《普通高中數(shù)學課程標準》增加了數(shù)學史方面的內(nèi)容,以提高學習數(shù)學的興趣,加深對數(shù)學的理解,讓學生感受數(shù)學家的嚴謹態(tài)度和鍥而不舍的探索精神。過去我們一直認為數(shù)學屬于理科,學的應該是如何解題之類的方法技巧。而數(shù)學史更像是文科的內(nèi)容,作為課外了解的擴充知識是可以的,成為正式的教學內(nèi)容似乎沒有必要。這種思想體現(xiàn)了我們一直以來對數(shù)學教育目的和內(nèi)容的理解誤區(qū):只重視形式化的邏輯演繹能力的培養(yǎng),而忽視了學習數(shù)學作為一門科學更內(nèi)在的東西。下面我就數(shù)學史教學的教育功能作一下探討。
一、學習數(shù)學史可以幫助學生認識數(shù)學、形成正確的數(shù)學觀
日本數(shù)學家藤天宏教授在第九次國際數(shù)學教育大會報告中指出,人類歷史上有四個數(shù)學高峰:第一個是古希臘的演繹數(shù)學時期,它代表了作為科學形態(tài)的數(shù)學的誕生,是人類“理性思維”的第一個重大勝利;第二個是牛頓—萊布尼茲的微積分時期,它為了滿足工業(yè)革命的需要而產(chǎn)生,在力學、光學、工程技術(shù)領域獲得巨大成功;第三個是希爾伯特為代表的形式主義公理化時期;第四個是以計算機技術(shù)為標志的新數(shù)學時期,我們現(xiàn)在就處在這個時期。而數(shù)學歷史上的三大危機分別是古希臘時期的不可公度量,17、18世紀微積分基礎的爭論和20世紀初的集合論悖論,它同前三個高峰有著驚人的密切聯(lián)系,這種聯(lián)系絕不是偶然,而是數(shù)學作為一門追求完美的科學的必然。學生可以從這種聯(lián)系中發(fā)現(xiàn)數(shù)學追求的是清晰、準確、嚴密,不允許有任何雜亂,不允許有任何含糊,此時學生就很容易地認識到數(shù)學的三大基本特征——抽象性、嚴謹性和廣泛應用性了。
同時,介紹必要的數(shù)學史知識可以使學生在平時的學習中對所學問題的背景產(chǎn)生更加深入的理解,認識到數(shù)學絕不是孤立的,它與其他很多學科都關(guān)系密切,甚至是很多學科的基礎和生長點,對人類文明的發(fā)展起著巨大的作用。從數(shù)學史來看,數(shù)學和天文學一直都關(guān)系密切,海王星的發(fā)現(xiàn)過程就是一個很好的例子;它與物理學也密不可分,牛頓、笛卡兒等人既是著名的數(shù)學家又是著名的物理學家。在我們所處的新數(shù)學時期,數(shù)學(不僅僅是自然科學)廣泛應用于社會科學領域,發(fā)揮著意想不到的作用,可以說一切高技術(shù)的背后都有某種數(shù)學技術(shù)支持,數(shù)學技術(shù)已經(jīng)成為知識經(jīng)濟時代的一個重要特征。這些認識對于一個學習數(shù)學十余年的高中生來說是很有必要,也是必不可少的。
二、學習數(shù)學史有利于培養(yǎng)學生正確的數(shù)學思維方式
現(xiàn)行的數(shù)學教材一般都是經(jīng)過了反復推敲的,語言十分精練簡潔。為了保持知識的系統(tǒng)性,把教學內(nèi)容按定義、定理、證明、推論、例題的順序編排,缺乏自然的思維方式,對數(shù)學知識的內(nèi)涵,以及相應知識的創(chuàng)造過程介紹也偏少。這樣雖利于學生接受知識,但很容易使學生產(chǎn)生數(shù)學知識就是先有定義,接著總結(jié)出性質(zhì)、定理,然后用來解決問題的錯誤觀點。所以,在教學與學習的過程中存在著這樣的矛盾:一方面,教育者為了讓學生能夠更快更好地掌握數(shù)學知識,將知識系統(tǒng)化。另一方面,系統(tǒng)化的知識無法讓學生了解到知識大都是經(jīng)過問題、猜想、論證、檢驗、完善,一步一步成熟起來的,影響了學生正確數(shù)學思維方式的形成。
數(shù)學史的學習有利于緩解這個矛盾。通過講解一些有關(guān)的數(shù)學歷史,讓學生在學習系統(tǒng)的數(shù)學知識的同時,對數(shù)學知識的產(chǎn)生過程有一個比較清晰的認識,從而培養(yǎng)學生正確的數(shù)學思維方式。這樣的例子很多,比如說微積分的產(chǎn)生:傳統(tǒng)的歐式幾何的演繹體系是產(chǎn)生不了微積分的,它是牛頓、萊布尼茲在古希臘的“窮竭法”、“求拋物線弓形面積”等思想的啟發(fā)下為了滿足第一次工業(yè)革命的需要創(chuàng)造得到的,產(chǎn)生的初期對“無窮小”的定義比較含糊,也不像我們現(xiàn)在看到的這樣嚴密,是在數(shù)學家們的不斷補充、完善下,經(jīng)過幾十年才逐步成熟起來的。
三、學習數(shù)學史有利于培養(yǎng)學生對數(shù)學的興趣,激發(fā)學習數(shù)學的動機
動機是激勵人、推動人去行動的一種力量,心理學認為,動機可分為兩個部分:人的好奇心、求知欲、興趣、愛好構(gòu)成了有利于創(chuàng)造的內(nèi)部動機;社會責任感構(gòu)成了有利于創(chuàng)造的外部動機。興趣是最好的動機。在日本,不喜歡數(shù)學的學生也是最多的,這說明他們的好成績是在社會、家長、學校的壓力下獲得的。中國的情況如何呢?通過對一些中學的高中生學習數(shù)學情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn):認為“我不喜歡數(shù)學,但為了高考,我必須學好數(shù)學”的學生占被調(diào)查者的比例高達62.21%,而對數(shù)學“很感興趣”的只占23.12%??梢娔壳爸袑W生的學習動機不明確,對數(shù)學的興趣也很不夠,這些都極大地影響了學習數(shù)學的效果。但這并不是因為數(shù)學本身無趣,而是它的趣味性被我們的教學忽視了。在數(shù)學教育中適當結(jié)合數(shù)學史有利于培養(yǎng)學生對數(shù)學的興趣,克服動機因素的消極傾向。
數(shù)學史中有很多能夠培養(yǎng)學生學習興趣的內(nèi)容,主要有這幾個方面:一是與數(shù)學有關(guān)的小游戲,例如巧拿火柴棒、幻方、商人過河問題等,它們有很強的可操作性,作為課堂活動或是課后研究都可以達到很好的效果。二是一些歷史上的數(shù)學名題,例如七橋問題、哥德巴赫猜想等,它們往往有生動的文化背景,也容易引起學生的興趣。
四、學習數(shù)學史為德育教育提供了舞臺
首先,學習數(shù)學史可以對學生進行愛國主義教育。現(xiàn)行的中學教材講的大都是外國的數(shù)學成就,對我國在數(shù)學史上的貢獻提得很少,其實中國數(shù)學有著光輝的傳統(tǒng),有劉徽、祖沖之、祖暅、楊輝、秦九韶、李冶、朱世杰等一批優(yōu)秀的數(shù)學家,有中國剩余定理、祖暅公理、“割圓術(shù)”等在全世界頗具影響力的數(shù)學成就,對其中很多問題的研究也比國外早很多年。
其次,學習數(shù)學史可以引導學生學習數(shù)學家的優(yōu)秀品質(zhì)。任何一門科學的前進和發(fā)展的道路都不是平坦的,無理數(shù)的發(fā)現(xiàn)、非歐幾何的創(chuàng)立、微積分的發(fā)現(xiàn)等例子都說明了這一點。數(shù)學家們或是堅持真理、不畏權(quán)威,或是堅持不懈、努力追求,很多人甚至付出畢生的精力。
最后,學習數(shù)學史可以提高學生的美學修養(yǎng)。數(shù)學是美的,無數(shù)數(shù)學家都為數(shù)學的美所折服。能欣賞美的事物是人的一個基本素質(zhì),數(shù)學史的學習可引導學生領悟數(shù)學美。很多著名的數(shù)學定理、原理都閃現(xiàn)著美學的光輝。