數(shù)學(xué)史是研究數(shù)學(xué)學(xué)科產(chǎn)生、發(fā)展歷史的學(xué)科,它是數(shù)學(xué)的一個分支,又是科學(xué)史的一個分支,它是數(shù)學(xué)和歷史的交叉學(xué)科,涉及社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、哲學(xué)以及自然科學(xué)等。數(shù)學(xué)史以數(shù)學(xué)發(fā)展進(jìn)程與規(guī)律為研究對象,追溯數(shù)學(xué)的淵源、進(jìn)展,并在一定程度上可以預(yù)見到數(shù)學(xué)的未來.透過數(shù)學(xué)史,可以認(rèn)真探索先人的數(shù)學(xué)思想,而這往往比掌握單純的數(shù)學(xué)結(jié)論更為重要,更有意義.在數(shù)學(xué)教學(xué)中有意識的引入數(shù)學(xué)史實(shí),乃至于運(yùn)用數(shù)學(xué)史實(shí)對課堂教學(xué)進(jìn)行改造將有指導(dǎo)意義。
將數(shù)學(xué)史融入數(shù)學(xué)教學(xué)早就不是什么新鮮事。國際上研究數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教學(xué)關(guān)系的主要組織是HPM,HPM的原名為“與ICMI共同合作的數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教學(xué)之間關(guān)系研究群”(Intemational Study Group on Relations between history and Pedagogy of Mathematies,簡稱ISGHpM)。它隸屬于國際數(shù)學(xué)教育委員會(the Intemational Connssion Mathematical Instruetion,簡稱ICMI),是國際上一個專門研究數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教育之間關(guān)系的組織。
在我國,數(shù)學(xué)史的教育教學(xué)價值也早己被一些學(xué)者所認(rèn)識,張奠宙先生認(rèn)為應(yīng)用數(shù)學(xué)史有助于將數(shù)學(xué)的“學(xué)術(shù)形態(tài)”轉(zhuǎn)化為“教育形態(tài)”[1]。但總體來說,我國關(guān)于HPM的研究現(xiàn)狀不容樂觀,一些研究者的調(diào)查表明,我國絕大多數(shù)教學(xué)老師對數(shù)學(xué)史掌握不到位或掌握很少,以至于存在對數(shù)學(xué)史認(rèn)識不深,應(yīng)用不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。關(guān)調(diào)查顯示,數(shù)學(xué)史知識的掌握和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)成績關(guān)系不大(在同一份測試題分別對初中、高中、師專和本科院校進(jìn)行的測試數(shù)學(xué)史知識的測試分?jǐn)?shù)于數(shù)學(xué)測試的分?jǐn)?shù)的相關(guān)系數(shù)分別為相關(guān)性甚低[2]),這表明僅僅把數(shù)學(xué)是當(dāng)作知識來講授或者只是用來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,其意義并不是很明顯。
高等數(shù)學(xué)是大學(xué)重要的基礎(chǔ)課程,它為學(xué)生日后的學(xué)習(xí)、工作打下了基礎(chǔ),是學(xué)生在學(xué)習(xí)其后繼課程或其他理工科時用到的一個工具;更重要的是通過學(xué)習(xí)該門課,學(xué)生的自主創(chuàng)新能力得到提高。同時,我們還要兼顧一個問題,一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的文科生在學(xué)習(xí)高數(shù)時感到很吃力。對教師的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)都是非常有益的;從教師方面來說,在講數(shù)學(xué)史時,能夠活躍課堂氣氛,同時,將這些內(nèi)定穿插于課堂中,要求教師對時間把握得當(dāng)并達(dá)到一定的效果,因此在一定程度上,能夠提高教師的教學(xué)能力。從學(xué)習(xí)方面來說:單一的接收數(shù)學(xué)知識比較乏味,引入數(shù)學(xué)史知識能夠激發(fā)他們學(xué)習(xí)興趣。筆者對過去一年的數(shù)學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析,提出自己的幾點(diǎn)見解。
1 高等數(shù)學(xué)課程中融入數(shù)學(xué)史的幾種方法途徑
筆者認(rèn)為在高等數(shù)學(xué)課程中融入數(shù)學(xué)史可以采用以下幾種方法途徑。
(1)在教學(xué)中穿插數(shù)學(xué)家的故事和言行。
(2)在講授某個數(shù)學(xué)概念公式時,先介紹它的歷史發(fā)展。
(3)在課堂內(nèi)容里滲透歷史發(fā)展的觀點(diǎn)。
對于途徑(1),例如在上到麥克勞林公式時,可以順勢引入主人公的身歷,麥克勞林這位著名的數(shù)學(xué)家一生是很傳奇的,他11歲考上大學(xué),15歲取得碩士學(xué)位,19位主持馬里沙學(xué)院數(shù)學(xué)系,這在當(dāng)時來說,他是第一個做到這么到受人矚目的人物;他一生中第一本重要著作在他21歲時發(fā)表了,幾年后,他成為了愛丁堡大學(xué)數(shù)學(xué)教授的助理,當(dāng)時的他年僅27歲,牛頓對他的評價相當(dāng)高。
我們在講到與該課相對應(yīng)的人物時,不妨引入該人物的故事,以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及加深學(xué)生對該知識點(diǎn)的認(rèn)識,并把該知識點(diǎn)與歷史相聯(lián)系,如此,能讓數(shù)學(xué)課更加補(bǔ)充而非單調(diào)無味。比如介紹阿貝爾定理時,先介紹阿貝爾一生的遭遇:阿貝爾的一生是短暫且艱辛的,在他27歲時與世長辭,但他卻在方程論方面做出了杰出的貢獻(xiàn),并且還是橢圓函數(shù)論的創(chuàng)始人之一。歐拉的故事是很多老師在講到歐拉方程時會講到的一個故事,講這個故事,可以啟發(fā)學(xué)生思維,讓學(xué)生感觸良深,從而激勵自己努力學(xué)習(xí)。歐拉是歷史上寫論文最多的數(shù)學(xué)家,但在他28歲時噩運(yùn)降臨在他身上:一只眼睛失明;在56歲那一年,歐拉雙目失明,妻子逝世,這樣的雙重打擊并沒有減少他對數(shù)學(xué)的熱忱,他依然在奮斗。通過口述,他兒子記錄的形式計(jì)算,他堅(jiān)持了20年直到最后一刻。
對于途徑(2),例如:在介紹牛頓一萊布尼茨公式時,可以講述牛頓和萊布尼茨的追隨者之間的爭論。雙方對于微積分發(fā)明的優(yōu)先權(quán)問題進(jìn)行了激烈爭論,導(dǎo)致英國與歐洲大陸國家在數(shù)學(xué)發(fā)展上意見分歧,時間長達(dá)上百年。優(yōu)先權(quán)的爭論阻礙了數(shù)學(xué)發(fā)展進(jìn)程,這無疑是科學(xué)史上的不幸。
對于途徑(3),比如初學(xué)高等數(shù)學(xué)時,有部分同學(xué)會對極限,連續(xù)等概念不很理解,甚至覺得有些“多此一舉”,因?yàn)楹苤庇^的概念,卻要用枯燥的ε-δ語言“、”等來定義,真應(yīng)了魯迅的那句話“你不說我倒明白,你越說我越糊涂?!薄_@時,通過滲透數(shù)學(xué)史向其解釋嚴(yán)格定義的重要性是很好的方法,事實(shí)證明,由無窮小引起的第二次數(shù)學(xué)危機(jī)也是由于沒有嚴(yán)格的定義導(dǎo)致的。18世紀(jì),微分法和積分法在生產(chǎn)和實(shí)踐上都有了廣泛而成功的應(yīng)用,大部分?jǐn)?shù)學(xué)家對這一理論的可靠性是毫不懷疑的。但1734年,英國哲學(xué)家、大主教貝克萊將矛頭指向微積分的基礎(chǔ)—— 無窮小的問題,他發(fā)表了《分析學(xué)家或者向一個不信正教數(shù)學(xué)家的進(jìn)言》,提出了所謂貝克萊悖論。其中對牛頓做了違反矛盾律的手續(xù)“他認(rèn)為無窮小dx既等于零又不等于零,召之即來,揮之即去,”的做法提出了質(zhì)疑。由此而引起了數(shù)學(xué)界甚至哲學(xué)界長達(dá)一個半世紀(jì)的爭論。導(dǎo)致了數(shù)學(xué)史上的第二次數(shù)學(xué)危機(jī)。
數(shù)學(xué)思想是在發(fā)展中逐漸成熟、嚴(yán)密的,但在18世紀(jì)還沒達(dá)到這個程度。當(dāng)時的思想是:直觀的強(qiáng)調(diào)計(jì)算而不管基礎(chǔ)的可靠。其中最明顯的體現(xiàn)是:由于沒有清楚的無窮小概念,導(dǎo)致導(dǎo)數(shù)、微分、積分等概念也不清楚;同時還有無窮大概念不清楚,以及發(fā)散級數(shù)求和的任意性,符號的不嚴(yán)格使用,不考慮連續(xù)就進(jìn)行微分,不考慮導(dǎo)數(shù)及積分的存在性以及函數(shù)可否展成冪級數(shù)等等。經(jīng)過那么長時間的分歧與爭論,在19世紀(jì)20年代,微積分的嚴(yán)格基礎(chǔ)才得到一些數(shù)學(xué)家的關(guān)注,在經(jīng)歷了半個多世紀(jì),矛盾基本上解決了,而且為數(shù)學(xué)分析奠定了嚴(yán)格的基礎(chǔ)。
大多數(shù)學(xué)生對數(shù)學(xué)存在畏懼心理,歸其原因,一般有兩個:數(shù)學(xué)很抽象,邏輯很嚴(yán)密;公式的記憶和習(xí)題練習(xí)使學(xué)生覺得數(shù)學(xué)枯燥無味。因此,如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就成了教師的首要任務(wù)。數(shù)學(xué)史則是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一個很好的載體。上面提到的途徑(1)、(2)、(3)的作用主要就體現(xiàn)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣上。
另外,在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)史我們還可以采用以下幾種更具有現(xiàn)實(shí)意義的途徑,從知識,情感,能力等各方面促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。
(1)應(yīng)用數(shù)學(xué)歷史名題講授數(shù)學(xué)概念,根據(jù)數(shù)學(xué)史上典型的錯誤幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難。
(2)應(yīng)用數(shù)學(xué)史文獻(xiàn)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)。
(3)以數(shù)學(xué)史為指引設(shè)計(jì)整體課程。
2 高等數(shù)學(xué)課程中融入數(shù)學(xué)史的需要注意的兩點(diǎn)
最后需要指出的是,在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)史要注意。
(1)結(jié)合課程,以史為線。數(shù)學(xué)史可以作為講課的線索,但不必去重復(fù)數(shù)學(xué)史。我們需要的是少走彎路,更重要的是當(dāng)課堂結(jié)束后,學(xué)生不僅要有該門學(xué)科的歷史認(rèn)識,也要掌握該課的要點(diǎn)。
(2)史不宜繁,點(diǎn)到為止。不可大篇幅講述數(shù)學(xué)史,偏了教學(xué)重點(diǎn),把學(xué)生思維帶到歷史研究上去,而是要把數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)內(nèi)容巧妙結(jié)合,而史料應(yīng)簡明扼要。
參考文獻(xiàn)
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