浅谈数学史和数学故事在数学课堂中的渗透

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  摘 要:数学史和数学故事能帮助学生了解数学的历史、应用和发展趋势,考察数学对象的历史演变,总结前人的经验教训,对学生学习数学知识有一定的启发作用。本文通过几个案例阐述数学史与数学故事在数学课堂中的运用。
  关键词:数学史;数学故事;数学课堂
  我国教育部在新的中学课程标准中指出:“数学课程要适当地反映数学的历史、应用和发展趋势,数学课程应帮助学生了解数学在人类文明发展史中的作用,逐步形成正确的数学观”。那么在数学课堂教学中,根据教材的内容,适当的在课堂中引入数学史和数学故事,有利于学生了解数学、接受数学、学习数学并应用数学。接下来将从几个案例谈谈数学史和数学故事在数学课堂中的渗透。
  案例1数学源于生活,用于生活
  很多同学在学习数学的过程中,觉得数学对于我们现实生活好像作用不大,像函数、各种计算、证明题,要么抽象难懂,要么枯燥无味,但是除了考试,似乎也用不上。其实不然,数学不是凭空出现的,它源于生活,用于生活,在课堂教学中,我们可以适当的介绍一些数学史或数学故事,讲讲这些内容的起源。
  比如,函数的来源,与我们日常生活中的“运动”有关,人们在思索:既然地球不是宇宙中心,它本身又有自转和公转,那么下降的物体为什么不发生偏斜而还要垂直下落到地球上?行星运行的轨道是椭圆,原理是什么?还有,研究在地球表面上抛射物体的路线、射程和所能达到的高度,以及炮弹速度对于高度和射程的影响;而在迫切需要发展航海和军火工业时期,为了发展航海事业,就需要确定船只在大海中的位置,在地球上的经纬度;要打仗,也需知道如何使炮彈打的准确无误等问题,这些都促成了函数概念的产生。
  案例2无理数概念学习中介绍无理数的发展
  在课堂教学中,通过一个有趣的小视频来讲故事《无理数的发现-----希伯索斯的冤案》:古希腊时期毕达哥拉斯学派认为“万物皆数”,通过一些研究,他们认为世界上一切现象只能用数学才能加以解释,都能归结为整数或整数之比,在毕达哥拉斯时代,人们对有理数的认识不是很清楚,对于无理数的概念更是一无所知,他们所说的数,仅仅是指整数,这时,学派中的成员希伯索斯利用勾股定理,用逻辑推理的方法发现,边长为1的正方形,对角线的长度既不是整数,也不是整数比能表示的,这个发现严重触犯了毕达哥拉斯学派的信条,对于只有整数和整数比概念的他们来说,边长为1的正方形对角线无法用任何“数”来表示,这件事在数学史上称为第一次数学危机,希伯索斯的发现没有被毕达哥拉斯学派的信徒们所接受,相传因为这一发现,他被毕达哥拉斯学派的信徒投入大海处死了。
  后人用反证法证明了希伯索斯的发现是正确的,证明如下:设边长为1的正方形长度可表示为,其中a,b是既约的正整数,则根据勾股定理可得,即,这表明b2是一个偶数,因而b也是偶数(否则,b为奇数,设b=2k+1,则也是奇数,矛盾)。设b=2k,则,,即是偶数,因而a也是偶数,那么m,n都有公约数2,这与假设矛盾。
  最终无理数被确认下来了。
  案例3古题今用,启迪思维
  有一则历史故事:说的是一个身在A地当学徒的小伙子,当他得悉在家乡B地的年老父亲病危的消息后,便立即向掌柜请假赶回。如图,直线l是一条驿道,而驿道靠目的地一侧全是沙砾地带,为了急切回家,小伙子选择了全是沙砾地的直线路径,他认为走近路必定省时.但当他气喘吁吁地来到父亲的床前时,老人刚刚去世.小伙子不觉失声痛哭。有人告诉小伙子,老人在弥留之际,还在不断喃喃念道“胡不归?胡不归?…”并深为怜惜地反问道:“你为何不先坐个马车,沿驿道上走一程呢?”
  不难看出,这个问题的本质上是一个最短距离问题.但因为在两条路线上的速度不同,故而想到借助第三条路线,将其转化为匀速运动路线.
  假设小伙子在驿道上的速度为a米/秒,在砂土上的速度为b米/秒(b<a),如图(2),若他选择在点C1处折往点B,则他所需的时间为秒。在直线l的下方作一射线AM,使得,过点C1作,则,则,可见,小伙子沿路线A—C1—B走,所花的时间就等于他“以b米/秒匀速沿路线D1—C1—B走所花的时间”,由“垂线段最短”可知,作交直线l交于点C2,于是,小伙子选择在点C2处折往点B,才能早到达点B.
  此题通过构造直角三角形,将两条线段转化到一条定直线的异侧,将“变速运动”转化成“匀速运动”是解决“胡不归”问题的关键.最后也将问题化归到“垂线段最短”上来.
  新题:某边防巡逻队在一个海滨浴场岸边(岸边看成是直线AC)的A点处发现海中的B点处有人求救,便立即派一名救生员前去营救.已知点B到岸边的最短距离为300米(即BC的长),救生员在岸上跑的速度6米/秒,在水中游泳的速度2米/秒,∠BAC=45°.若该名救生员应先沿岸边跑到点D处,再跳入海中游向点B,则点D在什么位置时能最快到达点B进行营救?
  解:思路:路线A→D→B变速运动转化成E→D→B匀速运动.
  此题根据速度比为1:3,在直线l的下方以A为顶点,作一个,并使,在AC上取一点D,作于点E,则.
  数学历史名题,是各国灿烂文化的结晶,历史名题有的是数学大师的伟大数学思想的光辉杰作,有的是激励人们为之拼搏奋斗的世界难题。通过数学历史名题,我们可以学习和欣赏数学的别致、独到的构思、新颖的方法、漂亮的结论,启迪我们的思维。
  综上,数学史和数学故事在数学课堂教学中的渗透非常有必要,这些数学史和数学故事,既可以作为数学文化的载体,渗透到课堂中,也是对学生进行一项爱国主义教育,在数学课堂中渗透了德育教育。
  参考文献
  [1]杜秀娟.无理数的发现[J].中学数学教学参考,2019(23):28-30.
  [2]李孟芹.函数概念的起源、演变与发展[J].大学数学,2011,27(03):179-183.
  [3]张建权,邓昌滨.古老的“胡不归问题”及应用[J].初中数学教与学,2016(19):30-32.
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