谈数学美与学生能力的培养

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  中图分类号:G623.5
  哲学家黑格尔对美的解释为:美是理念的感性呈现,诚实道德无欲生理与心理的和谐为美。人的美感的形成,是长期的社会实践,特别是生产劳动实践,在人类发展的历史过程中积累的结果。简单是美的印迹,美是真理的光辉,古典主义者对美的概括为:"美是形式的和谐"。首创"数学美在于形式"说是毕达哥拉斯学派,对于"对称"这种形式美特别能反映现实中的和谐。比如鸟类的翅膀,动物头上的角,人体的外观等都是左右对称,雪花的花纹是六角对称形,花卉世界的五重对称等,无一不给人一种和谐的美感。
  一、 数学美的涵义
  爱因斯坦说"美,本质上终究是简单的",他还认为只有借助数学才能达到简单的美学准则;欧拉给出的公式:V-E+F=2,堪称"简单美"的典范。世间的多面体有多少?没有人能说清楚。但它们的顶点数V、棱数E、面数F,都必须服从欧拉给出的公式,一个如此简单的公式,概括了无数种多面体的共同特性,能不令人惊叹不已?!数学家庞加莱指出"数学美"的内涵可以概括为协调性、统一性、对称性和奇异性。特别是协调与统一对称等可以理解为和谐性。综上所述,美的基本涵义也可以认为:事物关系(形式与内容)之间的和谐性与简单性就是美,和谐的必然就是简单,所以和谐性是数学美的本质核心。
  二、 数学美育
  数学是我们的基础学科,是我们文化中极为重要的组成部分。她有智育的功能,也有其美育的功能。当代数学家徐利治教授明确提出:"教育与教学的目的,应当让学生获得对数学美的审美能力,从而既有利于激发他们对数学科学的爱好,也有助于增长他们的创造发明能力"。数学美的表现形式是多种多样的,从数学内容看,有概念之美、公式之美、体系之美等;从数学的方法及思维看,有简约之美、类比之美、抽象之美、无限之美等;从狭义美学意义上看,有对称之美、和谐之美、奇异之美等。
  苏霍姆林斯基说过:"没有审美教育就没有任何教育"。因此利用数学的美,理解数学的奥妙,领略数学美的神韵,这样的学习过程不仅能陶冶性情,培养执着追求的坚强毅力,同时在审美活动中更加充分发挥出数学方面的创造潜能。
  三、 数学教学实践中体现数学美的地方很多,只要善于挖掘就能感受到数学美,同时也能培养审美创造能力。
  1、 在直观形式上感知,培养解题能力
  在古代"对称"的含义为"和谐""美观",如古代的宫殿、庙宇、教堂等遵循对称的原则,非常具有完美的美感,数学中有轴对称,中心对称,镜对称,共轭对称等,数学上的对称概念正是从自然事物形状抽象而来,对称定义从形式上看给人美感,所以工程与建筑中都充满了对称的设计,如故宫等呈现轴对称以展现严肃方正完美的格局,在现实生活中处处都能感知到数学的美,所以说数学是对现实的抽象的认识。通过一定的数学符号形式结构表达出来,客观现实中的美也就随数学形式表现出来。在中学阶段的图形中,毕达哥拉斯派认为:从完整因素考虑,一切平面图形中,图形最美;一切空间图形中,球形最美。特别是圆,既是中心对称也是轴对称图形,每条直径所在的直线都是圆的对称轴;可以从函数的奇偶性去欣赏曲线图形的对称变化美。如函数f(x)=x2的图象就是一条关于y轴对称的抛物线;从函数的周期性去欣赏曲线图形的美。如正弦函数y=sinx和余弦函数y=cosx的图象是一条美丽的波浪线。数学美丽的图形并非只能看不中用的,在实际解题中的应用是很广泛的,比如(2011年高考陕西卷文科6)方程|x|=cosx在(-∞,+∞)内( )(A)没有根(B)有且仅有一个根(C)有且仅有两个根(D)有无穷多个根【解析】:令y1=|x|,y2=cosx,画出这两个函数的图像就可以选出答案。再如等差数列前n项和公式的推导(倒序相加法)过程就是对称美的应用。对称或均衡的图形如等边三角形,正多边形,双曲线,正多面体,以及著名的杨辉三角形等都给人以美的的享受。
  通过对数学美的感受,激发学生钻研数学的激情,培養学习兴趣,在愉悦的审美活动中启发探求真理的思路,提高学生解决问题的能力。
  2、 在现实应用上感知,培养审美创造能力
  和谐的比例与优美的图形设计给人美的享受。黄金比λ=≈0.618,达芬奇称黄金分割比为"神圣比例",认为"美感完全建立在各部分之间神圣的比例关系上"。人体最优美的身段遵循这个黄金分割比,美丽的自由女神维纳斯身材比例恰好为黄金分割比。在许多艺术作品中,建筑设计领域也有广泛的应用;黄金矩形是优美的,应用也十分广泛,如火柴盒、杂志、国旗等它的应用给人带来更多的美感。
  3、 在学习、解题过程中感知发现数学美,培养数学审美能力
  中学数学中包括概念证明的"机智美",解决问题的"实用美",题型变化及解题方法的"变化美"等等。
  中学圆锥曲线教学部分,椭圆、双曲线第二定义及抛物线定义中,到定点距离与它到定直线的距离之比是常数e的点的轨迹:e<1,e>1,e=1时,分别表示的轨迹为椭圆、双曲线、抛物线。常数e的变化导致轨迹完全不同的曲线,其形状性质相差甚远,数学上的一些变化很奇妙,构成数学中的一种"奇异美"。比如(2011年高考海南卷文科12)已知函数y=f(x)的周期为2,当x∈[-1,1]时f(x)=x2,那么函数y=f(x)的图象与函数y=|lgx|的图象的交点共有( )A.10个B.9个C.8个D.1个【解析】画出两个不同函数y=f(x)与y=|lgx|的图象,不难得出选项A正确.
  中学数学中的化简,数学化原则是数学简洁美的要求与体现,极限法、特殊法是数学奇异美的要求与体现,一般化方法的内在关联性是数学统一美、和谐美的要求与体现。从数学美学的角度审视数学知识、数学思维,并渗透于知识与解题的教学实践中,可以更加充分地让学生感知,理解数学美,获得愉悦满足感,更好地培养审美创造能力。
  数学的解题方法灵活多变,在解题中发掘出简单、优化的思路与方法,起到简单奇妙的效果,完美地解决问题。
  "数学美"是"科学美"的一种,科学与艺术一样,都有自己的美学特征,它能陶冶情操,完善思维品质的作用;发掘数学的美可以在科学发现、探索学科规律、科学思维中获得。达·芬奇是15至16世纪的一位艺术大师和科学巨匠。他用一句话概括了他的《艺术专论》的思想:"欣赏我的作品的人,没有一个不是数学家"。
  数学是美的科学,数学中概念的之完美,公式之简洁,证明之严谨,推导之严密,图形之优美,体系之和谐,这种种真实与正确,使数学显示出它特有的美的魅力。我们应该带领学生进入数学美的乐园,展示数学美,挖掘数学美,培养他们坚强质朴的品质,激发学习数学的兴趣,让他们感知、欣赏数学的美,提高审美能力,培养创造性思维能力。
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