浅议数学史与高等数学教学的结合

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  摘要:在高等数学教学中,渗透数学史教育,是数学改革的一种新趋势,它可以有效改善教学效果,不断提高教学效率,是一种值得尝试的途径。
  关键词:数学史;高等数学;渗透
  【中图分类号】G642.0文献标识码:A
  随着数学教学改革的深入,数学史的重要作用越来越被重视。在高等数学教学中,适当地渗透进数学史的教学,可以有效地改进高等数学的教学方式,提高教学效果。
  一、数学史对于高等数学教学的重要作用
  1.增进学生对数学知识框架的了解
  法国伟大的数学家亨利•庞加莱曾说:“如果我们想要预测数学的未来,那么适当的途径是研究这门学科的历史和现状”。在高等数学的学习中,虽然知识的学习是一步一步地深入进行的,但在从一个知识点过渡到另外一个新的知识点时,教材中会采取一定的方式和方法,至于为什么会采用这种方法,教材中往往不会涉及的太多,导致学生对知识的来龙去脉和知识结构上产生一个断层,影响学生数学知识框架的建立。例如,在不定积分的概念讲完之后,进入定积分的学习时,很多教材都采取了介绍一些背景,例如曲边梯形的面积、变速运动的路程等等。那么,为什么要介绍这些呢?是当初科学家发明时想到的吗?有没有其它的应用呢?学生心中肯定会有疑问。这个时候,教师适当向学生介绍数学史上定积分产生的背景,以及定积分发明的来由,就可以增进学生对知识间的联系,从而牢固地树立起完整的数学知识框架。
  2.促进学生对数学概念的理解
  数学史中记载了许多数学家发明、发现的生动过程,向学生介绍这些过程,有助于学生理解数学方法和技巧,从而促进其对知识的理解和掌握。如在学习极限的概念时,可以向学生介绍,我国数学家刘徽在《九章算术》的注释中提出了计算圆周长的“割圆”思想:“割之弥细,所失弥少,割之又割,以至于不可割,则与圆周合体,而无所失矣!”。刘徽用“割圆”思想不仅计算出了 的近似值,而且还提供了一种研究数学的方法,这种方法相当于今天的“求极限”。这样不仅能开阔学生的视野,发展学生的思维,还可以使学生对极限的概念恍然大悟,加深了对数学知识的理解。
  3.活跃课堂气氛,增加学习兴趣
  课堂教学中穿插一些相关的数学史知识,可以激发起学生的好奇心,使学生更好地领会所学的知识,调动学生学习的积极性。如在讲授积分中的牛顿-莱布尼兹公式时,可以向学生这样简单介绍这个公式名称的由来:牛顿(1643年1月4日—1727年3月21日),爵士,英国皇家学会会员,英国伟大的物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家,百科全书式的“全才”。莱布尼茨(1646年7月1日-1716年11月14日),德意志哲学家、数学家,是历史上少见的通才,被誉为十七世纪的亚里士多德。牛顿和莱布尼兹都是微积分的重要创始人。牛顿对微积分是先发明(1665),后发表(1711);莱布尼兹则是后发明(1675),先发表(1684、1686年先后发表第一篇微分学,第一篇积分学文章),于是发生了所谓“优先权”的争论。英国数学家捍卫他们的牛顿,指责莱布尼兹剽窃,而大陆的数学家支持莱布尼兹。事实上,他们彼此独立地创立了微积分,最后学术界索性将他们的名字连在一起进行,就是现在的牛顿—莱布尼兹公式。这样既使课堂生动有趣,又给学生留下了深刻的印象,提高了教学效率。
  4.培养学生的探索,创新意识和敢于怀疑的精神
  高等数学中很多数学内容的发明和数学结论的得到,在数学史上都凝聚了很多数学家的千辛万苦的努力和尝试。课堂上适时地介绍一下这些方面的内容,可以很大程度地发挥数学家的榜样作用,有利于学生的创新意识和探索精神的培养。l7世纪最伟大的法国数学家费马提出了“费马大定理”,即不存在正整数x,y,z,n,使得xn+yn=zn (当n>2时)。从那时起,许多伟大的数学家在这个问题上付出了很多艰辛的努力和尝试。1779年,欧拉给出了一个n=3的证明。不久,欧拉又出色地证明了n=4的情况。大约1825年,勒让德和狄利克雷独立地对n=5给出了证明,拉梅于1839年对于n=7证了此定理。德国数学家库默尔对此问题的研究做了有意义的推进,1843年提出了“库默尔理想数”,为费马关系式的不可解性导出了一个条件。1908年,德国数学家佛尔夫斯克尔给哥廷根科学院留下l0万马克,作为这个“定理”的第一个证明的完全奖金。三百多年过去了,直到1995年由英国的数学家怀尔斯成功地证明了这个定理,被称为“20世纪最辉煌的数学成果”。由此可见,多少数学家经历了艰苦漫长的道路,才取得了最后的成功。
  二、在高等数学教学中渗透数学史教育的方法
  1.借助知识链接,恰当突出数学史
  在课堂上,当教师讲解到相关的内容,并且这方面的内容在数学史上曾经有大幅的记录,或者这方面的内容曾经在数学史上有过强烈的争议,或者教学内容涉及到某个数学家时,可以对这方面进行介绍,这样既是对学生进行数学知识的渗透和创新,另一方面又拓宽了学生的知识面,又对学生进行了一定的思想教育。
  2.借助网络功能,自行查阅数学史
  现代教育的一个重要功能是网络。教师可以布置任务,让学生自行上网查阅数学史的相关内容,或者是某个概念的引入,某个定理的发现,或者是某方面数学知识的拓广,以及数学史上的某些趣事等等。学生在查阅这些资料的过程中,无形地得到了数学知识的熏陶和数学家优秀品质的感染,对自己的学习也会起到熏陶和促进作用。
  3.多种方式和渠道渗透数学史
  数学史的研究对象很广,不仅包括具体的数学内容,而且涉及历史学、哲学、文化学、宗教等社会科学与人文科学内容,是一门交叉性学科。因此,对于数学史教育的渗透,方式也应该是多种多样的。可以是专家讲座和专题报告,选择一些情节生动、发展曲折且有教育意义的数学史材料讲;也可以是选修课的方式,介绍世界各国的数学史,让有兴趣的学生更深入地进行探索;也可以是教材中的阅读材料,让学生带着兴趣进行阅读,增强感染力;还可以是板报的形式,直接张贴出来,供学生们了解和认知。
  4.教师要透彻钻研数学史
  作为课堂上开展数学史教育的一个重要力量,教师对数学史知识的掌握和探讨是至关重要的。“要给学生一碗水,自己要有一瓢水”。只有当教师对数学史的材料掌握得透彻,理解得深入,在课堂上对数学史教育的处理才能游刃有余,恰到好处,才能够起到应有的积极作用,也才能不断地提高课堂的教学效率。
  总之,古今中外的数学史中蕴藏着无穷的智慧,闪光的思想,成功的喜悦和失败的教训。在高等数学的教学中适时、适当地渗透数学史教育,可以有效改善教学效果,不断提高教学效率。发挥数学史的教育功能,也是广大高校数学教师一项长远而艰巨的方向。
  参考文献
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