數(shù)學(xué)的表現(xiàn)形式比較枯燥,常給人冰冷的感覺,但是數(shù)學(xué)思考卻是火熱生動活潑的。如何點燃和激起學(xué)生的火熱思考,并使學(xué)生欣賞數(shù)學(xué)冰冷的美麗,實在是數(shù)學(xué)教育的一項根本任務(wù)。
一、揭示數(shù)學(xué)的內(nèi)在聯(lián)結(jié),恢復(fù)學(xué)生的火熱思考
數(shù)學(xué)是一種知識體系,通過概念的分析、生成和組織,形成和諧的整體。因此,數(shù)學(xué)的教育形態(tài)之一就是把教科書線性排列的知識“打亂”,同時融合不同學(xué)科的相關(guān)知識,由內(nèi)在聯(lián)結(jié)串起來,建立網(wǎng)絡(luò)。這樣,學(xué)生的火熱思考就在于凸現(xiàn)思維網(wǎng)絡(luò)的“結(jié)點”,在紛繁復(fù)雜的干擾中尋找本質(zhì)的、感性的信息,從而使教學(xué)達到對數(shù)學(xué)內(nèi)在本質(zhì)的認識。如何認識、組織和設(shè)計數(shù)學(xué)聯(lián)結(jié)點,形成學(xué)生火熱的“聯(lián)結(jié)性”思考呢?
中學(xué)代數(shù)的本質(zhì)是不定元和數(shù)字之間的四則運算,特別是分配律的運算。分配律是唯一把加法和乘法聯(lián)系在一起的運算規(guī)律,小學(xué)里的“湊十法”“去括號”都與此有關(guān)。中學(xué)課程的數(shù)學(xué)運算,如合并同類項、因式分解、配方等知識,基本連接點就是分配律。因此在提取公因式的教學(xué)中應(yīng)恢復(fù)學(xué)生關(guān)于分配律的火熱思考,使分配律思想在不同的,或許是相互沒有聯(lián)系的情境中應(yīng)用。
三角函數(shù)的教學(xué),從靜態(tài)的正弦定理、余弦定理到動態(tài)的周期變化、潮水漲落、彈簧、波的振動以及在軸上均勻旋轉(zhuǎn)的輪子邊緣上熒光點的運動等現(xiàn)象,把代數(shù)式、三角形、單位圓、投影、波、周期等離散的領(lǐng)域聯(lián)系在一起。正是三角函數(shù)使它們形成有機整體,同時它們也是三角函數(shù)在不同側(cè)面的反映。因此三角函數(shù)教學(xué)應(yīng)通過再創(chuàng)造恢復(fù)學(xué)生火熱的思考,使之返璞歸真。讓三角函數(shù)豐滿起來,才能把教科書上定義——公式——圖像——性質(zhì)——應(yīng)用這種冰冷的美麗變成學(xué)生豐富的聯(lián)想,使學(xué)生在某一孤立領(lǐng)域?qū)W習(xí)的主題遷移到另一領(lǐng)域。
余弦定理是代數(shù)式與三角形的聯(lián)結(jié)點。如證明如下題目,用余弦定理觀察代數(shù)式就是關(guān)鍵,是學(xué)生火熱思考的來源。
已知x>0,y>0,z>0,求證:
再如:
設(shè)x,y為實數(shù)且滿足關(guān)系式
(x-1)3+1997(x-1)=1(1-y)3+1997(1-y)=1
則x+y=()。
通過對題設(shè)的觀察,構(gòu)造出函數(shù):f(x)=t3+1997t,是奇函數(shù),且在(-1,1)上是單調(diào)增函數(shù)。
又由已知:
f(x-1)=f(1-y),所以x-1=1-y,由此得x+y=2。
能否構(gòu)造出上述函數(shù)是學(xué)生的思考是否火熱的檢驗。在解題教學(xué)中,引導(dǎo)學(xué)生尋找恰當(dāng)?shù)那腥朦c,以跨越關(guān)鍵是實現(xiàn)由知識向能力轉(zhuǎn)化的前提。
綜上所述,返璞歸真,尋求數(shù)學(xué)的本原,找到數(shù)學(xué)知識網(wǎng)的結(jié)點,就能綱舉目張,以一當(dāng)百。中學(xué)數(shù)學(xué)解題,看起來由頭到尾寫了很多步,說到底不過是一個技巧、一個想法而已?;馃岬乃伎纪辉谝恍╆P(guān)節(jié)點上發(fā)生,其余的都是常規(guī)。華羅庚先生說過,讀書要把書讀到越來越薄才好,也是說要在關(guān)節(jié)點上進行火熱的思考,抓住關(guān)鍵,提綱挈領(lǐng),一本書就成了不多的一點東西。
二、掌握數(shù)學(xué)思想方法,提高學(xué)生的火熱思考
像一切科學(xué)一樣,數(shù)學(xué)也是一門由特定的思想方法組成的學(xué)問。數(shù)學(xué)不等于邏輯,數(shù)學(xué)遠遠多于邏輯,形式化不是數(shù)學(xué)的起源,也不是最終的目標(biāo)。掌握數(shù)學(xué)思想方法,認識客觀世界的數(shù)量變化規(guī)律,并用于認識世界和改造世界,才是數(shù)學(xué)科學(xué)的真諦。因此,通過數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)使學(xué)生理解數(shù)學(xué)的價值,經(jīng)受思想方法的訓(xùn)練,是提高學(xué)生的火熱思考的重要一環(huán)。
第一,需要宏觀把握數(shù)學(xué)思想方法。數(shù)學(xué)的特征是什么?數(shù)學(xué)方法有哪些特點?與其他科學(xué)方法有什么不同?我們應(yīng)當(dāng)用各種方法使學(xué)生體驗數(shù)學(xué)思想的威力,以受到心靈上的震撼。
例如,幾何學(xué)的第一個定理:對頂角相等。量一量、看一看就得到結(jié)論,學(xué)生也不會提出疑義。但是,數(shù)學(xué)教學(xué)不能停留在這一點上。教師應(yīng)當(dāng)在這里介紹古希臘學(xué)者的深邃思考,把它歸于更原始的公理:等量減等量仍為等量。接受對頂角相等的結(jié)論并非難事,認識到此事需要證明才是數(shù)學(xué)教學(xué)的目標(biāo)。同樣,學(xué)習(xí)等腰三角形底角相等的結(jié)論也是如此。有證明的必要,才有學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的沖動。
第二,要善于使用“平臺”方法。到了19世紀,一方面數(shù)學(xué)因?qū)嶋H需要的刺激而大力發(fā)展應(yīng)用數(shù)學(xué),另一方面,則向人類思維能力的深度進軍,非歐幾何、四元數(shù)、群論、分析學(xué)的嚴密化等思辨性數(shù)學(xué)發(fā)展迅速。其中和中學(xué)密切相關(guān)的內(nèi)容有皮亞諾的自然數(shù)公理、戴德金的實數(shù)公理、希爾伯特的幾何公理體系等,這些,以前都作為師范大學(xué)數(shù)學(xué)系的必修課。其實,在中學(xué)這些都可以作為平臺使用,我們不必知道它們的具體內(nèi)容,只要知道它的價值,然后“大膽地往前走”就是了。打個比方,我們都了解并會使用WINDOWS、幾何畫板等軟件平臺,但無須知道它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、不必懂得它們是如何做出來的。
會用“平臺”是一種數(shù)學(xué)教學(xué)方法。其實,面積也是“平臺”,我們從未定義過面積,卻一直在使用。實數(shù)系和數(shù)軸上的點一一對應(yīng),大家也默認這一“平臺”(線段的可公度理論相當(dāng)煩瑣)。有人建議,瞬時速度是否可以作為“平臺”接受下來,而對數(shù)的首數(shù)和尾數(shù)、開平方、三角恒等變換,乃至二次曲線等問題,是否都該問問它們的出發(fā)點在哪里?這些都是火熱的數(shù)學(xué)思考的一部分,是從數(shù)學(xué)知識的教育形態(tài)出發(fā)應(yīng)該思考的問題。
第三,數(shù)學(xué)建模方法。這是數(shù)學(xué)基本方法之一,徐利治先生早有論述,可惜我們通??吹降臄?shù)學(xué)思想方法,只是“化歸”一種類型,把建模方法排除在外。這樣做的結(jié)果便是高考中的數(shù)學(xué)應(yīng)用題的得分率始終提不高。實際上,數(shù)學(xué)教學(xué)要恢復(fù)火熱的思考,數(shù)學(xué)建模思想方法是必須抓住的一環(huán)。
數(shù)學(xué)形式化是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成部分,冰冷的形式化依然是美麗的。我們主張火熱的思考,正是為了能夠欣賞這種美麗。
(通渭縣第二中學(xué))