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數學教育與數學美是推進素質教育的一項重心工

探究數學美是推進素質教育改革的目標,如何在數學教學的過程中展現數學美,讓學生感受美、培養美、創造美將是今後教育工作者的重心工作。

一、什麼是數學美

數學美就在我們的生活中,我們時刻與美相伴。正如英國羅素所說:「數學,如果正確地看它,不但擁有真理,而且具有至高的美,正像雕刻的美,是一種冷而嚴格的美,這種美不是投合我們天性微弱的方面,這種美沒有繪畫或音樂的那樣華麗裝飾;它可以純凈到崇高的地步,能夠達到嚴格仍只有最偉大的藝術才能顯示的那種完美的境地。」可見數學美是一種完全和諧的美、抽象的美。

數學家克萊因認為:「數學是人類最高超的智力成就,也是人類心靈最獨特的創作,音樂能激發或撫慰情懷,繪畫使人賞心悅目,詩歌能動人心弦,哲學能使人智慧,科學可改善物質生活,但數學能給予以上的一切」。美,作為現實的事物和現象,物質產品和精神產品、藝術作品等的屬性總和,具有勻稱性、比例性、和諧、色彩變幻、鮮明性和新穎性,作為精神產品的數學除了具有上述美的特徵,更具有它自身的簡潔性、統一性和奇異性:

(1)簡潔性。簡潔而簡單、對稱、和諧是數學美的基本內容之一,球的定義:「到定點的距離等於定長的所有點的集合。」如此簡潔、和諧統一。

指數函數與對數函數圖像關於直線y=x對稱;二項式展開式(a+b)n+C0n+C1nan-1b+ C2nan-2b2+…+Cnnbn,其係數的對稱性,都給人們留下簡潔美的感受。

(2)統一性。數學美的統一性是指數學中部分與部分、部分與整體之間的和諧和一致。通過映射,把函數的定義域和值域建立一一對應關係,通過直角坐標系的建立,把點的坐標與數對應統一;三角形的三條中線、角平分線、高線分別相交於一點,無不體現了數學的協調美、統一性。

(3)奇異性。奇異是相對於常識或平凡而言的,是對傳統的突破。表現為結論的奇異性是指結論的新穎奇巧、出乎意料,往往引起思想上的震動。例如:122=144換一下次序212=441。從數的發展史上,由正數、負數、有理數、無理數,人們認為足以夠表達了,但複數的出現,又打破了任何數的平方都是一個非負數的思想,引進了i2=-1的結論。

二、數學美與數學課堂教學

中學數學教學並不滿足於數學美的論述,更重要是如何在數學教學過程中展現數學美的思想,使學生能夠感受和欣賞數學美,把數學的美育功能真正落實在中學在數學課堂上。

(1)展示數學的美感,提高學生學習的積極性和創造性。在教學過程中,由於數學的抽象性和嚴謹性,常常使學生感到數學的枯燥和無味。美從何處而來?如何體現數學美?這將是數學老師們苦苦尋找的問題。通過心理研究發現:學生的學習要有動機,而這個動機的產生必須培養學生學習興趣,才能對數學這門學科的學習保持高昂的熱情和無限的求知慾望,在求知慾望驅使下,引導學生不斷探索數學的奧妙,領略數學的美感,把一個枯燥無味的數學變得生動活潑、有趣、令人陶醉。例如:學習橢圓定義及性質時,課本中橢圓的定義是平面內兩定點F1、F2的距離的和等於常數2a(2a>|F1F2|)的點的軌跡叫做橢圓,如此抽象的數學語言,讓學生感到茫然。在教學中,我們可採用讓學生自己動手的辦法,取一條細繩,用圖釘固定兩端,用粉筆將繩子拉緊,使筆尖在圖板上移動,所走過的軌跡就是橢圓,讓學生形象地感受橢圓圖形,增添美感,保持學習興趣,使課堂氣氛活躍,效果良好。又如:在學習對稱軸和軸對稱圖形中,先讓學生用一張白紙折成一架紙飛機,讓它們在空中自由飛翔,比一比,誰的飛機飛得最高、最遠,引導學生思考飛機的製成必須保持平衡,才能飛得最高、最遠,從而引入本節的主要內容――軸對稱的問題。通過這樣的課堂教學,培養了學生的自我動手能力,從中感受數學的樂趣,並教育學生數學來源於生活並指導生活,大大提高學生的數學學習的興趣,使學生初步掌握數學美的能力。

(2)保持對數學美的追求,但謹防在「美」中陷阱。數學學科的嚴謹與縝密和數學和和諧統一之間存在著一定的聯繫,在數學教學中,美的和諧體驗無時不在。

例如: 若a>b,則a+c>b+c

a+b=b+a

(a+b)c>a+b

這些公式和法則體現數學的對稱與和諧美。但美麗的外表,不一定是正確和真實的,用美學觀點猜測和認識數學規律,有時也並不正確。

例如:

cos(α+β)=cosα?cosβ?sinα?sinβ,

雖然,這些式子也是對稱和諧的,但違反了數學的真實性和邏輯性,數學的嚴謹性是容不下一粒錯誤的沙子,我們應該提醒學生,在培養審美意識的同時,還要不斷地認識和理解數學,只有經過嚴格的猜想、判斷、推理、證明,才能真正地理解和發現數學。

(3)培養數學審美的能力,加深對數學的理解。數學美,乃探究之美,只有通過不斷地探索,才能達到數學的頂峰,學過數學的人都有這樣的感受,征服一道數學題,就如在夜間茫茫大海中航行,忽然看到遠方有一盞明燈一樣,心情豁然開朗,萬分欣喜,這就是數學的魅力所在!在學習比例線段中,把長為c的線段分為a(較長)b(較短)的兩段,使之符合a∶b=c∶a,得到a∶c≈0.618,這正是最美 、最巧妙的比例,人們尊之謂:「黃金分割」。法國的巴黎聖母院、中國的故宮的構圖都融入了「黃金分割」的匠心,希臘人按「黃金分割」建造了埃及的金字塔,斷臂的維納斯的缺陷美,無不蘊含著數學的魅力,時刻等待著人們去發現與探索。

三、數學美與情感教育

情感教育的理論,是多年以來,在世界教育改革的潮流中崛起和發展起來的,情感是人對客觀事物是否符合自己的需要而產生的體驗。情感教育的含義一般認為是指由師生之間真誠的、積極的情感交流而造成的和諧、合作的教育氣氛,並建立最佳教學情境。教學過程是學生與教師之間相互交流的過程,教師除了傳道――授業――解惑,還有培養學生養成良好個人修養的任務。著名的義大利思想家布魯諾為了堅持哥白尼創立的「日心說」,被活活地燒死在羅馬廣場上;古希臘的學者認為球形是最完美的形體;畢達哥拉斯發現了勾股定理,他為直角三角形具有這種簡明、和諧的關係而讚歎;畢達哥拉斯認為「萬物皆數,美是數的和諧」;愛因斯坦12歲時,得到了一本歐幾里得幾何教科書,它的嚴謹、明澈和確定,給愛因斯坦留下了不可磨滅的印象。我國現代數學家陳景潤為我國的數學發展作出了巨大的貢獻,激發學生的學習興趣,養成愛國主義、集體主義教育,增強他們的民族自尊心、自信心和自豪感,保持嚴謹的工作態度和優良的學風。通過情感教育,培養學生勇於探索,追求真理的勇氣,增強學習數學的自信心和勇氣,敢於挑戰自我,敢於勇往直前。

數學就是一切美的化身。


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