隨著新課程改革的不斷進行與素質教育的深入推進,“數學文化”和“數學人文價值”受到了普遍的重視。
在 2003 年教育部制定的《普通高中數學課程標準》中明確指出:“讓學生對數學內容、思想和方法的演變、發展歷程有一個基本的了解,體會歷史上數學學科的發展對人類文明所帶來的影響?!边@標志著數學史作為選修模塊已被納入普通高中數學課程體系之中。然而,在中職數學教學中,受各種主客觀因素影響,數學史的應用并未得到應有的重視,對于很多中職學生來說,數學是一門抽象難懂、枯燥無味的學科,他們普遍存在著“畏學”與“厭學”的情緒,教學水平和學習效果并不理想。因此,新課程改革下要重視數學史的應用,以提高中職數學教學水平。
美 國 數 學 家 和 數 學 史 學 家 克 萊 因(MorrisKline)十分重視數學史對數學教學的價值,其明確指出:“如果試圖將數學學科與它的歷史割裂開來的話,我們確信沒有哪一門學科會比數學損失得更多?!边@句話是對數學教育與數學史之間關系的一個很好的詮釋。那么如何在中職數學教學中融入數學史的內容呢?筆者根據教學實踐,從以下幾方面進行闡述。
一、中職數學教學中融入數學史的途徑
1. 課堂前奏插入數學史,引起學生的探索欲望。知識的產生來源于生活的需要,我們學習數學知識的目的是為了能用所學到的知識分析和解決現實生活中的問題。但在我們使用的教材中,一般不會介紹這些知識的創立和發展過程,學生學習過程中普遍覺得這些知識對實際生活無用,但事實并非如此。因此,中職數學課堂教學中,教師在授課開始前,可以對接下來所要講授的知識的源起進行介紹,解釋這些知識的產生在數學史上的價值。比如,在學習等差數列求和的時候,可以引入德國著名數學家高斯(C.F.Gauss)的故事:高斯的數學老師是布特納,一天老師布置了一道題:1+2+3……+100.高斯很快就算出了答案,起初高斯的老師布特納并不相信,但高斯說出答案就是 5050,他是這樣算的:1+100=101,2+99=101……1 加到 100 有 50 組這樣的數,所以 50×101=5050.通過引入高斯的計算過程,彰顯知識的實用性以及解決問題的方式和數學思維。
2. 創設情境融入數學史,激發學生的學習興趣。情境教學是一種非常重要的數學教學方法。根據教學內容的不同創設不同的、真實化的情境,這不僅有助于學生對數學知識的理解,更有利于激發學生的數學學習興趣。比如,在講授“復數”知識時,筆者設計了幾個求解方程的問題,當解到方程“x2+1=0”時,學生不約而同回答“無解?!苯酉聛?,筆者說:“在實數范圍內,這個方程是無解的,但學習了本節課后,這個方程也有解了。
那么它的解到底是個什么數呢?”接下來在課件中先介紹復數的由來。1545 年,意大利著名數學家卡丹第一次開始對虛數進行討論研究,但在當時不被人們所接受,后來法國有名的數學家笛卡爾在《幾何學》中將“虛的數”與“實的數”相對應起來,才有了“虛數”這個名字,再到 1777 年,瑞士數學家歐拉用符號“i”表示“-1”的平方根,即 i= -1%姨,就這樣“i”成了虛數的單位。
后人將實數和虛數結合起來,寫成 a+bi 的形式(a、b 均為實數),這就是復數。當介紹完復數的由來后,再回到剛才的方程,學生就能回答出方程的解是“±i”.通過創設這樣的問題情境,這個時候學生的興趣一下子就激發出來了,產生了探究和求知的欲望。
3. 解答習題滲入數學史,提高學生的思維能力。
歷史名題一般都直接或者間接提供了相應數學知識的真實背景,或者體現了一定的數學思維方法。對于學生來說,通過對這些歷史名題的解答,可以增加對數學知識的理解,枯燥乏味的題目也因此變得生動有趣。
比如,在解一元一次方程這節課的習題中,設計了這樣一個題目:丟番圖是希臘時代數學獲得重大發展時的代表人物,曾被譽為代數學的鼻祖,但他的生平事跡沒有記載下來。在一本大約是 4 世紀時的希臘詩文選集上,有一首短詩(有人說是丟番圖的墓志銘),敘述了他的生平:“丟番圖的一生,童年占11,又過了一生的112才長胡子,又過了一生的112他結了婚,5 年后生一子,子只活了其父年齡之一半,子死后 4年丟番圖亦離開人世?!备鶕@首詩,你知道丟番圖活了多少歲嗎?學生只要列出方程,就馬上解答出來是84 歲。
這些歷史名題流傳久遠,影響廣泛。通過對這些問題的解答,學生數學思維能力在無形當中得到了提高。
4. 課外閱讀豐富數學史,培養學生的創造思維。
愛因斯坦曾說:“想象力比知識更重要,因為知識是有限的,而想象力概括著世界的一切,推動著進步,并且是知識進化的源泉?!痹趯W習過程中學生能獨立地掌握數學知識,會對已知定理或公式有“重新發現”或“獨立證明”,能提出自己的見解的,都可看作是創造性的思維成果。
比如,在學習柱體體積公式前,先閱讀相關資料,了解祖暅原理,以及它創立和發展的過程。祖暅是我國南北朝時期杰出的數學家祖沖之的兒子,博學多才,曾在公元 504 年、509 年和 510 年三次上書建議采用祖沖之的《大明歷》,最終實現了父親的遺愿。祖暅在推導球體積公式時的方法非常巧妙,其理論依據是:“冪勢既同,則積不容異?!逼渲小皟纭敝傅氖墙孛娣e,“勢”是立體的高。這條命題翻譯成現代文就是:
“夾在兩個平行平面間的兩個幾何體,被平行于這兩個平行平面的平面所截,如果截得兩個截面的面積總相等,那么這兩個幾何體的體積相等?!辈贿^這個命題在國外通常被稱為“卡發雷利原理”或“卡發雷利定理”.卡發雷利是意大利米蘭人,伽利略的學生,波倫拿大學教授,是 17 世紀意大利數學家中影響最大的一個,這個定理是他于 1635 年在波倫拿出版的名著《連續不可分幾何》一書中提出的。通過這些歷史資料的講述,不僅可以加深學生對知識的理解,而且對培養學生的創造性思維具有十分重要的意義。
5. 多層次深體驗數學史,挖掘學生的潛在能力。
將數學史融入中職數學課堂教學,不僅可以有效彌補教材的缺陷,還原數學知識的原貌,而且可以讓學生獲得課文教學之外的另外一種教學體驗,提高學生的情商指數。這就要求教師不僅要充分把握教材中的知識內容和思想性,而且應采取靈活多樣的形式、多層次、輕松愉悅地進行教學。
比如,在復習勾股定理的時候,可以請學生欣賞和觀察一枚在 1955 年為紀念畢達哥拉斯學派由希臘發行的郵票,接下來可以請學生就直角三角形三邊之間的關系進行回答。在得到勾股定理之后,教師可以介紹早在三千多年前,我國周朝數學家商高就發現勾股定理的一個特例:勾三、股四、弦五,這個發現早于畢達哥拉斯定理五百到六百年。再比如在講極限的時候,教師可以利用亞里士多德的烏龜和兔子賽跑的悖論,活躍課堂氣氛,并鼓勵學生挖掘故事背后蘊含的知識和道理。
二、中職數學史內容選擇應注意的事項
滲透數學史時應該如何選取數學史的內容?數學史的有效應用可以起到事半功倍的作用,反之,應用不當,則會喧賓奪主。在數學史內容的選擇上,我們應當注意以下兩個事項:
1. 結合教學的需要,具有針對性。在數學史內容的選取上,應當具有針對性。這就需要我們的中職數學教師從教學需要的角度出發,選擇適當的數學史內容。比如,在講解二項式定理時,通過講解所要實現的教學目標就是二項式定理的特征及與二項式系數之間的關系。因此,在選取數學史知識時,無論是楊輝三角還是賈憲三角的產生以及演變并不重要,而是要結合教學目標,真正加深學生對這一定理的認識和理解。
2. 結合學生的認知特點,具有可接受性。中職學生的數學基礎水平普遍比較差,接受能力偏低。因此,在選取數學史知識時,一定要結合學生的認知特點,使數學史知識真正能夠融入數學學習中來。比如,在學習三角函數的時候,涉及三角學以及三角函數的創立和演變的史料有很多,早在公元前 300 年,古代埃及人已有了一定的三角學知識,主要用來測量,公元前 600 年左右,古希臘學者泰勒斯利用相似三角形的原理測出金字塔的高,成為西方三角測量的肇始。公元 2 世紀,希臘天文學家希帕霍斯為了天文觀測的需要,作出了一個和現在三角函數表相仿的弦表等。但是這些史料對于中職學生來說特別陌生和晦澀,若選取這些史料,則會起到相反的作用,教師可以選取中國古代的三角測量及三角函數相關史料就可以達到目的。
實踐證明,數學教學中利用數學史在有效激發學生數學學習興趣、幫助學生明晰數學發展過程和更好地理解數學等方面都起著不可忽視的作用。新形勢下中職數學課堂教學應加強數學史的應用,體現職業教育的特點,緊密結合學生的專業需求,提高學生的數學修養和能力,充分發揮數學教學對專業教育的服務功能,讓數學史真正為我們的中職教學添新彩。
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