美作为一种社会现象,具有形象性、感染性和社会性。这些特征对于数学美同样具有,不过有的表现明显,有的表现微弱罢了。
例如,莱布尼茨用“?蘩f(x)dx”这一简洁的符号表达了积分概念的丰富思想,刻画出“人类精神的最高胜利”。因此,有的数学家把积分符号“?蘩”比作婀娜多姿的“美女”。
总之,高等数学教学不应该只是冷酷的公式加上严谨的证明,而应该是伴随着数学史引入,使学生把握数学的源与流,运用辩证思想方法理解和学习高等数学,并在伟大数学家故事的激励下努力学习。如果这样,学生在学习高等数学时将不再感到枯燥与乏味,而是用美的眼光欣赏和享受高等数学。
参考文献:
[1]常军.高等数学概念教学的探讨[J].数学学习与研究,2010.
中图分类号:G642.421 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2013)06-0098-02
1引言
从1995年开始,加强大学生文化素质教育工作已经成为高等教育教学改革的一项重要探索。通过十几年的研究和实践,很多高等院校对大学生进行文化素质教育都积极响应。教育部也先后制定了几项重要措施,下发了《关于加强大学生文化素质教育的若干意见》,成立了高等学校文化素质教育指导委员会,在全国普通高校建立了32个“国家大学生文化素质教育基地”。
人文素质教育主要是通过对学生加强文学、历史、哲学、艺术等人文社会科学和自然科学方面的教育,以提高全体大学生的文化品位、审美情趣和科学素质。数学文化修养显然也是人文素质教育的一部分。数学文化不是讨论数学问题的,它是一种以数学为背景的文化。通过这种教育学习,就是要把数学变得容易理解,教会学生如何去品味数学、欣赏数学,亦即从文化的角度去看待数学,从而达到提高学生人文素质和满足专业学科知识需要的目的,更重要的是让学生具备均衡的文化素质和与时代相适应得知识结构。
2 数学文化、数学课程与学生素养
数学文化是人类的基本文化,不仅包括传统的数学知识,还包括数学精神、数学思想、数学美等。数学文化几乎与社会的各个方面都有紧密的联系。数学也是一种素养,影响着每一个人的思维方式和言行举止。日本的米山过藏曾经说:“我搞了多年的数学教育,发现学生在初中、高中接受的数学知识因毕业进入社会后,没有什么机会应用这些作为知识的数学,所以出校门不到一两年就忘掉了。然而不管他们从事什么业务的工作,唯有深深铭刻于头脑中的数学精神、数学思维方法、研究方法和着眼点等,都随时随地发生作用,使他们受益终生。”由此可见数学文化对学生素质的提高有重要作用。
3 数学教学中渗透数学文化的策略和方法
数学文化的价值不容忽视,如何在教学过程中渗透数学文化是每一位数学教师应当思考的问题。课堂上的时间是有限的,教师要善于把握重点,充分发挥学生的主体作用,积极倡导学生进行合作探究学习。笔者认为,渗透数学文化教学应从以下几方面入手。
3.1 营造数学文化氛围,多角度地展示数学文化的魅力
首先,搜集数学故事,体会数学的发明过程。教师可督促学生利用课外读物、数学杂志、因特网等信息工具去搜集数学故事(如数学名词、数学符号等)。任何一个数学名词、数学符号都是伴随着数学发展的需要而产生的,并有着一段鲜为人知的经历。如:“+”由拉丁文“et”(和的意思)演变而来,16世纪意大利科学家塔塔里亚用意大利文“più”(加的意思)的第一个字母表示加,草写为“u”,最后变成了“+”号;“√”是由拉丁字母“r”演变而来;在极限的定义中常用的符号“”“”分别是英语单词Any(任何的)、Exist(存在)的首字母的倒写和反写;因为定积分的定义当中涉及求和,积分符号“∫”是拉长的“S”(英语中求和sum的首字母)。学生通过对数学故事、数学符号的了解,有助于加深对数学知识的了解,体验到数学并非枯燥乏味,而是充满智慧与生命的。
其次,了解数学名人,领会数学家的科学精神。古今中外,每一位数学家成功的过程都是值得学生去了解和学习的。他们有废寝忘食、孜孜不倦的求真态度,屡败屡战、永不言弃的坚定意志,矢志不渝、追求真理的献身精神。我国古代南北朝的祖冲之用挪动筹码(小竹竿)的方法进行计算,将圆周率精确到3.141 592 6与3.141 592 7之间。欧拉年近60时双眼失明,接着彼得堡失火殃及他的住宅,书籍和大量手稿焚毁,5年后,爱妻病故。在这些不幸面前,欧拉没有退缩,而是以坚韧的毅力奋斗着、拼搏着,他凭借着惊人的记忆力和罕见的心算能力,让人笔录他的发现,17年的时间里写出400多篇论文和多部专著。一个个真实生动的故事拉近了数学家与学生的距离,使学生坚定学好数学的信念。
最后,认识数学美,欣赏数学美。许多人质疑:数学中存在美吗?普洛克拉斯曾言简意赅地指出:“哪里有数,那里就有美。”20世纪最有影响力的哲学家、数学家和逻辑学家罗素也说:“数学,如果正确地看,不但拥有真理,而且也具有至高的美。”数学美蕴涵丰富的思维与方法,通常将其划分为简洁美、对称美、统一美、奇异美、抽象美等。学生在学习数学的同时进行积累和对比,认识数学美,欣赏数学美。如人们在使用正整数过程中根据其特点规律,发现了完美数、默森数、回文素数、孪生素数;在数理演算与证明过程中,人们逐步发现反证法、RMI方法、抽象法等。再如大家熟知的“黄金分割”“黄金比”,之所以这样称呼,是因为这种“分割”和这种“比”在视觉上给人极大的愉悦感,非常难得,如黄金一样珍贵。黄金比,是工艺美术、建筑、摄影等许多艺术门类中审美的要素之一,认为它表现了恰到好处的“和谐”。对美的认识和欣赏可以培养学生的美感,提高鉴赏力,陶冶情操。
3.2 课堂渗透数学文化,提升学生素质
首先要渗透数学史,揭示知识形成发展全过程。数学史揭示了数学知识的现实来源与应用,让学生在学习知识的同时,了解知识是怎样在人脑中形成并发展的,在发展过程中遇到过哪些问题。如在学习三角函数时教师向学生介绍古代天文观测和航海时所遇到的问题(即角与角的关系),由此产生球面三角,之后又由于间接测量和测绘工作的需要而出现平面三角,经数学家逐步改进,才出现今天这样完善的三角函数及相互关系。再如讲导数的概念时,可给学生介绍导数概念的产生是为了解决当时的一些实际问题,如变速直线运动的瞬时速度,以及设计透镜时所需求切线的方程。通过对数学知识形成发展历史的学习,才能让学生学会如何去思考问题,从而培养学生的创新思维能力。
其次要讲解数学名人名题,培养学生的思维能力。数学在其发展过程中遗留下许多疑难问题,长期以来,学者不断研究,有的至今没有答案,有的则是在附加条件后才得以解决,适当地向学生介绍这些内容,展示数学的严密性、逻辑性和创造性。如古希腊遗留的尺规作图三大难题(三等分角、化圆为方、倍立方体),其中三等分角被认为不可能实现,而在附加条件――给直尺加上刻度,则可实现。学生在了解数学界的许多至今尚未解决的难题后,必然会激发他们的探究实践兴趣,对比加以思考。陈景润就是听到老师对哥德巴赫猜想的介绍而下决心向皇冠上的明珠进军,从而证明出“1+2”,与哥德巴赫猜想只有一步之差。一位美国数学家称赞他“移动了群山”。
最后要重视数学应用,感受数学的应用价值和社会需要。数学是社会发展的产物,在一定程度上又推动社会发展。数学知识、数学思想和数学方法几乎渗透到人类所有的知识领域。“一个国家的科学水平可以用它消耗的数学来度量。”(拉奥・柯西)有需要才会有动机,学生只有在感受到数学的应用价值和社会需要后,才会产生学习动机,进而学好数学。如在极值的应用、微分方程等教学中可以融入许多物理、化学、生物、经济等知识,建立模型,用所学的数学知识来分析模型,最后解决模型。这样,学生可以充分体验数学的应用价值,提高学习兴趣,同时也为后续其他课程奠定坚实的基础。
3.3 开展数学活动,给学生学习文化的空间
首先要撰写数学论文,自办数学小报。在学生了解数学文化以后,教师进行系统讲解,引导学生将内容进行加工整理,写成论文,或将自己的所思所想写成日记,全班学生进行讨论评比,选出优秀并奖励或建议投稿。另外,教师可组织学生发挥自己的聪明才智,出版数学文化报、板报等,共同分享学习数学文化知识的乐趣。
其次要开展数学建模,制作手工模型。课外作业的形式丰富多样,不能只局限于做作业,教师应不定时地组织学生开展数学活动(如开展数学建模,制作手工模型)。数学建模是将知识与生活联系起来的重要手段,教师可规定每学期至少要开展一次数学建模竞赛。制作手工模型是手脑并用、开动思维、发挥想象的好机会,通过这些活动可以培养学生的问题意识和解决问题能力,真正意义上让学生理解数学、掌握数学。
4 结语
在数学课程中渗透数学文化是数学素质教育的体现。大多数教师虽然也已认识到数学文化的价值,但是由于受传统教学模式和其他因素的影响,数学文化很难有机会进入数学课堂。面对这种情况,教师要及时地转变思想,更新观念,树立正确的教学观,加强自身的学习。可以通过读一些数学教育理论和数学文化方面的著作和论文,提高自己的数学教育理论修养和数学文化修养;也可通过学习和借鉴一些名师的课例,体会数学文化的深层次内涵,在教学实践中改变自己的教学模式和方法。
基于此,笔者建议教师应努力做到:首先,更注重数学知识和其他学科的联系,特别是数学和其他知识的联系,积极地探索发掘数学文化素材,注重从生活的例子中找到数学知识、方法、思想和观念的胚芽;其次,适当地降低“硬数学”(数学知识、数学技巧、数学能力等)的要求,提高对“软数学”(数学思想、数学观念等)的要求;最后,在课程考核环节,要降低形式化的要求,注重对知识的理解与应用。总之,只有真正地将数学文化带入教学过程,才能提升学生的综合素养,才能使数学素质教育真正落到实处。
参考文献
近年来随着我国高等职业教育迅速发展,不仅学生数量增多,而且新办专业也增多起来,本人在多年的高等数学教学中,认识到在讲授数学知识的同时,贯穿着讲授一些数学史,能起到很好的教学效果。数学史有非常重要的教育意义,但目前工科院校一般不开设数学史课程,其实在实际教学中为了弥补这方面的不足,可采用在数学课上穿插介绍数学史的方法,使学生了解高等数学的发展过程,从而激发学生的学习兴趣。数学史是一部人类文明的进步史,内容十分丰富。了解数学史一方面可以为学生的数学学习寻找方法,另一方面可以在课堂上通过介绍相关的数学史知识,活跃课堂气氛,激发学生学习兴趣.。此外通过了解一些数学家的生平事迹,可以培养学生严谨认真的学习态度。事实证明学生如果能知道数学知识的来龙去脉,那么就能较好地掌握知识。作为一名数学教师不仅要透彻地了解所教的那一部分数学,更应该认识数学知识的发生与发展。英国数学史家J.Fauvel曾总结出数学史对数学教学的很多作用中主要有:激发学生的学习兴趣、改变学生的数学观等。
1.数学史在高等数学教学中的作用
1.1 可以激发学生学习高等数学的兴趣
高职生大多在高中数学基础不好,因而也谈不上对高等数学感兴趣,兴趣是学生最好的老师,浓厚的学习兴趣是学生学习取得高效的重要条件。缺乏学习兴趣则往往会使学生厌恶高等数学。了解一些数学史有利于培养学生对数学的兴趣,激发学习数学的动机。笔者对我校高职生学习数学情况的调查发现:“不喜欢数学”的学生占到的比例达60%多,而对数学“感兴趣”的只有15%左右。其实这并不是因为数学本身枯燥,而是在我们的教学中忽视了数学史的教育。作为教师一节课全面讲解下来,却发现教学效果并不理想,不少学生对一些抽象的概念难以理解,个别同学甚至失去了能学好高等数学的信心。笔者经过多年来对高等数学教学方法的不断研究,已深刻感觉到数学史在高等数学教学中的所起的作用是很大的。在高数课堂里中引入相关的数学史知识不仅能调动了同学们的学习热情,而且能协助学生将抽象观念具体化。
另外数学史中有很多能够培养学生学习兴趣的内容。比如人们熟悉的路人过河问题、哥德巴赫猜想等;还有一些著名数学家的生平,尤其是有一些早期数学家在20岁左右就有了很大成就的故事,比如伽罗瓦不满19岁就创建了群论,高斯19岁解决正多边形作图的判定问题,而他们当时的年龄与高职生属同龄人,高职生特别喜欢听,可见在教学中加入这些学生感兴趣的内容,使数学课堂变得更轻松,消除了学生对数学的恐惧感,激发学生学习高等数学的兴趣。
1.2 对学生人格成长产生作用
数学史记录着世界历史上伟大的数学成就、重要的数学推理、影响深刻的数学问题等。数学史中也记载着国内外许多数学家献身科学的故事。无数的数学家们为了探索真理甚至付出毕生的努力,例如古希腊阿基米德在敌人危及自己生命的紧要关头仍在数学研究之中,为的是“我不能留给后人一条没有证完的定理”。欧拉双目失明,但他仍以坚强的毅力继续写论文,这些科学家的故事对那些在平时学习中遇到稍微繁琐的计算就厌烦的学生来说就是一次很好的人格教育,对于他们正确看待学习过程中遇到的困难,树立学习数学的信心会产生重要的作用。所以数学是一门融合世界各民族文明成果的科学。向学生介绍国内外一些数学家为数学而献身的感人事迹,让学生在潜移默化中心理上受到熏陶以培养他们顽强的毅力。有助于学生人格的成长。
2. 以微积分教学为例来说明相关数学史在教学中的作用
记得某位名人说过:如果将整个数学比作一棵大树,那么初等数学是树根,各数学分支是树枝,而树干的主要部分就是微积分。由此可看出微积分的重要地位以及它和各科之间的关系。微积分也是高职院校中很重要的一部分内容,而且与微积分相关的数学史知识特别多,笔者在讲授这部分内容时,给学生补充了以下相关的数学史知识,起到了很好的教学效果。
2.1 最早的微积分思想:公元前三世纪阿基米德在研究球冠面积时就有了一些积分学的思想。我国《庄子》一书的中有“一尺之棰,日取其半,万世不竭”;.三国时期的刘徽在割圆术中提到“割之弥细,所失弥小,割之又割,以至于不可割,则与圆周和体而无所失矣。”这些都是较早的微积分的思想。
2.2 对于课本中重要的牛-莱公式的来历:十七世纪下半叶,英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼兹分别独自研究和完成了微积分的创立工作,牛顿在1671年写了《流数法和无穷级数》,莱布尼茨在1684年发表了现在世界上最早的微积分文章,由于他所创设的微积分符号优于牛顿的符号,所以现在用的微积分符号就是当时莱布尼兹创造的。但一门科学的创立决不是某一个人的业绩。它必定是经过多少人的努力后的基础上,最后由几个人总结完成的。在提出谁是这门学科的创立者的时候,历史上竟然造成了欧洲的数学家和英国数学家的长期对立并争论近百年。牛顿创立微积分要比莱布尼兹早10年左右,但是正式公开发表莱布尼兹却要比牛顿发表早三年。所以后人把这个计算定积分的公式叫做“牛顿-莱布尼兹公式”。
2.3 给学生讲解了牛顿等人的生平:学生对牛顿这个名字都非常熟悉,但是不知道牛顿的具体生平,我给同学们做了一些介绍:牛顿(1642~1727)是英国数学家、物理学家、天文学家、哲学家。牛顿为了科学事业而终身未娶。牛顿大学期间伦敦地区流行鼠疫,牛顿回到了家乡并在乡村隐居了两年,经常思考各种问题以探索大自然的奥秘,这期间他有了三大发现:微积分、万有引力、光谱分析。牛顿是一位非常谦虚的大科学家,他的一些名言对当今每一个人都有很强的激励作用,比如他说“我之所以成功,那是因为站在巨人肩上。”; “没有大胆的猜想就做不出伟大的发现。”;“胜利者往往是从坚持最后五分钟的时间中得来成功。”。“我不知道世人怎样看我,但我不过是一个在海边玩耍的孩子,不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜,而在我面前的仍是一片浩翰的真理海洋。”
总之事实证明,知识丰富的老师比那些授课时乏味的教师受学生欢迎,而在高等数学的课堂上,教师在介绍一些枯燥的数学概念的时候,不失时机地向学生渗透一些有关的数学历史背景,尤其是一些著名数学家的趣事,一定会起到意想不到的效果。作为一名数学教师要多学习和搜集有关的数学史知识,通过穿插这方面的知识一方面开阔了学生的视野,另一方面也调动了学生学习的积极性。笔者借此呼吁:让我们的学生适当了解一些数学的历史吧,它会使数学课堂更愉快、更轻松。
根据高中数学课程改革的要求,“体现数学文化价值”的理念逐渐被教育界所关注.数学名题[1]是古今中外数学家的智慧结晶,充分体现了数学历史文化的价值.将数学名题应用于高中教育教学中,有助于提高学生学习数学的热情和数学素养.
近几年,高中教师经常利用数学名题背景作为课堂教学的一部分,丰富教学内容,提高教学质量,培养学生的自主探究能力与逻辑思维能力.高中教材必修5第二章数列第二节的“课题引入”讲到“高斯求和的计算方法”.本文通过“等差数列的前n项和”的教学片断说明数学名题――“高斯求和”在高中教学中的应用.
1.环节一:引入新课
在开始本节课的学习之前,老师会介绍一个有关著名数学家高斯求和的故事.小高斯上小学四年级时,一次教师布置了一道数学习题:“把从1到100的自然数加起来,和是多少?”年仅10岁的小高斯略一思索就得到答案5050,这使教师非常吃惊,那么高斯是采用了什么方法巧妙地计算出来的呢[10]?
1+2+3+...+100
S■=1+2+...+99+100
S■=100+99+...+2+1
将以上两式相加:
2S■=101+101+...+101+101
S■=■=5050
【设计意图】引出数学家高斯求和的故事,激发学生学习求知欲,丰富学生的数学历史知识,培养学生的自主探究意识.
问题:设数列{a■}是等差数列,求a■+a■+...+a■.
【设计意图】将特殊的等差数列求和一般化,增强学生总结归纳的能力.
2.环节二:公式推导
设等差数列{a■}的前项和为
S■=a■+a■+...+a■+a■.
也可以写成
S■=a■+a■+...+a■+a■.
两式相加得
2S■=(a■+a■)+(a■+a■)+...(a■+a■)=n(a■+a■).
所以S■=■.
分组证明,合作交流,解读探究,展示成果,教师引导学生结合前面的实例推导出公式并告之这种推导方法叫做倒序相加法.
【设计意图】有前面的实例作为铺垫,学生能较容易地完成公式的证明,产生一种成就感及继续探索的欲望.对亲自参与推导的公式,学生的印象会非常深刻,进而突出了重点,突破了难点.体现了由特殊到一般的认知过程.
说明:在公式中有下列五个量:
(1)a■:首项,d:公差,a■:末项,m:项数,S■:前n项和.
(2)公式形式类似梯形面积公式.
(3)五个量知三求一.
该公式是等差数列的前项和的基本公式,为了加深学生的理解记忆,类比梯形面积公式.这里的上底是等差数列的首项a■,下底是第n项a■,高是项数n.引导学生总结:这些公式中出现了几个量?
3.结语
利用著名数学家高斯解决问题有趣的故事激发学生对等差数列的思考及兴趣,可达到很好的教学效果。把数学名题适当地应用到高中数学教学过程中,不仅能丰富学生的知识面,而且能提高学生的数学素养,达到数学教育的目的。
我国高校从1995年开始有组织地开展大学生文化素质教育工作,至今已有十余年。它作为高校素质教育的切入点和基础,对全面推进素质教育,起到了明显的作用。较之那时的做法,现在的大学生文化素质教育,有了两个方面的进步:一是从主要关注课外活动,发展为同时也关注课堂教学;二是从主要关注人文素质教育发展为同时也关注科学素质的教育,以及关注科学素质与人文素质的交叉。教育部1999年、2006年先后批准建立的共计93个“国家大学生文化素质教育基地”,给该项工作的实施提供了良好的组织保障。
南开大学是1999年首批建立的32个“国家大学生文化素质教育基地”之一,在积极组织各类课外活动的同时,也十分重视相关的课程建设;现在全校已开设文化素质教育类的课程近百门。“数学文化”课就是在这样的背景下,于2001年2月应运而生的,至今已经讲授了9轮。六年多的实践证明,“数学文化”课无论在课内还是课外,都对大学生文化素质教育起到了很好的作用,成为校园文化的一道亮丽风景,受到学生的广泛欢迎。
一、“数学文化”课在课堂内的文化素质教育
南开大学的“数学文化”课,是文化素质教育类的校公共选修课,主要教授数学的思想、精神和方法;课程宗旨是提高大学生的数学素质、文化素质和思想素质。
“数学文化”课虽然主要以知识为载体,却不以传授数学理论知识为主要目的,而是以教授数学思想为主,以提升学生的数学素养为主。现在的数学课,由于各种原因,常常采取重结论不重证明、重计算不重推理、重知识不重思想的讲授方法。学生为了应付考试,也常以“类型题”的方式去学习、去复习。一个大学生,虽然从小学、中学到大学,学了多年的数学课,但大多数学生仍然对数学的思想、精神了解得较肤浅,对数学的宏观认识和总体把握较差,数学素养较差;甚至误以为学数学就是为了会做题、能应付考试,不知道“数学方式的理性思维”的重大价值,不了解数学在生产、生活实践中的重要作用,不理解数学文化与诸多文化的交汇。大学生毕业后走入社会,如果不是在与数学相关的领域工作,他们学过的具体的数学定理、公式和解题方法可能大多用不上,而他们有所欠缺的数学素养,反而是让人终生受益的精华。“数学文化”选修课的重点正在于提高学生的数学素养,所以受到大学生的广泛欢迎。
一般的数学课,是以数学的知识系统为线索来组织教学的;而南开大学的“数学文化”课,则是从数学典故、数学问题、数学方法、数学观点、数学思想等角度切入,进行教学。例如,历史上三次数学危机的典故、有限与无限的问题、类比的方法、抽象的观点、数学审美的思想等。课程组织的材料比较丰富,涉及的数学知识又深浅适当,使各专业的学生都能听懂并有所收获。全校近70个专业,都有学生选修过该课。该课程采用教师讲授、课堂讨论、学生演讲等多种师生互动的教学方法,激发了学生的积极性,效果很好,为素质教育开创了一个新的途径。
一位学生写道:“数学文化课向我展示了数学极富魅力的一面。不是以往数学课上的定理、公式、计算和题海,而是数学的思想、精神和方法。我第一次用美学的眼光来看待数学;第一次了解到数学在各个领域所发挥的重要作用;第一次走进数学史的长河,去追随数学家的足迹;第一次体会到数学中浓郁的人文精神;第一次知道曾深刻影响人类社会发展进程的三次数学危机,希尔伯特的23个问题等等。”
学生通过选修这门课程,既把多年来学习的数学知识上升到观点、精神、方法、思想的层次上,又从文化和哲学的角度反观数学发展中的规律;既学习了历史上的重大数学事件,又学习了科学家、数学家的情感、品德和价值观;既了解到社会进步对数学的推动作用,又了解到数学发展对社会文明的推动作用。
“数学文化课使我们对数学本质的认识豁然开朗,使我们学会以数学方式的理性思维去观察和研究世界。”这是曾经选修过该课的一位学生真切的体会,也代表了很多同学的心声。
有的学生说,“这门课使我们从一个崭新的领域感受到了‘文化’的深刻内涵,让我们从另一个视角品味数学,形成大局观念。”也有的学生说,“数学家从定理公式背后走出来,使数学中‘人’的因素得到凸显。例如课上讲的希尔伯特捍卫真理、不屈从权贵的事迹,使我产生崇敬的感觉。这些,赋予了数学人文意味。”
二、“数学文化”课在课堂外的文化素质教育
南开大学的“数学文化”课对课外活动的影响,可以从学校举办的一次讲座说起。下面的两个自然段,摘自校内刊物对该讲座的报道。
2006年12月1日,南开大学范荪楼的报告厅座无虚席,首届高等学校教学名师奖获得者顾沛教授的讲座在此进行,讲座的题目是“邮票中的数学文化”,副标题是“从勾股定理到费马犬定理”。该讲座由南开大学文化素质教育基地和天津市集邮协会共同举办。
讲座展示了上百张有关教学的邮票、邮资明信片和邮资信封,并以其中丰富多彩的邮资图为线索,从世界上不同地域和民族早年各自独立发现勾股定理,谈到中国古代数学家对勾股定理的证明,谈到上个世纪最重要的数学成就――维尔斯传奇性地证明了费马大定理,再谈到中国2002年举办国际数学家大会以及大会会标中蕴含的故事,妙趣横生。听众不仅从中学到了新鲜生动的教学史,感悟到数学的思想和魅力,而且也了解到许多集邮知识。学生普遍反映,听这种讲座,大开眼界,受益良多。有的学生说:“我从来没有想过,数学还能讲得这样通俗,这样生动,又这样精彩。”
报道中提到的“2002年中国举办国际数学家大会的会标中蕴含的故事”,是这样的:国际数学家大会,简称ICM,由国际数学联盟举办,是每四年举行一次的世界数学家的盛会,也是最高水平的全球性数学科学学术会议,会议上颁发的“菲尔兹奖”,被誉为“数学诺贝尔奖”。2002年的ICM在中国北京举行,有4000多名代表与会。这是国际数学家大会105年来第一次在发展中国家举办,表明了中国数学国际地位的上升。国家邮政局为此发行了一枚邮资明信片,邮资图就取自大会会标,由4个全等的直角三角形及它们围成的一个正方形构成。这样的几何图案象征着“数学”,同时又是三国时期的数学家赵爽,用中国古代独创的“出入相补”方法证明“勾股定理”的图解。这是历史上关于“勾股定理”证明的较早记载。记录这一证明的赵爽注《周髀算经》宋刻本,现存上海图书馆。2002年国际数学家大会会标主图的几何图案,就是该证明中所用“弦图”的简化和艺术化。
这些关于数学史、数学家、数学方法、数学精神的内容,既包含了人文素质和科学素质的教育,也包含了爱国主义和历史唯物主义等思想素质的教育。
数学是很深奥的,这对具有极高造诣的数学大师来说也不例外。在我们所看到的连贯的理论和优美的定理背后,浸透着数学家艰辛的眼泪和痛苦的尝试,当然也有最终解出问题时的开怀大笑和幸福的满足。从事数学研究需要想象力和勇气,也需要勤奋、耐心、投入、激情和赢得科学皇后芳心的适当策略,这与成为诗人和音乐家所要求的素养一样,或者更通俗一点,正如同我们追求自己的真爱一样!
数学家通常都是满怀感情的。以欧拉为例,他是历史上最多产的数学家之一。他有13个孩子。他喜欢把最年幼的孩子放在膝上,而其他的孩子则围着他到处玩耍。就是在这样的环境下,他创造并记载下了许多伟大的想法,撰写了大量的书籍和论文,泽被后世。冯诺伊曼,现代计算机和博弈论之父。他凭着自己如存储器般的记忆力身临其境般地向未婚妻历数巴黎的风景名胜,最终赢得了她的芳心。