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数学教育的任务,是让学生学习和掌握数学科学。一个数学教师,必须具备丰富的数学知识,掌握数学技能,理解数学的本质,掌握数学思想方法。只有这样,学生才能受到数学科学的熏染,了解数学科学体系,体会数学科学的精髓。
数学教学有两种不同的水平。低级水平是介绍数学概念,陈述数学定理和公式,指出解题的程式和套路,以便通过考试。高级水平是着眼于数学知识背后的数学思想方法,在解决数学问题的过程中进行深层次的数学思考,经过思维训练,获得数学美学的享受。数学教科书里陈述的数学,相当的程式化,可以说是冰冷的美丽。但是,在数学家创立这些数学定理和公式的时候,却是经过了火热的思考。原始的思想,独特的方法,正是这些重大数学发现的核心。
数学教学的任务是揭示数学的本质,让学生理解数学内容的精神。这里所说的本质与精神就是数学思想方法。一堂数学课,能够使学生体会到其中的数学思想和方法。
一、基本的数学思想方法
1.形式与内容
形式与内容是一对哲学范畴。世间万物都有自己的物质运动形式,或者物理运动,或者化学运动,或者社会运动等。数学是纯粹的形式。1,2,3,4这样的自然数,就是一种抛开具体内容的纯粹的数量形式。形式并非自由意志的创造物,形式服从内容。所以,数学要联系实际,反映现实世界中运动的关系,用于实际的应用。
2.运动与静止
运动与静止也是一对哲学范畴,它的数量化就是常量数学和变量数学。函数思想反映物质运动时的变量之间的依赖关系,微积分思想则是跨越无限,成为研究函数变化串的锐利工具。中学里学习变量、函数,研究函数的性质,把函数作为一种模型,就是为了从数量上把握运动。
3.偶然与必然
这是对哲学范畴的数量化,形成了确定性数学和随机性数学。概率论是研究随机现象的数学,数理统计方法则是通过分析数据的随机性产生的学科。今天,我们重视概率与统计方法,正因为世界上充满着偶然性,而且偶然性后面具有某种必然性。例如,掷硬币可以随机地出现两种情况,但是在大数量的投掷下,最后呈现各为1/2的概率。人们设法用背后存在着的必然规律把握偶然,认识偶然。
4.现象与本质
任何事物都有现象和本质两个方面,在数量关系上也是如此。给定一个情境,其中有各种量以及各种量之间的关系,那么,哪些量是重要的、本质的?哪些量是无关的、可以忽略的?哪些关系反映了数量变化的本质?这就是数学模型方法。数学建模过程,就是透过现象看本质,建立起一种可以进行分析研究的模型,借以观察变化,获取特性,推测未来。
5.原因与结果
世界上万物都有一定的因果关系。揭露因果关系是各门学科的任务。数学承担的任务是研究彼此间的逻辑关系。不管哪个原因导致哪个结果,一般地讨论因果之间的逻辑联系:充分条件、必要条件、排中律、传递性等。
二、与科学方法相应的数学方法
1.分析与综合
对一个事物进行分析,首先要进行分类。数学的分类强调“不重不漏”,这是为了保证数学结论的完备性和独立性。数学分析学是一个庞大的数学分支,其精髓是对无穷小的分析。数学的综合,更多的是体现在数学学科之间的交融。
2.归纳与演绎
归纳与演绎具有数学的特点。数学是一门演绎的科学,主要是运用演绎的论证,达到数学的真理性。同时数学也使用一般的归纳法。在数学猜想时,就要根据己知的事实,归纳得到一些结果,然后演绎论证。“合情推理”,正是建立在归纳的基础上。
三、数学中特有的方法
1.公理化方法
数学特有的方法中最重要的是公里化方法。欧式几何公理体系是公理化方法的典范。自然数公理、实数系公理、复数系公理,也是大家熟知的。
2.化归方法
数学最常用的是化归方法,即把需要证明的结果经过逻辑和等价的变换,归结为已知的事实。在中学数学解题过程中,大多要用化归方法,加以证明和求解。
3.数形结合和转化的方法
在数学教学中,借助坐标系施行数形结合和转换。这是数学教学中一个突出的特点,值得研究与发扬。
4.函数思想、方程思想和概率统计思想
函数思想成为中学数学思想的一个主题。这种处理变量关系的思想方法,是人类理性思维的胜利。方程思想是永恒的数学。当人们寻求未知量时,就会想起方程。方程从简单到复杂,一直到微分方程、积分方程。方程的重要意义在于它是把未知量和己知量联系起来的等式模型。概率统计方法是处理随机现象的数学思想方法。
总之,这些数学所特有的方法,需要有目的地加以培养。它们是学生数学素质的组成部分。学生离开学校以后,数学公式可以忘记,这些数学思想方法将会长期地起作用。
数学教学有两种不同的水平。低级水平是介绍数学概念,陈述数学定理和公式,指出解题的程式和套路,以便通过考试。高级水平是着眼于数学知识背后的数学思想方法,在解决数学问题的过程中进行深层次的数学思考,经过思维训练,获得数学美学的享受。数学教科书里陈述的数学,相当的程式化,可以说是冰冷的美丽。但是,在数学家创立这些数学定理和公式的时候,却是经过了火热的思考。原始的思想,独特的方法,正是这些重大数学发现的核心。
数学教学的任务是揭示数学的本质,让学生理解数学内容的精神。这里所说的本质与精神就是数学思想方法。一堂数学课,能够使学生体会到其中的数学思想和方法。
一、基本的数学思想方法
1.形式与内容
形式与内容是一对哲学范畴。世间万物都有自己的物质运动形式,或者物理运动,或者化学运动,或者社会运动等。数学是纯粹的形式。1,2,3,4这样的自然数,就是一种抛开具体内容的纯粹的数量形式。形式并非自由意志的创造物,形式服从内容。所以,数学要联系实际,反映现实世界中运动的关系,用于实际的应用。
2.运动与静止
运动与静止也是一对哲学范畴,它的数量化就是常量数学和变量数学。函数思想反映物质运动时的变量之间的依赖关系,微积分思想则是跨越无限,成为研究函数变化串的锐利工具。中学里学习变量、函数,研究函数的性质,把函数作为一种模型,就是为了从数量上把握运动。
3.偶然与必然
这是对哲学范畴的数量化,形成了确定性数学和随机性数学。概率论是研究随机现象的数学,数理统计方法则是通过分析数据的随机性产生的学科。今天,我们重视概率与统计方法,正因为世界上充满着偶然性,而且偶然性后面具有某种必然性。例如,掷硬币可以随机地出现两种情况,但是在大数量的投掷下,最后呈现各为1/2的概率。人们设法用背后存在着的必然规律把握偶然,认识偶然。
4.现象与本质
任何事物都有现象和本质两个方面,在数量关系上也是如此。给定一个情境,其中有各种量以及各种量之间的关系,那么,哪些量是重要的、本质的?哪些量是无关的、可以忽略的?哪些关系反映了数量变化的本质?这就是数学模型方法。数学建模过程,就是透过现象看本质,建立起一种可以进行分析研究的模型,借以观察变化,获取特性,推测未来。
5.原因与结果
世界上万物都有一定的因果关系。揭露因果关系是各门学科的任务。数学承担的任务是研究彼此间的逻辑关系。不管哪个原因导致哪个结果,一般地讨论因果之间的逻辑联系:充分条件、必要条件、排中律、传递性等。
二、与科学方法相应的数学方法
1.分析与综合
对一个事物进行分析,首先要进行分类。数学的分类强调“不重不漏”,这是为了保证数学结论的完备性和独立性。数学分析学是一个庞大的数学分支,其精髓是对无穷小的分析。数学的综合,更多的是体现在数学学科之间的交融。
2.归纳与演绎
归纳与演绎具有数学的特点。数学是一门演绎的科学,主要是运用演绎的论证,达到数学的真理性。同时数学也使用一般的归纳法。在数学猜想时,就要根据己知的事实,归纳得到一些结果,然后演绎论证。“合情推理”,正是建立在归纳的基础上。
三、数学中特有的方法
1.公理化方法
数学特有的方法中最重要的是公里化方法。欧式几何公理体系是公理化方法的典范。自然数公理、实数系公理、复数系公理,也是大家熟知的。
2.化归方法
数学最常用的是化归方法,即把需要证明的结果经过逻辑和等价的变换,归结为已知的事实。在中学数学解题过程中,大多要用化归方法,加以证明和求解。
3.数形结合和转化的方法
在数学教学中,借助坐标系施行数形结合和转换。这是数学教学中一个突出的特点,值得研究与发扬。
4.函数思想、方程思想和概率统计思想
函数思想成为中学数学思想的一个主题。这种处理变量关系的思想方法,是人类理性思维的胜利。方程思想是永恒的数学。当人们寻求未知量时,就会想起方程。方程从简单到复杂,一直到微分方程、积分方程。方程的重要意义在于它是把未知量和己知量联系起来的等式模型。概率统计方法是处理随机现象的数学思想方法。
总之,这些数学所特有的方法,需要有目的地加以培养。它们是学生数学素质的组成部分。学生离开学校以后,数学公式可以忘记,这些数学思想方法将会长期地起作用。