数学与生活

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  【摘要】数学起源于生活,利用数学方法服务、改造客观世界是数学教学的根本出发点和归宿。数学蕴藏在生活中的每个角落。以生活实践为依托,将生活经验数学化。数学是解决生活问题的钥匙,数学是人们生活、劳动和学习必不可少的工具。因此,数学都能在生活中找到其产生的踪迹。数学的教学同样离不开实际生活。《数学课程标准》中指出:数学课程不仅要考虑数学自身的特点,更要遵循学生学习数学的心理规律,强调从学生已有的生活经验出发,让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型并进行解释与应用的过程,进而使学生获得对数学理解的同时,在思维能力、情感态度与价值观等方面得到进步和发展。在数学教学中,我们要紧密联系学生生活实际,在现实世界中寻找数学题材,让学生贴近生活,让学生在生活中看到数学,摸到数学。因此在数学教学过程中应把数学与生活联系起来。
  【关键词】数学 生活
  一、数学的起源
  数学的产生是人们为了生活的需要,比如对两个苹果及两个橘子之间的认知促使了数量的产生。 除了认知到如何去计算实际物质的数量,史前的人类亦了解了如何去掌握物质的数量,如时间——日、季节和年。算术(加减乘除)也自然而然地产生了。古代的石碑亦证实了当时已有几何的知识。更进一步则需要写作或其他可记录数字的系统,如符木或于印加帝国内用来储存数据的奇普。历史上曾有过许多且存在分歧的记数系统。数学开始时的主要原理是为了做税务和贸易等相关计算,为了了解数字间的关系,为了测量土地,以及为了预测天文事件而形成的。这些需要可以简单地被概括为数学对数量、结构、空间及时间方面的研究。到了16世纪,算术、初等代数、以及三角学等初等数学已大体完备。17世纪变量概念的产生使人们开始研究变化中的量与量的互相关系和图形间的互相变换。在研究经典力学的过程中,微积分的方法被发明。随着自然科学和技术的进一步发展,为研究数学基础而产生的集合论和数理逻辑等也开始慢慢发展。
  二、数学的内涵
  数学不只是“题”和“解题”,也不仅是“数学符号”,数学是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科,它有更多丰富的内涵。近代以来,数学进入了人文社会科学领域,并在当代使人文科学的数学化成为一种强大的趋势。与此同时,数学在提高全民族素质、培养适应现代化需要的各级人才方面也显现出特殊的教育功能。数学在当代社会中有许多出人意料的应用,在许多场合,它已经不再单纯是一种辅助性工具,它已经成为解决许多重大问题的关键性的思想与方法,由此产生的许多成果,早已悄悄地遍布在我们身边,极大地改变了我们的生活方式。数学是一种文化,它在人类科学技术和精神文明中的作用是不可低估的。 现在媒体上和民间流传各种名目的所谓“××文化”,诸如“企业文化”“茶文化”“食文化”,等等,还未见媒体上有称呼“数学文化”者。事实上,数学不但是一种文化,而且是各种文化当中最为高雅、最为重要的文化之一。文化是指人类在社会历史发展过程中所创造的精神财富,文学、艺术、教育和科学都是文化。可见数学确为人类文化的重要组成部分。
  三、数学的应用
  现在,数学被使用在生活的不同领域上,包括科学、工程、医学和经济学等。数学对这些领域的应用通常被称为应用数学,有时亦会激起新的数学发现,并导致全新学科的发展。学数学就是为了能在实际生活中应用,数学是人们用来解决实际问题的,其实数学问题就产生在生活中。例如:“多少个人拉起手来长度大约是10米?操场上走一走,10米大约有多少步?比你高的人是谁?比你矮的人是谁?和你差不多的人是谁?他们分别有多高?”等。生活中所包含的数学实在是太丰富了,生活是数学的源泉,也是数学的归宿,数学必须服务于生活。类似这样的问题数不胜数,这些知识就从生活中产生,最后被人们归纳成数学知识,解决了更多的实际问题。
  比如说,我们在养花,而花瓶中水过多了,我们这时就要倒出部分水,这时生活中的公式就产生了,这个问题是:我们要将瓶子倾斜多少度时才能将水倒出一半来?这时微积分就派上用场了。假设花瓶的纵截面是抛物线Y=ax^2(a>0)
  第一步,先算出瓶子直立水满时的体积用一个积分就可以了,结果等于V=πh^2/(2a);
  第二步,假设倾斜角为α,正好倒掉了一半的水,重新建立坐标系,令此时瓶的对称轴为y轴,垂直于瓶的对称轴的射线为x轴,然后将坐标系还原为常规正立的图形,此时瓶里水的横截面图像为抛物线和水面所在直线的公共部分,注意此时水面所在直线与x轴的倾角是刚好为题目所提到的倾斜角α(倾斜后的水平面此时与x轴平行,因此水面与瓶的对称轴的夹角为90-α,也即在新建坐标系下,水面所在直线与y轴的夹角也为90-α,因此它与x轴的夹角为α)。
  所以可以设该直线方程为:y=tanα*x+b
  假设直线与抛物线的交点为A(x0,y0),B(sqrt(h/a),h))(左A,右B)(B点的纵坐标显然等于瓶子的高度h),先利用B点坐标求出直线的截距b,然后联立直线与抛物线方程可以求得A点坐标;
  第三步,就是求此时瓶中水的体积,可以将图像分为两部分,
  一部分是直线y=y0与抛物线所交部分,第二部分是直线y=y0、直线y=tanα*x+b及抛物线y=ax^2(a>0)相交部分。第一部分体积为V1=∫π*(x^2)dy=∫π*y/ady(积分上下限为0和y0);
  第二部分体积为V2=∫π*((sqrt(y/a)-(y-b)/tanα)/2)^2dy(积分上下限为y0和h);因此根据:
  V1+V2=V/2=π*h^2/(4a)=∫π*y/ady(积分上下限为0和y0)+∫π*((sqrt(y/a)-(y-b)/tanα)/2)^2dy(积分上下限为y0和h)可以解得所求α值。
  这就是数学与生活紧密联系的实例,如果数学不能和生活紧密联系在一起,那么数学将变得空洞无力。   四、日常生活中的数学
  从日常的语言文字中,我们经常可以听见看见数学文化的直观表现,例如很多成语之所以含义深刻就得益于数学,下面略举几例。
  1.略知一二:只知道10%至20%,表示自己知之甚少,谦虚之意。
  2.一不做二不休:在数学中2是1的后继,某人干了一件坏事或傻事,他紧跟着又继续干另一件坏事,第二件事是第一件事的后继和递推
  3.不管三七二十一:3×7=21是数学规律,不管三七二十一指某人干事不按规律办,有点冒险,很可能出错。
  4.不三不四:模糊数学的表达,意思是指某人不老实。
  另外,音乐上的简谱用数学1234567来写:家居的门窗等都成轴对称形,等等,也都渗透着数学文化的踪影。
  五、在数学教学中应紧密联系生活
  生活是数学的大课堂,回归生活学数学既是让数学自身的魅力得到充分的展现,又让我们积极主动地学到富有真情实感的、能动的、有活力的知识。但需要注意的是,回归生活学数学绝非回到生活中放任自流地学数学,而应充分发挥课堂的“主阵地”作用,并重在数学与生活的有机结合。在学习中,感受数学与生活的密切联系。可见,如果我们能在教学中高度重视数学知识的生活化,那么,一定会使数学更贴近生活。同时也会越来越让人感到生活离不开数学,数学也会变得有活力,学生才会更有兴致地喜欢数学,更加主动地学习数学,巩固数学甚至发展数学。
  惟有这样,才能将数学的有关精神落到实处,更好地通过数学的学习来促进自身的发展。从而使自身更加热爱生活,热爱数学。马克思曾指出:“一门学科只有成功地应用了数学时,才真正达到了完善的地步”。生活中充满着数学,作为数学教师,我们更要善于从学生的生活中抽象出数学问题,使学生感到数学就在自己的身边,认清数学知识的实用性,从而产生兴趣。数学学习应该是一种有广泛的思维空间和实践空间,是生动有趣的学习活动,学生是可以用心去体会感悟的。而以往的数学学习,常常使学生们感到离开自己的生活实践太远,枯燥乏味。其实,数学学习完全可以将学生学习范围延伸到他们力所能及的社会生活和各项活动之中,将教育和生活融为一体,让学生获得更多的直接经验和感受体验。教给学生思维方式与思维的习惯。让学生去体会感悟数学的智慧与美。苏霍母林斯基说过:“教育、教学的技巧和艺术就在于,使每一个儿童的力量和可能性发挥出来,使他享受到脑力劳动中成功的乐趣。”我们不只是“授之以鱼”,更重要的是“授之以渔”。 一般来说,数学教学的功能包括两个方面:一是实践功能,即它与人们的生产活动和日常生活有着密切的联系。数学教学的内容来自于人类日益丰富、不断提高的生产活动和社会生活,并通过对一代代新人的培养,而越来越明显和能动地促进各个时代,尤其是现代社会的生产活动和社会生活的发展和进步。二是精神功能,即它联系于人们的思维与方法。通过对学生的数学教学,在早期就尽可能充分地开启他们的智慧,发展他们的思维品质和思维能力,丰富他们的精神世界,能为他们日后乃至终身的良好发展,创造高质量的生活,奠定不可缺少的极为重要的基石。
  美国教育界提出了“大众数学”的教育理念,强调在学校数学教学中,要教会所有学生都要学好数学,不仅要学生掌握未来社会所需要的基本数学知识,而且要促使学生主动地有效地学习更多的数学。“大众数学”的实质是指对数学教学进行再创造,使之顺应学生的需要,顺应社会的需要,从抽象的形式中解放出来,走向生活,走向大众。大众数学的引入能使学生更好地体会数学与大自然及人类社会的密切联系,学会应用数学思想去观察社会,解决日常生活问题,获得适应社会生活必须的数学经验和必要的应用技能。
  陶行知说:“生活即教育”。生活教育理论是陶行知教育思想的核心,也是中国现代教育史上重要而有影响的教育思潮之一。用数学解决生活中的实际问题,其素材来源于生活。在学习生活中,不考虑所学数学知识的作用,不应用数学知识去解决现实生活中的实际问题,是无法适应现实生活的。有这样一个故事:有两位小青年来到卖螃蟹的李大爷跟前问:“螃蟹多少钱一斤?”李大爷说:“30元一斤。”甲青年说:“我喜欢吃身子,只有一半应按15元一斤算。”乙青年说:“我喜欢吃爪子,也应按15元一斤算。”于是李大爷就把螃蟹分下来卖给了他们,回家的路上,李大爷仔细一算才发觉上了当,请你们用数学知识来解释一下李大爷为什么上当了?被这一情境引发了好奇心,由好奇引发需要,因需要而进行了积极思考,这样,既培养了动手能力、预算能力、社会能力,又十分有效地巩固了所学的数学知识。体会到数学离不开生活,生活离不开数学,用学到的数学知识解决生活中的实际问题,是学习数学的真正意义。数学,作为人类思维的表达形式,反映了人们积极进取的意志、缜密周详的推理及对完美境界的追求。
  六、如何教学生将数学用于生活
  解决生活中的问题 ,做到学以致用。要让学生“认识到现实生活中蕴涵着大量的数学信息。数学在现实世界中有着广泛的应用,面对实际问题时,能主动尝试着从数学的角度运用所学知识和方法寻求解决问题的策略……”。我们经常会遇到这种的情况,一道题目讲了很久学生还弄不懂。如果老师将这道问题与生活实际联系起来,学生马上就能解决。因此作为教师应该思考,如何充分利用学生已有的生活经验,引导学生把数学知识运用到现实中去,以体会数学在生活中的应用价值。
  案例1:
  在学校组织的春游活动时,我布置作业就编了这样一道题,让学生去完成:“学校组织同学们去春游,每人预收50元,结果乘车费每人16元,门票费每人28元,盒饭每盒5元,预收的钱够了吗?”学生解决自己亲身经历的事,其兴趣是不言而喻的。
  案例2:
  我校的学生绝大多数是进城务工的子女,而且大多数的家庭是在学校附近做生意的。开学初,我与一家长闲聊中了解到,今年政府给他们减负了,免交工商管理费、卫生费等费用近5000元。这几天我们正好在学习加法结合律,于是我又编了这样一道题:今年党的惠民政策好,给小红家免了工商管理费2284元,免了卫生费1200元,免了个人所得税费1116元,学校也免了借读费200元,请你算一算,小红家今年共免了多少元?学生能很快地利用定律进行简便计算。
  数学是一种精神,一种理性的精神。正是这种精神,激发、促进、鼓舞并驱使人类的思维得以运用到最完善的程度,亦正是这种精神,试图决定性地影响人类的物质、道德和社会生活;试图回答有关人类自身存在提出的问题;努力去理解和控制自然;尽力去探求和确立已经获得知识的最深刻的和最完美的内涵。
  【参考文献】
  1.张景中:数学与哲学,中国少年儿童出版社,2003.8.
  2.刘兼、孙晓天主编:《数学课程标准解读》,北京师范大学出版社,2002.
  3.马忠林主编,胡炯涛著:《数学教学论》,广西教育出版社,1996.12.
  4.克莱因:《西方文化中的数学》,复旦大学出版社,2004.4.
  (作者单位:621000四川省绵阳市长虹大道南段71号绵阳广播电视大学)
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