高等数学的人文素质因素及其教学策略分析

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  摘 要:高等数学作为一个文化体系,蕴涵着丰富的哲学、美学等人文素质教育因素。教学中应充分利用这些因素,拓展其文化育人功能,培养学生的人本主义情怀、哲学的理性思维和坚强的意志品质,引导学生树立正确的人生观和世界观。
  关键词:高等数学 人文素质 教学策略 分析
  中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)03(a)-0052-02
  高等数学是大学公共基础课程,除了基本的知识积累、技能培养等功能外,还蕴涵着深刻的数学思想方法和丰富的人文素质教育因素。高等数学教学,应当更新教育理念,创新教学方法,充分拓展其文化育人功能。培育学生务实、严谨的科学态度和以求真、求善、求美为中心的理性精神,培养学生的人本主义情怀和坚忍不拔的意志品质,引导学生树立正确的人生观、世界观和科学道德观,才是高等数学教学的终极目标。
  1 人文素质与数学文化素质的内涵
  人文素质是指建立在文学、艺术、哲学、历史、法律、道德等人文科学知识之上,受人类优秀文化熏陶所形成的文化修养、精神风貌、意志品质以及社会心理等方面的内在、稳定的综合素质,是一个人的人格、气质、修养的综合体现。具体表现为一个人具备丰富的人文知识,理解以基本的文化理念为核心的人文思想,会用人文的方法思考和解决问题,遵循以人为本、生命价值优先的人文精神等方面。一个人的人生观、世界观和价值观是其人文素质的核心内容。人文素质培养就是将人类优秀的文化成果,通过知识传授、环境熏陶以及自身实践等方式,内化为学生的人格、气质、修养和信念等,成为相对稳定的思想方法、思维方式和内在品质的教育教学过程。
  数学文化素质是指数学知识水平和数学综合能力,以及受数学知识、数学思想方法熏陶所形成的,以数与形为对象,以概念、判断、推理和计算为主要思维方式,以求真、求简、求美为中心的理性精神、思想观念和创新品质。
  2 高等数学蕴涵的人文素质教育因素
  2.1 文化知识
  数学是研究客观世界数量关系和空间形式的科学,是对客观世界的一种量化模式。它包括三个层面的内容:公式定理、思想方法和文化价值。数学作为一种文化,已成为人类文明进步的标志和传播人类思想的重要方式。它不仅包括数学的知识成分,如概念、定理、公式、语言、方法、问题等;也包括数学的观念成分,如理性思维、思想观念、审美意识等;还包含数学家、数学史、数学发展中的人文成分以及数学与文学、哲学、历史、经济、社会科学等各种文化的关系等等。高等数学的文化教育价值在于它能把知识的学习、文化思想的传播和提高学生的思维能力,陶冶人的道德情操,实现人的全面发展有机地联系起来,让数学思想指导实践,让数学方法回归应用,使人们能够领悟数学的真谛,懂得数学的价值,也为我们将人文素质融入数学学科教育提供了丰富的素材和很好的切入点。
  2.2 美学因素
  数学语言借助数学符号把数学内容精炼、准确地表现出来,是最严密、最精炼、最优美的语言。高等数学的符号、定义、公式、定理、模型以及推理论证、思想方法等,无一不彰显着数学的规律性和简洁、和谐、对称等美学特征。(1)简洁。微积分中的常用符号,如、∞、∑、∏、、、以及函数等,简洁明快,又蕴含丰富的数学思想;罗尔定理的条件①在上连续;②在 (a,b)内可导;③,层次清楚、条理分明、精准简洁;在空间解析几何中,球面的标准方程,
  椭球体的标准方程
  等,不仅便于记忆,而且具有优美的形式。(2)和谐。在积分学中,不定积分与定积分是两个意义完全不同的概念,但却完美和谐地统一在牛顿(Newton)—莱布尼兹(Leibniz)公式之中;解析几何中,圆、椭圆、抛物线、双曲线,通过离心率数量上的变化而达到和谐完美的统一,是唯物辩证法从量变到质变的极好的例证。(3)对称。圆和球是几何中对称美的杰出代表,也是最美的图形。高等数学中对称关系的存在是非常普遍的,例如,解析几何中的心脏线及玫瑰线;线性代数中的对称行列式、对称矩阵;二项式定理
  以及加与减、乘与除、乘方与开方、指数与对数、微分与积分、矩阵与逆矩阵等对称运算;函数与反函数、奇与偶、单增与单减、连续与间断、收敛与发散等对称概念等等。(4)奇异。在欧拉公式中,令,可得,在此等式中竟然集中了数学中的5个重要常数:0,1,,,,给人一种震撼的、奇异的美感。
  2.3 辩证思想
  “数学是辩证的辅助工具和表现形式”(恩格斯),这表明辩证思想是数学自身具有的,不必要也不应当把辩证思想作为外来的东西引入数学,在高等数学的知识体系中,从概念到方法无不蕴涵着唯物辩证思想。直与曲、函数与反函数、实数與虚数、有限与无限以及分析与综合、归纳与演绎、抽象与概括无不体现了对立统一的哲学规律;解题过程的繁与简、化未知为已知,图形的翻转、折叠、展平等反映了矛盾的相互依存又相互转化的辩证关系。在高等数学中,极限定义使我们充分认识到有限与无限的实质、函数值与极限值的区别以及从量变到质变的过程;在定积分、重积分、曲线积分、曲面积分等概念中所用的“分割、近似、求和、取极限”的方法,蕴涵了“以直代曲、以有限代无限”以及“极限转化”的数学思想,充分反映了哲学中普遍联系的观点、量变到质变的规律和矛盾转化的思想。
  2.4 理性精神
  严谨与抽象是数学的基本特征,高等数学的知识体系中,概念、命题、定理、公式的表述语言精确、结论精准、条理缜密,彰显出严谨理性的科学精神。而且,数学所崇尚的“不唯书、不唯师、只唯实”,在问题解决过程中要求言必有据、实事求是,也正是理性思维的精髓。这些,有助于学生形成理性缜密、执著求真、开拓创新的思维品质,培养学生独立思考、勇于批判、不轻率盲从的科学态度,也有利于学生确立科学的世界观和方法论。
  另一方面,在高等数学发展过程中,一代又一代的数学家们立足实践,继承前人研究成果,百折不挠,不断推进高等数学的理论和实践创新,数学发展史就是一部中外数学家们顽强拼搏、求实创新,彰显严谨理性的科学精神的奋斗史。公元五世纪著名数学家祖冲之凭着非凡的毅力和刻苦精神,在当时的条件下,利用刘徽蕴含极限思想的割圆术,通过推算圆内接正12288边形和24576边形面积得到3.1415926<<   3.1415927,领先世界一千多年。大数学家欧拉双目失明而凭着惊人的记忆力和顽强无比的毅力,在十七年的黑暗生活中口述四百多篇论文和多部专著,谱写了数学史上的传奇。
  3 高等数学教学中人文素质教育策略分析
  3.1 重视数学思想方法,促使学生形成正确的数学观念
  数学观念作为科学世界观、方法论的一个组成因素,由数学基本思想方法和基本态度等构成,它表现为用数学的思维方式去考虑问题和处理问题的自觉意识。正确数学观念的形成使人们能从本质上理解数学的知识结构,从而促使数学能力的发展和综合素质的提高。
  数学基本思想方法,诸如数形结合、集合对应、分析综合、归纳演绎以及整体思想、化归思想等,蕴含于数学知识中,教学时需结合学生的认知思维过程,不断地归纳、提炼,充分揭示其本质。在加强基础知识教学的同时,重视数学思想方法的渗透。在极限概念的教学中,可以从庄子“一尺之锤,日取其半,万世不竭”、刘徽的“割圆术”、古希腊芝诺悖论等,到极限的描述定义和分析定义,展现极限概念形成和发展的曲折过程,揭示极限思想,然后在导数概念、定积分概念及其应用教学中,逐步形成和深化极限思想;在讲授极限、连续、导数、不定积分、定积分以及函数单调性、曲线凹凸性等基本概念时,教师可以用“数形结合”的方法,通过分析其几何特征,借助生动直观的函数图像来加深学生对概念本质的理解。这样,不仅能加深学生对知识的理解和掌握,而且通过不断地分析综合、归纳类比、抽象概括和反思,锻炼了学生的思维能力,促使学生形成正确的数学观念,而数学观念的形成将使学生的数学综合能力得到进一步提高。如集合对应观念的形成使学生对代数的中心内容—— 函数得到本质的理解,这对解决不等式、方程、数列问题都起到宏观指导作用。
  3.2 用唯物辩证法的观点阐述教学内容,培养学生科学的世界观
  “数学是朴素的哲学”(Novalis),高等数学的理论和方法都充满着唯物辩证法思想。高等数学教学的德育核心是培养学生的辩证唯物主义观点。在教学过程中充分运用数学本身的辩证因素,以辩证的观念阐述这些内容,对学生进行辩证唯物主义教育,既有利于学生对知识的深刻理解和灵活运用,又可培养和发展学生的辩证思维能力,形成正确的人生观、世界观和科学的方法论。例如,极限定义的教学,应当从哲学角度出发,引导学生通过有限与无限、静态与动态、近似和精確等对立统一的辩证关系来理解,把握概念的深刻内涵。再如,把广义积分化为定积分的极限、二重积分计算化为二次积分,曲线积分计算化为定积分、曲面积分计算化为二重积分等,充分体现了化未知为已知的数学思想方法和唯物辩证法矛盾相互依存又相互转化的辩证思想,在教学中要充分引导学生理解其哲学思想实质,有助于学生拓展解题思路,提高逻辑推理能力、辩证思维能力和创新能力。
  3.3 注重数学史料的教育价值,对学生进行爱国主义教育和良好个性品质的养成教育
  数学发展史本身就是一部数学文化的发展史,数学文化的内涵不仅表现在数学知识本身,还蕴涵于它的历史,它是一种历史存在。教学中适时地引入这些史料,既有利于激发学生的学习兴趣,又可对学生进行爱国主义教育,培养学生的民族自豪感、历史责任感以及实事求是、吃苦耐劳等个性品质。苏步青、华罗庚等数学家在祖国危难之时,抛弃国外优裕的条件,毅然决然地回到贫穷的祖国,为数理统计、数论、拓扑、微分几何的发展做出了重大贡献,为我国赢得了极高的声誉。大数学家欧拉在十七年的黑暗生活中,凭着惊人的记忆力和顽强无比的毅力,口述四百多篇论文和多部专著。他们对真理的执着追求和勇于捍卫真理的精神,对学生良好个性品质的养成必将起到潜移默化的作用,是教育学生正确面对挫折和失败,树立为理想而奋斗的决心和信心的极好题材。另一方面,结合适当的教学内容,把定理、公式与数学家们探索、发现知识的过程联系起来,引导学生沿着数学家的足迹,追根溯源,再现数学知识的产生背景,数学概念、定理的形成和发展过程,体会数学家发现、探索真理的艰辛历程,使学生了解怎样发现问题,怎样解决问题,如何克服困难等等,不仅有助于学生全面、深刻地理解和记忆数学知识,体验发现、发明的成就感,还可以使学生正确认识挫折,正确面对困难,培育学生探索创新、立志超越的科学精神和坚强的意志品格。
  3.4 将数学美融入高等数学教学,培育学生的美学素养,提高学生的审美能力
  与音乐、艺术的感性之美不同,数学美是精细的,又是深邃的,是一种严谨、理性之美。数学的简洁、和谐、对称、统一也是美学的基本原理和一般规律。高等数学蕴涵的丰富的美学元素是培养学生美学修养的优质人文要素,例如,从符号、公式、定义中感受数学的简洁美、和谐美;从几何图形、函数图像中欣赏数学的对称美;从“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的解题境界中体验数学的奇异美、方法美,化枯燥运算、抽象演绎为美的滋养与熏陶,使学生在对美的感悟、体验、赏析、评价中领悟数学的神韵,在享受数学美的愉悦中思想得到升华,品质得到提高,创新精神得到发扬,从而激发学生学习数学的兴趣,深化对知识的领悟和理解,同时,培养审美意识,提高发现美、鉴赏美和创造美的能力,促进学生人格个性、情感体验的全面和谐发展,实现文化知识水平与美学人文素质的双提升。
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