如何利用数学的美激发学生的学习兴趣

来源:用户上传      作者: 寇剑锋

　　长期以来，在数学教学中，人们重视基础知识和基本技能的传授与训练，而忽视了美育的渗透，不善于发掘数学本身所特有的美，不注意用数学美来诱发学生的求知欲，激发他们的学习兴趣；不重视引导学生发现数学美，鉴赏数学美，更谈不上引导学生创造数学美，以致使一些学生感到数学抽象、枯燥，失去学好的信心。著名数学家陈省身先生曾不止一次地提出：“数学是美的。”数学的美体现在方方面面，也许美在她是探求世间现象规律的出发点，也许美在她用几个字母符号就能表示若干信息的简单明了，也许美在她大胆假设和严格论证的伟大结合，也许美在她对一个问题论证时殊途同归的奇妙感受，也许美在数学家耗尽终生论证定理的锲而不舍，也许美在她在几乎所有学科中的广泛应用。那么什么是数学美，在教学中，如何发挥数学的美育功能呢？本文拟就这个问题做初步探讨。
　　数学是研究客观世界数量关系和空间形式的科学。数学美即是蕴藏于她所特有的抽象概念、公式符号、命题模型、结构系统、推理论证、思维方法之中以及自然、简单、严谨、和谐等形式当中，她是数学创造的自由形式，她揭示了规律性，是一种科学的真实美。数学的魅力是多方面的、具体的、意义深刻的，其主要表现在以下4方面：
　　
　　一、自然美
　　
　　数学存在的意义，在于理性地揭示自然界的一些现象、规律，帮助人们认识自然、改造自然。可以这样说，数学是取诸生活而用诸生活的。数学最早的起源，大概来自古代人们的结绳记事，一个一个的绳扣，把数学的根和生活从一开始就牢牢地系在了一起。后来出现的记数法，是牲畜养殖或商品买卖的需要，古代几何学的产生，是为了丈量土地。中国古代的众多数学著作（如：《九章算术》）中，几乎全是对于某个具体问题的探究和推广。阿基米德的数学成果，都用于当时的军事、建筑、工程等众多科学领域，牛顿见物象而思数学之所出，即有微积分的创作。费尔玛和笛卡儿一起奠定的解析几何的基础理论及欧拉对变分法（最终寻求的是极值函数，使得泛函数取得极大或极小值）的开创性发明也是由探索自然界的现象而引起的。
　　
　　二、简洁美
　　
　　简单性是美的特征，也是数学美的基本内容。数学的简单美具有形式简洁、秩序规整和高度统一的特点，还具有数学规律的普遍性和应用的广泛性。例如，众所周知的三角形、平行四边形、梯形的面积公式，形式多么简洁规整，应用又多么的广泛普遍。在梯形的面积公式s=1/2(a+b)h(a为上底，b为下底，h为高）中，当a=0时变成三角形的面积公式；当a=b时，变成平行四边形的面积公式，这种既有区别又有联系、既对立又统一、从量变到质变的辨证方法在数学中处处可见，其思维方式引人深思。
　　“数学是语言所能达到的最高境界。”如果说，诗歌的简洁是写意的、是欲言还休的、是中国水墨画中的留白，那么数学语言的微言大义则是写实的、是简洁精确、抽象规范的，是严谨的科学态度的体现。数学的简洁，不仅使人们更快、更准确地把握理论的精髓，促进自身学科的发展，也使数学学科具有了很强的通用性。目前，数学作为自然科学的语言和工具，已经成了所有科学――包括社会科学在内的语言和工具。最为典型的例子，莫过于二进制在计算机领域的应用。试想，任何一个复杂的指令，都被译做明确的01数字串，这是多么伟大的一个构想。可以说，没有数学的简化，就没有现在这个互联网四通八达、信息技术飞速发展的时代。
　　
　　三、严谨美
　　
　　严谨性是数学的独特之美。它表现在数学定义准确地揭示了概念的本质属性；数学结论存在且唯一，对错分明，不模棱两可；数学的逻辑推理严密，从它的公理开始到演绎的最后一个环节不允许有一句假话，即使错一个符号也不行。数学规律由一些基本定理出发，雅洁、鲜明地表达出来。大多数的数学论文都是艰涩难懂，但有些却能令人流连再三。牛顿三大定律，非常简单，但可以解释非常繁杂的现象，如天体运行的规律。这就是数学家的口味，不够严谨、经不起推敲，就不入法眼。此外，数学结构系统协调完备，数学图形美丽和谐，数学语言生动严密等都表现了数学的严谨性，例如，极限过程，是一个无限接近的过程，人们无法经历它的全过程，而极限理论却使我们在推理想象中完成这个过程。对她所推出的结论的正确性人们确信无疑，达到尽善尽美，令人陶醉的境界。数学美的这种严谨性，要求数学工作者具有实事求是，谦虚谨慎，孜孜不倦地追求真理的美德，这正式数学美的伦理价值所在。
　　
　　四、对称美
　　
　　中国的文学讲究对称，这点可以从历时百年的楹联文化中窥见一斑。而更胜一筹的对称，就是回文。苏轼有一首著名的七律《游金山寺》，便是这方面的上乘之作：
　　《游金山寺》
　　潮随暗浪雪山倾，远浦渔舟钓月明。
　　桥对寺门松径小，槛当泉眼石波清。
　　迢迢绿树江天晓，霭霭红霞晚日晴。
　　遥望四边云接水，碧峰千点数鸥轻。
　　不难看出，把它倒转过来，仍然是一首完整的七律：
　　轻鸥数点千峰碧，水接云边四望遥。
　　晴日晚霞红霭霭，晓天江树绿迢迢。
　　清波石眼泉当槛，小径松门寺对桥。
　　明月钓舟渔浦远，倾山雪浪暗随潮。
　　这首回文诗无论是顺读或倒读，都是情景交融、清新可读的好诗。类似的又如“香莲碧水动风凉，水动风凉夏日长。长日夏凉风动水，凉风动水碧莲香”。这些诗凭着精巧的构思，给人以奇妙的感受，每每读之，读者都会暗自叫绝。
　　而数学中，也不乏这样的回文现象，如：
　　12×12=144，21×21=441；
　　13×13=169，31×31=961；
　　102×102=10404，201×201=40401；
　　103×103=10609，301×301=90601；
　　而数学中更为一般的对称，则体现在函数图像的对称性和几何图形上。前者给我们探求函数的性质提供了方便，后者则运用在建筑、美术领域后给人以无穷的美感。各种自然形态，特别是动植物的生态以及人类的许多造物形态都蕴涵丰富的数学关系，有丰富的对称美、和谐美。作为反映和研究客观规律的数学科学，集中反映了这种美的特征。
　　人的爱美天性在青少年时期表现尤为突出,数学教师理应抓住这个最佳时期，不失时机地向学生揭示数学之美，在教学中可以遵循以下4点对学生进行审美教育，充分发挥数学的美育功能。
　　一、展示数学之美，激发学习兴趣
　　心理学研究表明：没有丝毫兴趣的强制性学习，将会扼杀学生探求真理的欲望。兴趣是思维的动因之一，兴趣是强烈而有持久的学习动机。只有学生热爱数学，才能产生积极而又持久的求学劲头。因此，教师应充分运用数学美的诱发力引起学生浓厚的学习兴趣、强烈的求知欲。具体方法如下：1.通过学生熟悉的实际事例、形象直观的教具，组织学生进行实际操作等引入数学概念、定理、公式，使学生感受到数学与日常生活密切相关；2.结合教材内容，向学生介绍数学的发展史和进展情况以及在社会主义现代化建设中的广泛应用，使学生看到数学的用处，明确今天的学习是为了明天的应用；3.根据教材内容，经常有选择地向学生介绍一些形象生动的数学典故、趣闻轶事和中外数学家探索数学思维王国的故事；4.根据教学需要和学生的智力发展水平提出一些趣味性、思考性强的数学问题等。
　　二、融贯数学之美，加深知识理解
　　数学美是美的高级形式，它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。教师通过严密的推理、生动的语言、优美的图形、科学的板书等作出审美示范，创设思维情境，把数学美的简单统一、和谐对称等特征融贯在教学的整个过程中，使学生在美的享受中获得知识、理解知识、掌握知识，在潜移默化中理解数学美的真正含义。

　　教师通过引导学生对所学知识进行前后比较，归纳总结，揭示内在规律，形成有序结构体系，并教给学生归纳整理的方法等手段融贯数学之美，既能促进学生进一步巩固和加深对所学知识的理解和应用，也能提高教学质量，起到事半功倍的效果。例如，教师带领学生把正棱柱内接于圆锥、圆柱内接于圆锥、圆柱内接于球、圆锥内接于球、球内切于圆柱、球内切于圆锥等常见的特殊多面体与旋转体的相“接”相“切”问题，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。这些优美对称的图形使学生看到美的形象，领略到美的神韵。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。
　　三、创造数学之美，培养思维能力
　　数学教学的基本任务之一是传授数学知识和培养技能、技巧的过程中发展学生的思维能力。根据青少年“好想”、“好动”的特点，在教学中教师应通过一题多解（证）、一题多变、一法多用、一图多变等数学的奇异美，鼓励学生多向思维，标新立异，找出最优方法。教师要善于把握教学机制，创设思维情境，用数学的美启发学生思维，当学生对数学美感受最灵敏、最强烈、最深刻的时候，他们的思维也进入最佳时期，逻辑思维和灵感思维交融促进，聪明才智得到充分发挥，一旦灵感出现，他们就会感受到创造数学美的喜悦和成功后的乐趣。毫无疑问他们的思维能力也得到培养和提高。学生亲身感受到数学的奇异之美，陶醉在创造数学美的愉悦之中。这个对学生来说，可视为创造性发现。此时，师生情感交融，学生思维的灵活性、发散性、深刻性、独创性等诸方面得到培养和提高。
　　四、发掘数学之美，陶冶思想情操
　　数学中的审美教育同文学艺术一样，具有潜在的思想教育功能。不过，数学美是美的高级形式，对缺乏数学素养的人来讲，特别是青少年受阅历、知识和审美能力的局限，不可能像文学艺术那样轻易地感受和意识到，这就需要教师不断提高自身的专业知识水平和美学修养，认真钻研教材，深入发掘和精心提炼教材中蕴涵的美育因素，为学生创设一个和谐、优美、愉快的学习环境和气氛，引导学生按照美的规律去发现美、感受美、鉴赏美和创造美，进行审美教育，提高审美能力，培养审美意识。它的核心是通过情感教育，让学生在美的熏陶中开启心灵，以自己的知、意、情去追求客观世界的真、善、美，引起精神上的升华，产生共鸣，起到净化感情，陶冶情操的效果，对培养学生良好的个性品质和形成他们正确的人生观、完美的世界观也能起积极作用。例如，向学生介绍数学在祖国现代化建设和最新科学技术中广泛应用，既激励了他们为振兴中华而努力学好数学的信心和决心，又美化了学生的心灵；向学生介绍我国数学发展的历史，介绍我国古代数学家的杰出成就和现代数学家对数学发展的巨大贡献，既激发了学生学习兴趣，又对他们进行了爱国主义教育，增强了他们的民族自尊心、自信心和自豪感。又如，数学美的严谨性可以培养学生言必有据，一丝不苟，坚持真理，修正错误，实事求是的科学态度和高尚品德；寻觅数学结论完美和接替方法最优，可以培养学生独立思考、标新立异、勇于探索、坚韧不拔、顽强拼搏的意识。
　　总之，数学并不像有些人认为的那般枯燥乏味，它不是长篇的定理公式的累积，而是一种美的学科。希望广大的数学教师在课堂上能积极地为学生营造数学美的氛围,使学生能了解数学之美,发现数学之美,从而建立起学习数学的热情和自信心。
　　（作者单位： 大庆市第23中学）

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