数学史融入初中数学的价值

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  《义务教育数学课程标准(2011年版)》强调在数学教育中要融入一定的数学史,让学生在学习数学的过程中充分感受数学文化的内涵,与之产生共鸣,体察数学与生活之间的联系和互动,了解数学文化的品位。学生通过对数学历史脉络的了解,领会数学在人类历史发展长河中所体现的作用和价值,感受数学家们求真探索、严谨治学的态度。欣赏数学之美,进而深层次的理解数学,促进学生的个性发展,塑造学生完美的人格。
  一、数学史融入课堂的缺失
  数学教学与数学史是不可割裂的。深入课堂观察发现:教师对数学史的教育价值重视程度不足,教材中的相关数学史知识,没有被融入到课堂教学中去。其次,教师对融入史料的难易程度把握不准,有的教师仅仅介绍一下相关数学家或者理论,而没有把数学史当作数学知识的一部分来看待。从融入的方式方法看,数学史大多在教学引入环节或者留作思考环节,最后流于形式,变成单纯讲故事,无法真正让数学史为数学教学服务。另外,数学史在例题、习题环节融入得比较少。数学教材中的数学史通常放置在章节的开头,作为新知识点的铺垫,或者章节的末尾,或作为课后的拓展延伸。鲜少有数学史的内容出现在正文中,从而导致数学史往往不能引起教师的关注和重视,并未深度挖掘史料背后所隐藏的数学思想,使其教育功能大打折扣。
  二、数学史融入课堂的教学功能
  1.数学史融入知识构建,内化新知结构
  数學史家 M·克莱因的观点“历史是教学的指南”提出:“历史呈现了知识的来龙去脉, 叙述了人类认识如何步步深入,在数学史中我们就能体会和把握认识提升的关键。” 学生是否掌握新知识,关键看学生能否将新知识内化,能否将外部知识转化为内部知识。融入数学史能让学生理清数学知识发生发展过程,引导学生将生活学习经验与课本上的知识产生联系,产生愉快的学习体验,并在体验新知识的发生发展的同时,将知识内化为经验。
  例:学习三角形内角和定理
  可先介绍泰勒斯是如何知道三角形内角和的:他先是发现将六个同样的正三角形顶点置于同一点,恰好填满该点周围区域,因而六个内角之和等于四直角,三个内角之和等于二直角,如图1所示,接下来,将六个同样的等腰三角形的不同顶点置于同一点,其中的每一个顶点出现两次,结果也恰好填满该点周围区域,没有缝隙,因而六个内角之和等于四直角,三个内角之和等于二直角,如图2所示,最后,用三个同样的不等边三角形来拼图,发现同样的结论,如图3所示。
  然后,教师引导学生在图中锁定某一个三角形,让其感受泰勒斯的探究和发现过程,通过添加辅助线来说理。按位置,六个三角形分别称为上左、上中、上右、下左、下中和下右三角形。各小组经过讨论之后,重构了多种证明方案,重演了毕达哥拉斯、克莱罗、欧几里得等数学家的证明方案。
  在浓郁的历史文化气息下,引导学生历经数学家们的思维过程,重走数学发展之路,让学生在一次次再创造的过程当中学习数学,形成正确的数学观。通过重点分析数学发展的文明史,把数学从单纯的逻辑推理和公式演绎中解放出来,强调数学的文学价值,凸显数学的人文情怀。
  2.数学史融入数学模型,提升问题解决
  笛卡儿曾强调:“我所解决的每一个问题都将成为一个范例,以用于解其他问题。”历史上对同一数学问题的不同解决方法,让学生感受到数学思维方法的历史演变,拓展学生的思维,提高学生的能力。
  例:学习垂径定理
  引例“圆壁埋材”是我国古代著名数学著作《九章算术》中的一个问题:“今有圆材,埋在壁中,不知大小,以锯锯之,深一寸,锯道长一尺,问径几何?”上问题可以简化为下图形解决:
  这一历史名题不仅让学生了解垂径定理中四条重要线段(弦长a,圆半径r,弦心距d, 弓形高h)的联系,也使学生对“垂径定理”这一名称有直观的认识,还可以作为一个原始模型(如图8)演绎出下面的问题:
  问题1:人教版九年级(上)第二十四章《垂直于弦的直径》,第82页例2求赵州桥主桥拱的半径问题。
  问题2:在希腊的萨摩斯岛发掘出了一块瓷盘碎片。考古学家都知道,具有这种特殊图案的古典希腊瓷盘的直径都是24cm,发掘者EiIdon想通过计算瓷盘的直径,确定这个瓷盘是否属于古典希腊瓷盘(如图9)。
  3.数学史融入数学思考 感悟数学思想方法
  数学史实质上就是一部数学思维方法史,它可以使学生不受时空限制直接向以往数学家学习。法国数学家伽瓦罗说:“一个人要想在数学上取得成就,最有效的方法就是向数学大师们学习。” 古往今来,每一种数学思想方法都闪烁着人类智慧的火花。以史为源,挖掘数学家的思想方法渊源,引导学生对古今中外的解决方法进行对比,使学生了解古今方法的演变,从而启发他们的思维,学会处理现代数学问题。
  例:学习配方法解一元二次方程
  复习旧知:解一元二次方程:x2=16,(x 5)2=36,(x-2)2 =9
  引领学生用几何语言来表达上述方程含义。然后,提出问题:
  9世纪阿拉伯数学家花拉子米在他的《代数学》中提出以下问题:一平方与十根等于二十迪拉姆,求根。(解一元二次方程:x2 10x=20)
  方法引导:在古代,开方就相当于“已知正方形面积求边长”。那么,这个问题是否也可以借助几何图形来解决呢?请思考这个方程的左边可以表示成什么图形?
  学生通过探究、交流、讨论后得到图10,进一步修正,得到图11,最终完善得到图12
  通过探索,历经了花拉子米的解题思维过程,进而追问,同学们想一想,这相当于对原方程实施了怎样的操作呢?
  生:x2 10x=20?圯x2 10x 55=20 52?圯(x 5)2=45
  拓展理解:已知两数乘积为10,差为4,求这两数,相当于解方程一元二次方程:x2-4x=10。最后,一个学生仿照一次项系数为正的情况解决了难题(图13)。
  相应的配方过程:x2-4x=10?圯x2-4x 22=10 22?圯(x-2)2=14
  数学历史文化的熏陶下,通过让学生感受数学知识的发现、发生及解决问题的演绎过程,连接其发展的文化脉络,让学生重演古人对这些内容的探索过程,感悟相关的数学思想方法。这样融入数学史的教学,学生在受到数学文化熏陶的同时培养创造意识和正确的数学观。
  可见,将数学史的人文精神融入教学能让学生感受思维的乐趣,领悟数学知识的丰富、数学方法的精巧、数学思想的博大、数学思考的美妙,以数学文化提升学生的数学品位,发展人文精神。
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