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从数学故事中领悟逻辑思维的真谛
编辑日期:16-03-22  来源:来自网络  发稿人:开封市一师附小nbsp; [ 关 闭 ]

【导读】数学是什么,远远比数学怎么学更加重要。只有准确地把握数学学科的本质特点,才能有效地学习。
我们知道数学有三大特性,即抽象性、严密性和应用的广泛性,一方面我们必须从数学三大特性的高度理性地认识数学,另一方面我们需要对数学的特点有着更具体、更鲜活、更有意蕴的理解。于是我们选取了一组关于数学的精粹而有意蕴的故事,期望借助数学故事真切地感悟数学的真谛。

故事一:烧水的问题
有好事者提出这样一个问题:“假如你面前有煤气灶、水龙头、水壶和火柴,你想烧些水应当怎样去做?”
被提问者答道:“在壶中放上水,点燃煤气,再把水壶放到煤气灶上。”
提问者肯定了这一回答,接着追问:“如其他条件不变,只是水壶中已有了足够的水,那你又应当怎样去做?”
这时被提问者很有信心地答道:“点燃煤气,再把水壶放到煤气灶上。”
但是提问者说:“物理学家通常都这么做,而数学家们则会倒去壶中的水,并声称已把后一问题转化成先前的问题。”
感悟:
数学家“倒去壶中的水”似乎是多此一举,故事的编创者不是要我们去“倒去壶中的水”,而是引导我们感悟数学家独特的思维方式──转化。

学习数学不是问题解决方案的累积记忆,而是要学会把未知的问题转化成已知的问题,把复杂的问题转化成简单的问题,把抽象的问题转化成具体的问题。数学的转化思想简化了我们的思维状态,提升了我们的思维品质。转化不是就事论事、一事一策,而是发掘出问题中最本质的内核和原型,再把新问题转化成与已经能够解决的问题。
转化思想是数学的基本思想,它应贯穿在我们数学教与学的始终。

故事二:两只羊的描述
草地上有两只羊,在艺术家、生物学家、物理学家、数学家看来却有不同的感受与理解,下面是他们的的描述。
艺术家:“蓝天、碧水、绿草、白羊,美哉自然。”
生物学家:“雄雌一对,生生不息。”
物理学家:“大羊静卧,小羊漫步。”
数学家:“1+1=2。”
感悟:
从故事中不同职业的人对两只羊的描述,我们感受到艺术家对自然美的关注,生物学家对生命的关注,物理学家对运动与静止的关注,而数学家从色彩、性别、状态中抽象出数量关系:1+1=2,这是数学高度抽象性的体现。
在数学教与学中,学生的数学学习要经历具体—表象—抽象的过程,教学时要在直观物体和抽象概念之间构建桥梁,从而引导学生把握事物最主要、最本质的数学属性。
抽象有一个学生经历的过程,而不是直接告诉学生抽象的结果。数学抽象本身又是一个不断提高的过程,这一过程永无止境。

故事三:篱笆围面积
一位农夫请了工程师、物理学家和数学家,让他们用最少的篱笆围出最大的面积。
工程师用篱笆围出一个圆,宣称这是最优设计。
物理学家说:“将篱笆分解拉开,形成一条足够长的直线,当围起半个地球时,面积最大了。”
数学家好好嘲笑了他们一番。他用很少的篱笆把自己围起来,然后说:“我现在是在篱笆的外面。”
感悟:
工程师的设计是实用的、唯美的,不愧是“最优设计”。物理学家的思维具有奇特的想象力,篱笆可无限地分解拉开,似乎围成的面积已经是“最大了”。数学家是用很少的篱笆把自己围起来,然后说:“我现在是在篱笆的外面。”工程师和物理学家力图围出最大的面积,而数学家是先围出最小的面积。人们说,退一步海阔天空,而数学家何止是退一步,是反其道而行之。“反其道”是一种逆向思维的品质。
逆向思维是创造思维的组成部分。在我们面对“山重水复”之时,逆向思考常常使我们找到“柳暗花明”之路。数学教与学应使逆向思维成为学生应有的自觉意识和实践行为。

故事四:苏格兰的羊
三位科学家由伦敦去苏格兰参加会议,越过边境不久,发现了一只黑羊。
“啊,”天文学家说,“原来苏格兰的羊是黑色的。”
“得了吧,仅凭一次观察你可不能这么说。”物理学家道,“你只能说那只黑色的羊是在苏格兰边境发现的。”
“也不对,”数学家道,“由这次观察你只能说:在这一时刻,这只羊,从我们观察的角度看过去,有一侧表面上是黑色的。”
感悟:
著名的思想家培根说过:“数学使人精确。”故事中的数学家对苏格兰羊的描述充分体现出数学的严密性。
数学是思维的体操,语言是思维的外壳,数学的理性思维是建立在数学概念、数学定理等数学语言的严密界定之上的。数学语言的简洁、精炼、严密的特性需要我们在平时的数学教育教与学中不断地锤炼教学语言,并进而通过数学语言的训练提升思维的品质。

故事五:三角形的内角和
美籍华人陈省身教授是当代举世闻名的数学家,他在北京大学的一次讲学中语惊四座:
“人们常说,三角形内角和等于180度。但是,这是不对的!”
大家愕然。怎么回事?三角形内角和是180度,这不是数学常识吗?
接着,这位老教授对大家的疑问作了精辟的解答:“说三角形内角和为180度不对,不是说这个事实不对,而是说这种看问题的方法不对,应当说三角形外角和是360度。”
“把眼光盯住内角,我们只能看到:
三角形内角和是180度;
四边形内角和是360度;
五边形内角和是540度;
……
n边形内角和是(n-2)×180度。
这就找到了一个计算内角和的公式。公式里出现了边数n。如果看外角呢?
三角形的外角和是360度;
四边形的外角和是360度;
五边形的外角和是360度;
……
任意n边形外角和都是360度。
这就把多种情形用一个十分简单的结论概括起来。用一个与n无关的常数代替了与n有关的公式,找到了更一般的规律。”
感悟:
读罢陈省身的故事,我们想起数学家波莱尔的一段话:“数学家的目的往往是寻求一般的解,他喜欢用几个一般的公式来解决许多特殊的问题。”
数学教学不是罗列更多的现象,也不是追求更妙的技巧,而是要从更普遍的、更一般的角度寻求规律和答案。

故事六:树上有几只鸟
某日,老师想看看学生的智商如何,于是有了下面的对话。
老师问:“树上有10只鸟,开枪打死1只,还剩几只?”
学生反问:“您确定那只鸟真的被打死了吗?”
“确定。”
“是无声手枪吗?”
“不是。”
“枪声有多大?”
“80~100分贝。”
“那就是说会震得耳朵疼?”
“是。”
老师已经不耐烦了,“拜托,你告诉我还剩几只就行,OK?”
“OK,树上的鸟有没有聋子?”
“没有。”
“有没有关在笼子里的?”
“没有。”
“边上还有没有其他的树?树上还有没有其他的鸟?”
“没有。”
“算不算怀在肚子里的小鸟?”
“不算。”
“打鸟的人眼有没有花?保证是10只?”
“没有花,就10只。”
老师已经满头是汗,且下课铃已响了,但学生还是追问。
“有没有傻到不怕死的?”
“都怕死。”
“会不会一枪打死2只?”
“不会。”
“所有的鸟都可以自由活动吗?”
“完全可以。”
“如果您的回答没有骗人,”学生满怀信心地说,“打死的鸟要是挂在树上没掉下来,那么就剩下1只;如果掉下来,就1只不剩。”
老师当即晕倒……
感悟:
读完上述故事,我们似乎也有晕倒的感觉。树上有几只鸟,本是一道趣味数学题。数学需要趣味,那怕这种趣味带点幼稚,答案不够周密。“趣味数学”是激发学生数学想象、数学情趣及思维火化的有效素材。趣味数学题一旦“坐实”,就失去了生机与活力。故事中的学生似乎有点“走火入魔”,这会不会与刻板的教学有关呢?
如果开放题被肢解成一道道封闭题,就违背了开放的本意。数学需要开放,开放的目的是发散思维,开放的本质是思维。数学的教与学中需要开放,开放包括教学组织及整个设计,不可狭隘地理解为一道数学题,而是一个贯穿教学过程的主题,开放题只是载体与素材,开放应上升为一种思想。
诸如“树上有几只鸟”之类的话题,您也许别有一番高见,智者见智、趣者见趣,最后还是让我们读读下面两段文字:
“甚至在数学上也是需要幻想的,甚至没有它就不可能发明微分。”(列宁语)
“没有大胆的猜想,就做不出伟大的发现。”(牛顿语)

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