上个星期,同事和我吐槽她家女儿数学思维差,一道数学题被孩子做成了推理题,题目如下:
作业本上画了一个小男孩,画了玩具手枪(标价5元),足球(标价15元),帽子(8元),题干是小明的妈妈给了小明20元,让他买了1个足球,剩下的钱给自己买个礼物,他最有可能买什么?
题目大概是这个意思,然后她的女儿选择了手枪,同事还来不及称赞女儿的计算能力,女儿给出了答案:因为小明是小男孩,所以他一定喜欢玩具手枪啊!
同事一边吐槽一边叹了一口气,说自己从小数学就不好,最害怕上数学课,怀疑是把自己的数学思维遗传给女儿了。我安慰她:“小孩子刚刚上一年级,还不太适应,不要着急,慢慢引导她建立数学思维就好了。”
孩子对数学不开窍,数学思维差,家长只能干着急吗?当然不是。作为一名老师,教了这么多年的书,带了这么多年的孩子,有见过天赋异禀的,也有资质平平的,但是只要努力付出,脚踏实地,在某一门学科上到不了顶尖水平,但是也不至于太差。
很多学生和家长都对数学很头疼,觉得自己根本不是学数学的那块料。这是真的吗?在这里,不得不推荐给大家一本数学的科普读物——《万物皆数》。
这本书的作者是法国的米卡埃尔·洛奈。《万物皆数》获得法国数学期刊Tangente图书奖,并被译为6种语言发行,长踞法国亚马逊科学史分类第1名。
一.有趣而伟大的数学史——从具体走向抽象
从小学,甚至更早,我们就开始接受数学的学习,小孩子先学习的是数数,1-9的阿拉伯数字。
然而,阿拉伯数字真的是阿拉伯人发明的吗?
其次,为什么我们会用1表示1,用2表示2,而不是其他的符号呢?
加减乘数是怎么来的?
1+2+3+4+5+...+10有更加快速得出答案的方法吗?
为什么π是3.14159......圆周率是怎么来的?
......
当孩子提出这些难以回答的问题,诸如“为什么1+1一定等于2”,“两点就可以确定一条线段。”大人可能会觉得要崩溃了,因为这种共识是我们曾经学习的基础,老师告诉我们是这样,它就是这样。然后我们就沉浸在一张张的数学试卷中了,没有时间和机会抬头思考我们当初的疑惑和发问。
孩子之所以觉得数学很难,是因为数学经历了几千年的积淀和发展,这是一段漫长的由形象走向抽象的过程,而孩子们却要以教科书为基础,一下子就要接受这么多抽象的概念,当然会觉得很难。
《万物皆数》就是一本数学发展史,就是用通俗的语言,生动的例子,为我们介绍了数学由形象变抽象的过程。阅读这本书,不仅可以解答孩子的困惑,也会启发自己,原来数学真的不难。在数学发展的漫长历史中,有几个非常关键的节点,每一次都对社会的发展和人类思维的提升产生了无比重要的影响:数字的出现,几何学的出现,定理的总结,数学符号的简化,当然还有虚数等领域的拓展等等,但是最重要的,还是前4个。现在我们就来简单的看一看数字,几何,定理和数学符号的产生。
1.数字的产生:我们先把眼光投向西方世界,在美索不达米亚平原,公元前4世纪的乌鲁克城,有一群放牧人帮助羊的主人放牧,可是如何保证放牧前后的羊是一样的呢?于是羊的主人和放牧人在放牧前将羊的数量数好,标记在算筹上。比如说在一个圆盘上,画一个十字表示一只羊。画好之后用泥球封好,等羊群回来之后再清点。
可是羊太多了,画那么多符号真的很不方便,于是另一种符号应运而生,某一个特殊符号表示10只羊,某一个符号表示100只羊。比如说101只羊,就不用画101个十字符号,而是画一个1,后面加上一个样的符号,再画一个表示100的符号,后面加上一只羊的符号。这个发明是开天辟地的,因为这不仅推动了加法的计算方法,还推动了位置计数法。
慢慢地人们发现数字在不同的位置上,可以表示不同的数量,这叫位置计数法,后来在古巴比伦学者发展出了加减乘除甚至更加复杂的计算系统,而古印度人则发明了十进制的计数法,后来被阿拉伯人传入欧洲,这些数学符号就叫“阿拉伯数字。”
2.几何学 而几何学最初是和土地联系在一起的,而测量土地最实用的工具就是绳子,这些土地测量员们需要测量统计土地的面积,或者是分割一定的土地,所以几何就慢慢产生了。在土地上打两个木桩子,拉起一条绳子,就构成了一条线段,如果以一个木桩为原地,然后拉直绳子绕一圈,就形成了一个圆。但是如何做一个直角呢?聪明的先民们,将一条绳索上打上等长的结,然后一边是3条线段,一边是4条线段,一边是5条线段,那么就会形成一个直角三角形。在中国,数学知识经过长期的积累,在汉朝被编纂成书,在《九章算术》的最后一章,它叫“勾股定理”。通过这个事例,我们可以发现:好的想法会超越文化差异,当人类的心智已经做好准备迎接其到来的时候,它们总会自发的兴旺起来,蓬勃发展。
除此之外,这些充满好奇心的古人们,还研究了多面体,比如说现在的足球,其实就是从20面体切割而来。
3定理与数学符号
当数学发展到了一定的阶段,前人的研究和发现,就需要时代为他们沉淀下来。公元前7世纪末,古希腊历史上第一位伟大的数学家泰勒斯降生了。他得出了很多结论,
比如说:一个圆的任意直径将该圆分为等面积的两部分。
这个定理的提出是非常了不得的,了不起的地方不在于它的内容,而在于它的表达方式。这是一个普遍意义上的陈述。这个圆适用于一切圆,不因为时间地点的改变而发生改变。这就将数学进一步的从实例中抽离出来,变得更加的抽象。至于之后数学符号的诞生,只是时间迟早的问题,因为用语言描述符非常不方便,人们开始找一些可以通用的字母和符号。比如说小写字母abc表示定值,而大写字母XYZ表示未知数。
由数字的诞生到几何学的发展,再到定理的归纳,数学符号的发展,我们可以发现数学最初是以形象出现的,为了实用为了方便,在慢慢的发展过程中,变得越来越抽象。在数学家的眼里,整个世界都是可以用数学符号来表达的,缤纷多彩的世界,其实抽象到最后,就是一个模型。
二.数学的意义——思维与未来
1.改变看待世界的角度
梳理了数学的发展史后,我们就能理解孩子的疑惑了,孩子所面临的,正是形象思维到抽象思维能力提升重要的成长阶段。孩子们所疑惑的,恰恰和好几千年的人疑惑的内容是一样的。孩子们所追问的问题,其实就是数学发展史的问题,也是人类对这个世界最初的探索。
有很多人抱怨,我们为什么要学数学,难道去菜市场买菜还需要微积分和虚数吗?数学可以改变我们看待世界的角度。比如说“这个星期去了月球若干次。”这句话如果放在平时,肯定被认为一句假话,但是从数学的语言来看,这句话却是成立的,这是一个乘法,若干次可以是0次。那么这句话是成立的。再比如说“加法”的计算,在负数诞生之后,加法的结果就不一定是增多了,投射到现实中来,比如说债务相加,就相当于是两个负数相加,是更大的负数。
所以学习不是仅仅为了解决生活中具体的计算问题,而是丰富了我们看待世界的角度。当角度增多,我们就会变得更加宽容,去对待我们的生活。
2.抽象思维与未来发展
数学的本质就是用最简单的符号来描述世界,这是高度的抽象语言。当我们用高度抽象我们这个世界时,这个世界就变得简单了,那么多复杂的现象背后,其实都早已在坐标轴上表明的位置,画好了曲线。数学让人们变得清澈又深刻。
数学的发展对人类文明产生了巨大的影响,包括物理,化学,天文学,生物学等等。在数学的帮助下,人类不仅成功的预测了哈雷彗星回归的日期,还在没有观测的情况下,仅仅是通过数学方式,推算出了太阳系第八大行星和冥王星的存在。现当代,数学进一步发展,更是将我们带入了信息时代。
数学的发展,对整个人类文明的进程起到了加速作用。俗话说,学好数理化,走遍天下都不怕。从数学的角度来看,无论是化学方程式,还是物理上的公式,当这些都公式公式表示的时候,已经变成了数学问题。当现有的数学领域无法解决问题时,数学的领域就会被学者专家们不断拓宽,比如说微积分等。数学与其他学科相互促进。
伽利略在1623撰写的《试金者》里写到:“哲学写在这部称为宇宙的大书上,这本书永远打开着,接受我们的凝视,但要是我们不先掌握它的语言,不去解读她赖以记录的字符,那我们就不可能理解这部大书,它以数学语言写就,其字符是三角形,圆形和其他几何图形,没有这些,凡人连一个词也读不懂,没有这些,人们就在暗黑迷宫中徘徊。”
作者米卡埃尔·洛奈在《万物皆数》中为我们介绍了数学的发展史,数学发展史其实也是一部抽象史。从具体的羊群,土地到数字,定理,数学从具体的形象中抽离,也让这个世界变得更加简单。这部书不仅可以解决很多孩子的疑问,对家长的教育也有很大的启发:
既然数学是从具体走向抽象的思维,那么家长引导孩子建立抽象思维,提升抽象思维的能力的第一步,是激发孩子的兴趣,让孩子养成主动探索的习惯。其次,抽象思维不是强加给孩子的,通过这部伟大的数学发展史,我们发现抽象的基础,就是具体的事物,所以先鼓励孩子观察世界,感知生活,在走入课堂之前,在生活中,可以是菜市场,可以是超市,可以是公交车上,引导孩子感知数学,然后鼓励孩子归纳规律,用符号来表达,完成由形象到抽象的思维过程。