陳寬政
[摘 ?要] 數(shù)學美是想象與理性思維的有機結合,它隨著社會發(fā)展的需要而誕生. 文章具體從以下三方面談談數(shù)學美在數(shù)學教學中的應用:展示和諧美,激發(fā)求知欲;探究簡潔美,培養(yǎng)數(shù)學思想;感知抽象美,啟發(fā)數(shù)學思維.
[關鍵詞] 數(shù)學美;和諧美;簡潔美;抽象美
數(shù)學是社會發(fā)展的產物,是人類賴以生存的文化基礎. 古往今來,很多數(shù)學家認為數(shù)學不僅為生活服務,還處處閃耀著美的光輝. 畢達哥拉斯曾高度稱贊:數(shù)學的球體與圓擁有對稱美,整數(shù)如宇宙一樣具備和諧統(tǒng)一的美. 普洛克拉斯曾經提出:有數(shù)學的地方就擁有美. 羅素則認為:數(shù)學不僅擁有真理,還擁有至高無上的美. 文章對數(shù)學美在教學中的實際應用談一些拙淺的看法.
展示和諧美,激發(fā)求知欲
數(shù)學的和諧美體現(xiàn)在結構嚴謹、語句雅致、排列整齊等方面. 塞爾伯格曾說,他喜歡數(shù)學的動機在于它有如風景圖一樣美的公式與結構,如奇數(shù)1,3,5,
7…,偶數(shù)2,4,6,8…. 這些都是屬于和諧美的表現(xiàn),它帶給我們結構均衡的視覺感,學生可從事物的對稱性中感受到數(shù)學的節(jié)律性或周期性變化. 因此,教師可在課堂中展示數(shù)學的和諧美,以增強學生的關注度,達到激發(fā)求知欲的效果.
案例1 ?“中心對稱圖形”的教學.
進入新課之前,教師首先帶領學生回顧中心對稱與對稱中心的定義. 學生熱身完畢后教師展示圖1,要求學生觀察圖形并思考.
師:觀察圖1,說說各圖形的共同點.
生1:這幾張圖片都具備旋轉對稱圖形的特征.
師:不錯!旋轉對稱是它們的共同之處,你們還能找出它們的不同之處嗎?
生2:旋轉的度數(shù)不一樣.
師:那它們旋轉的角度分別為多少呢?
生3:圖1中①所示的圖形的旋轉角是120°或240°;圖1中②所示的圖形的旋轉角可能是72°,144°,216°,288°;圖1中③④⑤所示的圖形的旋轉角均為180°.
師:非常好!你們還有其他發(fā)現(xiàn)嗎?
生4:圖1中②③所示的圖形都是軸對稱圖形,圖1中③④⑤所示的圖形需要旋轉180°之后才能與它本身重合.
師:太棒了!這些圖形帶給你們什么感覺?
生(齊):賞心悅目的感覺.
師:這就是數(shù)學的和諧美、對稱美. 今天我們來學習一個新的知識點“中心對稱圖形”. 在課前預習中,大家已經初步接觸過該部分知識,現(xiàn)在請大家觀察圖2,說說這些圖形是否符合中心對稱圖形的特征,假如符合,找出其對稱中心.
在學生順利完成此問后,教師又展示了26個英文字母的大寫正體圖(如圖3所示),讓學生找一找圖中有哪些字母符合中心對稱圖形的特征.
[圖3][A B C D E F G H I J K L M
N O P Q R S T U V W X Y Z]
隨著各組圖形的展示,學生在回顧舊知與學習新知中逐漸加深了對“中心對稱圖形”的理解程度. 這些圖形的展示可直接刺激學生的視覺感官系統(tǒng),讓學生體會并欣賞到數(shù)學獨特的美. 尤其是圖3的展示,不僅激發(fā)了學生的探究欲,還讓學生深刻體會到數(shù)學知識在生活實際中的應用,有效地推動了學生繼續(xù)深究的欲望.
除此之外,教師還可利用多媒體展示一些舉世聞名的建筑,如埃菲爾鐵塔、長城、泰姬陵等,讓學生從這些充滿藝術感的宏偉建筑中感知數(shù)學舉世無雙的美.
探究簡潔美,啟發(fā)數(shù)學思想
愛因斯坦認為:簡潔是美的本質. 數(shù)學既具有簡單、樸實之感,又有深厚底蘊之基,因此它具有至高無上的美. 歐拉公式eix=cosx+isinx堪稱世界上的完美公式,其作為簡潔美的代言人,寥寥幾個字母囊括了數(shù)學深奧的內涵.
同樣,我們耳熟能詳?shù)膱A的面積與周長公式:S=πr2,C=2πr,都以簡單明了的數(shù)字和字母表達了內涵豐富的數(shù)學知識. 類似于這樣的公式、定理很多,可見簡潔美對探究數(shù)學內涵,啟發(fā)學生的數(shù)學思想具有深遠的影響.
案例2 ?“勾股定理”的教學.
教師分別呈現(xiàn)兩組勾股數(shù)組.
第一組:3,4,5;5,12,13;7,24,25;9,40,41;…
第二組:6,8,10;8,15,17;10,24,
26;…
要求學生分別觀察這兩組數(shù)據(jù),分析組成每組勾股數(shù)的三個數(shù)之間具有怎樣的規(guī)律.
學生在觀察、交流、比較與總結后發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:第一組數(shù)據(jù)中32=4+5,52=12+13,72=24+25…即最小邊為奇數(shù)的一組勾股數(shù)中,最小邊的平方與其他兩個連續(xù)正整數(shù)的和是相等的. 由特殊到一般的數(shù)學思想可進行以下推導:因為(2n+1)2=4n2+4n+1=2(2n2+2n)+1,所以(2n+1)2+(2n2+2n)2=(2n2+2n+1)2,其中n是正整數(shù).
第二組數(shù)據(jù)中6,8,10可理解為62=2×(8+10),依次有82=2×(15+17),102=2×(24+26)… 從特殊到一般來推導可得(2n)2=2[(n2-1)+(n2+1)],所以(2n)2+(n2-1)2=(n2+1)2(n≥2,且n為正整數(shù)).
根據(jù)這兩個規(guī)律,學生很快就寫出了許多組類似的勾股數(shù)組. 整個教學過程輕松、和諧,學生在數(shù)學獨有的簡潔美與規(guī)律美中體驗數(shù)學思想,培養(yǎng)數(shù)感,提升數(shù)學素養(yǎng).
感知抽象美,啟發(fā)數(shù)學思維
抽象性是數(shù)學的主要特征之一. 數(shù)學的抽象美一般指用概念、定義、公式等表達自然現(xiàn)象或規(guī)律等. 教學中,我們常從貼近學生生活經驗的事物入手,幫助學生發(fā)現(xiàn)數(shù)學的抽象美. 同時,它還體現(xiàn)在一些抽象的量脫離具體事物后可代表特殊的量,也可作為任何具體的數(shù),但又不等同于具體的數(shù).
例如我們所熟悉的“N”,它可以是英文字母,也可以代表N個數(shù),或N張紙等,它具體代表的是1或10還是100,并沒有一個定論. 這就是數(shù)學抽象美的體現(xiàn),帶給我們無限可能與希望.
案例3 ?“有理數(shù)乘方”的教學.
這是學生剛步入初中階段所接觸到的知識,此時學生仍以直觀形象的思維為主,教師若想依靠講授知識的方式教學,很難達到預期教學目標. 因此,筆者結合了信息技術、聯(lián)想類比思想、設疑法與發(fā)現(xiàn)教學法等手段,通過逐層滲透的方式讓學生體會到數(shù)學的抽象美,以啟發(fā)學生的數(shù)學思維,達成教學目標.
師:大家玩過算24點的游戲嗎?
生(齊):玩過,就是隨機出四張牌,把每張牌面數(shù)據(jù)都用一次,計算出24的結果.
師:非常好!今天我們的規(guī)則是黑色牌面為負數(shù),紅色牌面為正數(shù),現(xiàn)在請大家看電子白板,上面顯示著黑桃3、紅桃3、方片5、梅花4,你們能以這一組數(shù)字算出24嗎?
生1:可以,-3×(-4)=12,5-3=2,2×12=24.
師:不錯!若呈現(xiàn)的四張牌面都是3,能算出來嗎?
生2:-3-[3×3×(-3)]=24.
師:若少一張黑桃3,就剩三張3,能否算出24呢?
學生竊竊私語,一時想不出答案. 此時,教師提示大家進行組內交流,嘗試換一個角度去思考.
生3:我們組討論出-3+33=24.
其他學生自主給予這個小組熱烈的掌聲,對他們的結論表示認同與鼓勵.
教師趁機以33為線索,引出乘方就是乘法運算的定義,并自然導入新課“有理數(shù)的乘方”,學生的數(shù)學思維在計算24點的活動中得到啟發(fā). 接下來就是運用數(shù)學的抽象美進行實踐活動,以拓展學生的思維.
師:請大家折疊手中的A4紙,并記錄每折疊一次,紙張的層數(shù).
學生動手操作并記錄:對折一次,2層;對折兩次,4層;對折三次,8層;對折四次,16層……
師:若不斷地對折,層數(shù)變化呈現(xiàn)怎樣的規(guī)律性?
生4:每次都是前一次的兩倍.
師:若現(xiàn)在對折了20次,你們能計算出有多少層嗎?
生5:按照以上規(guī)律,應該就是用20個2進行相乘的得數(shù).
師:怎么表示更方便呢?
生6:2個2相乘是22,3個2相乘是23,4個2相乘是24,那么20個2相乘應該是220.
師:若折疊了n次,怎么寫?
生7:2n.
師:若現(xiàn)在不是n個2相乘,是n個a相乘,[][],我們可以怎么簡寫?
生8:是不是可以記作an?
師:太棒了!求若干個相同因素相乘的積,我們稱它為乘方,它的結果為冪. 如圖4所示,a是用來相乘的相同因數(shù),我們稱它為底數(shù),n是指幾個因素相乘,稱為指數(shù).
數(shù)學的抽象美是人類智慧的體現(xiàn),如我們常用的阿拉伯數(shù)字,區(qū)區(qū)十個符號就為我們創(chuàng)造出一個無限寬廣的數(shù)學世界;再如幾條直線加幾個蝌蚪樣的音符,就創(chuàng)造出美妙的音樂等,這些都是人類創(chuàng)造的抽象美.
總之,數(shù)學美存在于社會與生活的方方面面. 教師在教學中,應充分利用數(shù)學美來陶冶學生的情操,啟發(fā)學生的思維,讓學生在美的感知與體驗中獲得深刻感悟,從而提高教學質量,提升學生的數(shù)學核心素養(yǎng).