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田红艳:数学课堂内的古典美

作者:田红艳    |    发布日期:2012年08月10日
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摘要:古代数学在新的教学理念,独特的媒体教学当中显示出它独有的古典之美。这样的古典之美深刻且永久,那么古代数学在现代教育中有什么样的意义,在数学教育中我们如何展现出古代数学的古典美,是本文研究主要问题。

关键字:古代数学   古典美   数学名题

每年,我们广西乃至全国都有各种优质课的选评或比赛,这些获得一等奖的作品中都各有特点,但是笔者发现有好几份作品的教学设计都有一个共同点:新课的引入特别出彩,有几个教学设计的引入运用了古诗词,或古代数学典籍中的例子,使新课有趣自然过度,在新的教学理念,独特的媒体教学当中显示出古典之美。那么古代的数学知识对于现代数学教育有一些什么样影响或意义?我们又应该如何运用这些古代的数学知识?

 

一、通过古代数学知识培养学生的数学素养

数学素养是指基本的数学思想方法和语言、基本的数学思维品质、基本的数学观念和意识或者说是数学文化中最基本的素质等。必要的古代数学知识的学习,可以让学生在数学的海洋里看到过去展望未来,在数学的发展史中感受数学的价值和数学对社会对人的思想的影响。教育部审定颁布的《普通高中数学课程标准(实验)(简称《标准》)前言部分“二、课程的基本理念”第8条中指出:数学是人类文化的重要组成部分。数学课程应适当反映数学的历史、应用和发展趋势,数学对推动社会发展的作用,数学的社会需求,社会发展对数学发展的推动作用,数学科学的思想体系,数学的美学价值,数学家的创新精神。数学课程应帮助学生了解数学在人类文明发展中的作用,逐步形成正确的数学观。为此,高中数学教材和数学课程提倡体现数学的文化价值,并在适当的内容中设立“数学史选讲”等专题。因此,数学课堂上,老师应选择性地介绍一些对数学发展起重大作用的历史事件和人物,反映数学在人类社会进步、人类文明发展中的作用,同时也反映社会发展对数学发展的促进作用。使学生通过古代数学知识的学习,了解人类社会发展与数学发展的相互作用,认识数学发生、发展的必然规律;了解人类从数学的角度认识客观世界的过程;发展求知、求实、勇于探索的情感和态度;体会数学的系统性、严密性、应用的广泛性,了解数学真理的相对性;提高学习数学的兴趣。

 

二、高中生应了解的古代数学知识

高中生应掌握的数学知识可以分两方面。一方面是与教材相关的数学史知识或相关数学家知识。比如高一《等差数列》一节中高斯的故事,从高斯的故事里可以让学生总结归纳等差数学求和的方法,并掌握重要的数列求和方法——倒序相加。比如在学导数时,老师可以给学生介绍牛顿与莱布尼茨与微积分发展的故事,和微积分发展中出现的一些问题及对物理数学的影响。

另一方面是,高中生应该了解一些古代数学中的出色成果,比如中国古代数学中的十进位进值、圆周率计算、贾宪三角形与代数方程的解法、比例算法及盈不足术等;也应该了解一些古代数学名题,比如

西方古代数学名题中的摆硬币问题:两个人轮流在一张圆桌上平放同样大小的硬币(两人拥有同样多的硬币,且两人的硬币合起来足够摆满桌子),每人每次只能摆一个,硬币彼此不能互相重叠.谁放下最后一枚而使对方没有位置再放,谁就获胜.试问是先放者获胜还是后放者获胜?怎样才能稳操胜券?

哥尼斯堡七桥问题:哥尼斯堡(今俄罗斯的加里宁格勒)18世纪东普鲁士的一个城市,流经市区的普列格尔河的河湾处,有两个小岛和七座桥.市民经常在此散步,于是有人提出了一个有趣的问题:能否在一次连续的散步中不重复地走过这七座桥?

伯努利难题:级数 的准确值。这是一个使雅各布·伯努利感到无能为力的数学问题,他曾经这样写道:“假如有人能够求出这个我们直到现在还未求出的和,并能把它通知我们,我们将会非常感谢他”。

 

三、古题新用

有些数学教师对古代数学知识不屑一顾,其实他们是没有意识到,很多的古代数学名题不知不觉中已经渗透到了学生的常规学习中。在这里我举两个例子说明。

117世纪中叶法国数学家帕斯卡与费马在往来的信函中讨论的"合理分配赌注问题",该问题可以简化为:
  甲、乙两人同掷一枚硬币。规定:正面朝上,甲得一点;若反面朝上,乙得一点,先积满3点者赢取全部赌注。假定在甲得2点、乙得1点时,赌局由于某种原因中止了,问应该怎样分配赌注才算公平合理。
  帕斯卡:若在掷一次,甲胜,甲获全部赌注, 两种情况可能性相同,所以这两种情况平均一下,
           乙胜,甲、乙平分赌注
  甲应得赌金的3/4,乙得赌金的1/4
费马:结束赌局至多还要2局,结果为四种等可能情况:
情况          
胜者 甲甲 甲乙 乙甲 乙乙
3种情况,甲获全部赌金,仅第四种情况,乙获全部赌注。所以甲分得赌金的3/4,乙得赌金的1/4
  帕斯卡与费马用各自不同的方法解决了这个问题。虽然他们在解答中没有明确定义概念,但是,他们定义了使某赌徒取胜的机遇,也就是赢得情况数与所有可能情况数的比,这实际上就是概率期望的最早研究。

对比2009全国卷Ⅰ理18题:甲、乙二人进行一次围棋比赛,约定先胜3局者获得这次比赛的胜利,比赛结束,假设在一局中,甲获胜的概率为0.6,乙获胜的概率为0.4,各局比赛结果相互独立,已知前2局中,甲、乙各胜1局。

 I)求甲获得这次比赛胜利的概率;

 II)设 表示从第3局开始到比赛结束所进行的局数,求 得分布列及数学期望。

这两个问题虽然不尽相同,可认真分析,我们会发现两个问题有很相似的背景。

 

2、杨辉三角中蕴涵了许多优美的规律。

     从数列知识方面可以提出以下问题:

1n阶杨辉三角中共有多少个数?

2n阶杨辉三角的通项公式是什么?即n阶杨辉三角中的第k行第r个数是什么?

3n阶杨辉三角的第k行各数的和是多少?所有数的和是多少?

    从排列组合知识方面我们介绍杨辉三角蕴含的以下基本规律

1)表中每个数都是组合数,第n行的第r+1个数是

2)三角形的两条斜边上都是数字1,而其余的数都等于它肩上的两个数字相加,也就是

3)杨辉三角具有对称性(对称美),即

4)杨辉三角的第n行是二项式(a+bn展开式的二项式系数,即


这个例子中我们可以看到,杨辉三角中蕴含着丰富的数学知识,通过一个问题的探讨可以让学生灵活运用数学知识,对数学知识产生深刻的印象。

 

在数学课堂上恰当地引入古代数学知识,最终说来也是为了“古为今用”。吴文俊对此有精辟的论述,他说:“假如你对数学的历史发展,对一个领域的发生和发展,对一个理论的兴旺和衰落,对一个概念的来龙去脉,对一种重要思想的产生和影响等这许多历史因素都弄清了,我想,对数学就会了解得更多,对数学的现状就会知道得更清楚、更深刻,还可以对数学的未来起一种指导作用,也就是说,可以知道数学究竟应该按怎样的方向发展可以收到最大的效益”。因此,我们数学课堂上古代数学知识给我们带来的古典美是一种深刻的美,一种不能忽视的美!

 

 

参考文献:

 

《论数学美育中的数学素养教育》,《桂林市教育学院学报》(综合版),张引玉;

《中国古代数学的辉煌成就 》,《通化师范学院学报》,李春华;

《普通高中数学课程标准(实验)》;

《三个著名古典数学问题解决中的创造性思维》,《商洛师范专科学校学报》,刘晓民。