新一轮《 数学课程标准》指出:通过 数学文化的学习,要使学生了解数学科学与人类社会发展之问的相互作用,体会数学的科学价值、应用价值、人文价值。开阔视野、寻求数学进步的历史轨迹,激发对数学创新原动力的认识,受到优秀文化的熏陶,领会数学的美学价值,从而提高自身的文化素养和创新意识。那么如何在日常数学教学中体现数学文化一直以来都成为了近年来数学教育研究中的热点问题。
课堂是学生学习这些数学文化知识的主要途径。为了适应课程改革,我们应与时俱进,用新的数学观,特别是用数学文化视角下的数学观来看待课堂教学,要让学生在学习数学的过程中真正受到优秀文化的熏陶,体会数学的文化品味,提高数学的文化修养。以下将阐述一些新视角,力求在课堂教学中多侧面的展现数学文化。
一、数学家与数学文化
在平时的备课过程中,应该注意对一些数学家相关的故事进行收集并作熟悉的了解,这样当在课堂上讲到相关内容、与学生交流、数学课外活动时就可以信手拈来,随时插入课堂教学中对学生进行数学文化的人文价值教育。如,在进行“圆柱体体积计算公式”教学时,可以先介绍曹冲称象的故事;在讲解“等差数列求和公式”时可以向学生介绍德国的“数学王子”高斯的小故事;在学习“二项式定理”时可以介绍我国古代数学成就“杨辉三角”等等。总之,以数学家为线索的数学文化源远流长、包罗万象,我们可根据教材所涉及的知识介绍不同层次的相关内容,激发了学生学习的兴趣。
二、美学与数学文化
在教学过程中应引导学生去发现数学中的美。符号是数学的一大特征。有些人见到一个个符号就犹如听到一个个美丽动听的音符;有些人见到了符号就眼花,搞得晕头转向、不知所以,这与他们对符号本身的认识程度有关,所以在课堂教学,适当介绍一些数学符号的来龙去脉,无疑有助于提高学生对符号的深刻认识,并从中得到乐趣。比如,在立体几何课应该适当提及到学生感兴趣的美术绘画,传授学生如何把立体的图形画在平面上。
当然,教师应该注意提高自身的美学修养,要有对学生进行美学教育的意识,让学生体会到数学是赏心悦目的,使追求和探索数学中的美成为学生学习数学的动力,并引导学生利用数学中的美陶冶性情,实现数学的文化教育功能。
三、文学与数学文化
数学和文学的思考方法往往是相通的。举例来说,中学数学课程里有“对称”,文学中则有“对仗”。对称是一种变换,变过去了却有些性质保持不变。数学中的轴对称,即是依对称轴对折,图形的形状和大小都保持不变。那么文学中的对仗是什么?以王维所云:“明月松间照,清泉石上流”为例来说,这里,上联对下联,其中字词句的某些特性不变,如“明月”对“清泉”,都是自然景物,没有变。形容词“明”对“清”,名词“月”对“泉”,词性不变,看其余各词均如此。不难发现,变化中的不变性质,在文学中、数学中确实存在着相通的关系。
四、生活与数学文化
数学来源于生活,又作用于生活,课堂教学应使学生体验到数学与日常生活是密切联系的,体会到数学的内在价值。课堂教学中可以把现实生活中遇到的一些数学现象或数学问题作为教学素材,如在讲几何图形和几何体时,可以让学生举例说明身边有哪些相应的实物;或者将教材中的问题适当开放使之更接近实际,如在讲等比数列求和公式时,可以列举其在贷款购房中的应用;在讲概率时,可以列举其在**方面的应用;又如在学习“统计”时,可结合容易引起学生思考兴趣的奥运会上奖牌数、射击环数的统计等等。总之,要让学生认识到数学与“我”有关,与实际生活有关,让学生意识到数学是有用的,从而更加有兴趣有目的性地学习数学。
在数学教学的课堂上,不应该只是充斥着“定理、公式、习题……”,而应像语文课那样,通过“作者介绍、背景分析”,使学生了解数学知识的来龙去脉以及赖以生长的“土壤”,以丰富学生对数学知识的感性体验;应像历史课那样,讲一段“数学故事、数学家逸事”,使数学知识折射出人的意志和智慧而富有“人性化”,使学生在感动、开心之中更好地理解掌握数学知识;应像音乐、美术课那样,通过“数学作品”的解读,让学生感知数学的和谐、欣赏数学的美.
总之,要在数学教学中渗透数学文化离不开数学史,但又不能仅限于数学史,还应该有一些“非数学”的内容。教师只有结合学生实际,精心创设教学情境,努力诱发学生强烈的求知欲,为学生学习做好充分的课堂准备,才能将数学文化的魅力真正融入教材、到达课堂、溶入教学,才能让学生进一步理解数学,喜欢数学、热爱数学,从而主动探索,进而获取知识。
1.进行学科整合
高度抽象的数学只有与其他学科结合,才会显得生动、具体、形象,学生才会乐学、爱学。数学文化可以通过数学与英语、文学、自然科学、社会、美术、体育等学科的结合得以应用,比如,我们可以邀请学科带头人、教坛新秀等名师开展数学文化的专题讲座,对学生进行文化熏陶,让学生在不知不觉中了解“数学文化”。如一位名师在唐诗教学中渗透数学文化:
欣赏唐诗,常常发现许多含有数字的句子,这些简单的数字就它本身来说,既无形象,也不能抒情言志,但经诗人妙笔点化,却能创造出各种美妙的艺术境界,表达出无穷的妙趣。妙用有数字的连用、数字的对比、用数字点睛、数字的搭配等。例如数字的搭配—“两个黄鹂鸣翠柳,一行白鹭上青天。窗含西岭千秋雪,门泊东吴万里船。”这是杜甫的即景小诗《绝句》。“两个”写鸟儿在新绿的柳枝上成双成对歌唱,呈现出一派愉悦的景色。“一行”则写出白鹭在“青天”的映衬下,自然成行,无比优美的飞翔姿态。“千秋”言雪景时间之长。“万里”言船景空间之广,给读者以无穷的联想。这首诗一句一景,一景一个数字,构成了一个优美、和谐的意境。唐诗中运用数字的例子不胜枚举,仅此一例我们便可见数字在诗人笔下所产生的审美情趣是多么神奇……
2.开展数学美学教育
数学教学中的美学教育有以下4个层次:美观、美好、美妙、完美。美观是数学对象以形式上的对称、和谐、简洁,给人的感官带来美丽、漂亮的感受,例如,(a+b)×n=a×n+b×n。但是,外形的美观,并不一定是真实的和正确的。数学上的很多东西,只有认识到它的正确性,才能感觉其“美好”,例如“对数”的美好在于能把繁杂的“乘除”运算变为“加减”运算,理解了它的作用,也就获得了“美”的满足。美妙的感觉往往来自“意料之外”但在“情理之中”的事物,例如学生经亲手画图,发现三角形的三条高线、三条中线、三条内角平分线交于一点,感觉真是“美妙”。数学总是做到至善至美、完美无缺,这也是数学的最高“品质”与最高的精神“境界”——完美,例如解一个方程,不只是回答是否有解,也不只是找到一个解了事,而要证明它确实存在解,知道有多少个解,最后还要把它们一一找出来,一个都不能少。对学生进行美学教育,可以陶冶情操,进行数学文化的熏陶,让学生获得全面的发展。
3.进行数学实验与游戏
传统的数学教学常以严密的逻辑推理来论证,因而排斥实验。然而,许多数学发现实际上都源于实验,同时实验也可以用来检验猜想。因此,在数学教学中适当引入实验,对学生品味数学、体验思维过程及数学思想都十分有利。事实上,实验操作是对学生进行数学文化渗透的重要途径之一,我们应精心设计数学实验,引导学生投入到数学学习的过程中去。浙教版义务教育课程标准实验教科书《数学》七年级下册的阅读材料《王冠疑案与浮力定律》中提供了实验素材,我布置学生通过浮力定律与分式的有关知识来计算2000年10月16日发行的1元硬币钢芯镀镍与2002年11月18日发行的5角硬币钢芯镀铜合金中两种金属的质量比,让学生分成小组,课外设计实验方案,收集数据、材料,然后在班上交流实验成果,这样既培养了学生的钻研精神又增强了学生的动手能力和人际协调能力,学生还学习了人民币中有关数学的文化知识,收益很大。
数学游戏是一种大众化的智力活动,体现了一种数学文化。浙江教育出版社的数学新教材中已引进了一些游戏素材,这为一线教师的教学提供了广阔的创新空间,但游戏的题材还显得有些单调,教学中还可适当增加一些益智类的游戏,如数独。
数独是一种源自18世纪末的瑞士,后在美国发展,并在日本得以发扬光大的数学智力拼图游戏,在2005年全面引入我国。拼图是九宫格(即3格宽×3格高)的正方形状,每一格又细分为一个九宫格。在每一个小九宫格中,分别填上1至9的数字,让整个大九宫格每一列、每一行的数字都不重复。该游戏看起来似乎和传统的填字游戏类似,但由于其拥有入门简单、演算方便、有益于锻炼脑力,并且不受时间、地点、语言的限制等优点而被玩家广泛接受。有专家认为,该游戏的独特玩法跨越了文字与文化的疆域。据悉,目前“数独”游戏在全球已拥有数百万的玩家。
这种“随风潜入夜,润物细无声”的潜移默化的游戏教学,可以让学生逐渐认识到数学文化的难得魅力并逐步养成勤于动脑、善于分析的习惯,学会用数学文化的视角分析问题、解决问题。
4.学生撰写数学周记
作为学生数学课外作业的一种创新,我要求学生撰写数学周记。数学周记是学生的一种书面写作记录,我布置学生每周写一篇,内容包括学生对概念的理解和问题解决,学生的疑问,学生的情感,学生的个人习作,特别是关于数学家的传记和数学史等。
在《浙教版义务教育课程标准实验教科书·数学作业本》九年级上册中有“有趣的谢尔宾斯基地毯(如下图所示)”的内容:先做一个正三角形,挖去一个“中心三角形”(即以原三角形各边的中点为顶点的三角形),然后在剩下的小三角形中又挖去一个“中心三角形”,我们用黑色三角形代表挖去的面积,那么白三角形为剩下的面积(我们称白三角形为谢尔宾斯基三角形)。如果用上面的方法无限连续地做下去,则谢尔宾斯基三角形的面积越趋近于零,而它的周长越趋近于无限大。我要求学生在解题后在数学周记中谈谈看法,并要求学生写“从中得到的启发”一文。经过近两年类似的实践,我发现数学周记是一种有效的交流工具,它可以帮助学生进行细致的思考,发展学生的创造性和自由性;可以增强学生对数学文化的理解应用能力,发展他们的表达能力;还可以帮助教师有效地了解学生的数学学习状态。