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数学不是枯燥的学科,而是具有美感的学科。罗素曾说:"数学,如果公正地看,包含的不仅是真理,也是无上的美——一种冷峭而严峻的美,恰像一尊雕塑一样" 。数学的美从内容上可分为结构美、语言美、方法美;从形式上可分为形态美与神秘美,其基本特征是简洁性、对称性、统一性、奇异性、思辨性。在高中数学教学中怎样引导学生感受数学的美呢?笔者认为可从以下几方面入手:
一、创设美的教学情景
数学教学中,教师可以有意识地创设美的教学情景,引导学生感受数学的美,以鼓励学生主动参与。如在学习指数之前,先提出一个问题:"一张0.01mm厚的纸折叠十次以后,有多厚?"学生是可以计算得了的。若是折了100次呢?有的学生可以估算为2100层纸厚,为2100=(210)10≈(103)10=1030即为1030×0.01×0.001×0.001km=1022km,对于这一估算数字,学生会感到有兴趣、好奇,它的新颖奇特在学生的心灵中引起了一种愉快的惊异,趣中孕育着"美感"。 为了进一步解决这一繁而惊人的计算,因而追求计算的"简单性"──数学美的表现形式之一,导至了指数计算方法的产生。让学生带着兴趣、美感、追求,开始学习指数运算。
二、培养美的发现能力
数学具有两重属性,这两重性可简单地概括为:一是数学知识;二是数学思想方法。而数学方法是数学中最本质的东西,数学方法的奇异美常常成为产生新思想、新方法和新理论的起点,使规律化、程式化的世界出现意外的、带有独创性的成果,令人兴奋和激动。有些数学问题,孤立地运用题设条件难以求解时,不妨把问题置于特定的背景下,构造问题的数学模型,寻求解题的入口。如求证:(Cn0)2+(Cn1)2+…+(Cnn)2=C2nn,对此问题分析得知:构造有n个白球和n个黑球的集合,从这2n个球中取出n个球的方法有C2nn种;另一方面,又可以这样分类:这n个球的取法可分为取i个白球和n-i个黑球,取法为CniCnn-i种,(i=0,1,2,…,n ),对其求和即可得结论。有些数学问题,因给出的形式不具备直接使用有关定理与性质的条件,故在求解时,感觉有些困难;而有些却是给出的形式感觉不很舒畅,求解有点不习惯,对于这些情形,可考虑改变问题的形式,通过变换形式,达到化难为易、化生为熟、化繁为简的目的。
在解决数学问题时,我们总是崇尚简明、优美的合理方法而摒弃繁难的不合理的方法。因此,根据数学问题的特点,改进已有的解题思路,寻求具有美的方法,可以使心灵感到一种愉快的惊奇。
三、感受美的学习过程
数学美的特点在于抽象的理性形式中包含着无限丰富的感性内容。在教学中,教师运用大量生动的感性材料给学生以美感直觉,把抽象枯燥的数学概念、公式、定理先给学生以具体的直观形象,再上升为理性形象,成为字母与运算符号间的造型艺术,使学生对所学知识易于接受,便于理解,同时引领学生把上升到一定高度的数学知识还原到生活的实践中去,让学生把它当作解决问题的工具来学习和掌握。如教师可以带领学生将正棱柱、圆锥、圆柱、球、圆台、正方体、等常见的特殊多面体与旋转体相"接"相"切",画出图形、分析比较,区别异同。根据多面体与旋转体的定义和性质,归纳总结各种情况下"接"与"切"的空间位置关系和各个元素之间的相互数量关系,寻觅解决问题的截面和把空间问题转化为平面问题解决的途径。在感受美、鉴赏美的过程中建立起"知识链",形成了知识的有序结构和解题的方法体系,巩固和加深了对所学知识的理解和应用。
四、体验美的数学揭示
数学研究主要是以理论为主的抽象思维。数学美的实质是一种理性美,属于观念形态,它反映的是自然界内在的和谐,如数学中的对称几何图形、相似形、相似变换、整齐的行列式、统一的方程式等等。在将知识加以整理过程中,通过数学知识中蕴含的数学美去感染学生,当学生感受到数学知识结构的美妙时,学生就会对数学从本质上去理解,从而提高学生的数学素养。如在"椭圆的定义和标准方程"的教学中,化简椭圆方程后,得 + =1 ,此时教师可提出问题:从椭圆的图形对称性来看,我们期望它的方程也应具有对称性。怎么办呢?然后引导学生设a2-c2=b2(b>0),则可将上面的方程化为 + =1,我们发现这里最后引进的b是由于对美的追求人为制造出来的,而这又恰恰体现了椭圆的图形特征。同时,利用类比的思想将椭圆的研究方法延续到双曲线和抛物线中,最终将圆锥曲线统一起来,更加深了知识的系统化。
五、感悟美的数学思想
教师在教学中抓住审美的最佳时期,注入美的因素,让学生在美的享受中开启心扉,引起精神的升华。数学美是一种高级形式的美,它可以拨动学生的心弦,使学生在愉快的情境中增长知识,受到教益,产生情感的共鸣,能收到陶冶情操的良好效果。
面对新课改,数学教学既要重视数学知识的传授,又要关注数学中的美学属性,使学生在了解和感受数学美的同时,培养起对数学的良好情感和提高对数学的直觉能力和创造思维能力。而作为数学教师更须是源源不竭的"自来水",不断吸纳,不断汲取,才能不断撒播,不断激活学生探求数学之美的能动性。而在数学教学中,加强数学美的应用,不仅能使学生加深对数学的理解和认识,更重要的是在如此长期的训练中,他们能透过抽象的数学符号看到美的形象,透过严密的逻辑推演领略美的神韵,最终会架起数学美的神舟,驶向创造性思维的彼岸。
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一、创设美的教学情景
数学教学中,教师可以有意识地创设美的教学情景,引导学生感受数学的美,以鼓励学生主动参与。如在学习指数之前,先提出一个问题:"一张0.01mm厚的纸折叠十次以后,有多厚?"学生是可以计算得了的。若是折了100次呢?有的学生可以估算为2100层纸厚,为2100=(210)10≈(103)10=1030即为1030×0.01×0.001×0.001km=1022km,对于这一估算数字,学生会感到有兴趣、好奇,它的新颖奇特在学生的心灵中引起了一种愉快的惊异,趣中孕育着"美感"。 为了进一步解决这一繁而惊人的计算,因而追求计算的"简单性"──数学美的表现形式之一,导至了指数计算方法的产生。让学生带着兴趣、美感、追求,开始学习指数运算。
二、培养美的发现能力
数学具有两重属性,这两重性可简单地概括为:一是数学知识;二是数学思想方法。而数学方法是数学中最本质的东西,数学方法的奇异美常常成为产生新思想、新方法和新理论的起点,使规律化、程式化的世界出现意外的、带有独创性的成果,令人兴奋和激动。有些数学问题,孤立地运用题设条件难以求解时,不妨把问题置于特定的背景下,构造问题的数学模型,寻求解题的入口。如求证:(Cn0)2+(Cn1)2+…+(Cnn)2=C2nn,对此问题分析得知:构造有n个白球和n个黑球的集合,从这2n个球中取出n个球的方法有C2nn种;另一方面,又可以这样分类:这n个球的取法可分为取i个白球和n-i个黑球,取法为CniCnn-i种,(i=0,1,2,…,n ),对其求和即可得结论。有些数学问题,因给出的形式不具备直接使用有关定理与性质的条件,故在求解时,感觉有些困难;而有些却是给出的形式感觉不很舒畅,求解有点不习惯,对于这些情形,可考虑改变问题的形式,通过变换形式,达到化难为易、化生为熟、化繁为简的目的。
在解决数学问题时,我们总是崇尚简明、优美的合理方法而摒弃繁难的不合理的方法。因此,根据数学问题的特点,改进已有的解题思路,寻求具有美的方法,可以使心灵感到一种愉快的惊奇。
三、感受美的学习过程
数学美的特点在于抽象的理性形式中包含着无限丰富的感性内容。在教学中,教师运用大量生动的感性材料给学生以美感直觉,把抽象枯燥的数学概念、公式、定理先给学生以具体的直观形象,再上升为理性形象,成为字母与运算符号间的造型艺术,使学生对所学知识易于接受,便于理解,同时引领学生把上升到一定高度的数学知识还原到生活的实践中去,让学生把它当作解决问题的工具来学习和掌握。如教师可以带领学生将正棱柱、圆锥、圆柱、球、圆台、正方体、等常见的特殊多面体与旋转体相"接"相"切",画出图形、分析比较,区别异同。根据多面体与旋转体的定义和性质,归纳总结各种情况下"接"与"切"的空间位置关系和各个元素之间的相互数量关系,寻觅解决问题的截面和把空间问题转化为平面问题解决的途径。在感受美、鉴赏美的过程中建立起"知识链",形成了知识的有序结构和解题的方法体系,巩固和加深了对所学知识的理解和应用。
四、体验美的数学揭示
数学研究主要是以理论为主的抽象思维。数学美的实质是一种理性美,属于观念形态,它反映的是自然界内在的和谐,如数学中的对称几何图形、相似形、相似变换、整齐的行列式、统一的方程式等等。在将知识加以整理过程中,通过数学知识中蕴含的数学美去感染学生,当学生感受到数学知识结构的美妙时,学生就会对数学从本质上去理解,从而提高学生的数学素养。如在"椭圆的定义和标准方程"的教学中,化简椭圆方程后,得 + =1 ,此时教师可提出问题:从椭圆的图形对称性来看,我们期望它的方程也应具有对称性。怎么办呢?然后引导学生设a2-c2=b2(b>0),则可将上面的方程化为 + =1,我们发现这里最后引进的b是由于对美的追求人为制造出来的,而这又恰恰体现了椭圆的图形特征。同时,利用类比的思想将椭圆的研究方法延续到双曲线和抛物线中,最终将圆锥曲线统一起来,更加深了知识的系统化。
五、感悟美的数学思想
教师在教学中抓住审美的最佳时期,注入美的因素,让学生在美的享受中开启心扉,引起精神的升华。数学美是一种高级形式的美,它可以拨动学生的心弦,使学生在愉快的情境中增长知识,受到教益,产生情感的共鸣,能收到陶冶情操的良好效果。
面对新课改,数学教学既要重视数学知识的传授,又要关注数学中的美学属性,使学生在了解和感受数学美的同时,培养起对数学的良好情感和提高对数学的直觉能力和创造思维能力。而作为数学教师更须是源源不竭的"自来水",不断吸纳,不断汲取,才能不断撒播,不断激活学生探求数学之美的能动性。而在数学教学中,加强数学美的应用,不仅能使学生加深对数学的理解和认识,更重要的是在如此长期的训练中,他们能透过抽象的数学符号看到美的形象,透过严密的逻辑推演领略美的神韵,最终会架起数学美的神舟,驶向创造性思维的彼岸。
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