把握數(shù)學(xué)美的特征發(fā)揮數(shù)學(xué)美育功
能長(zhǎng)期以來(lái),在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,人們重視基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的傳授與訓(xùn)練,而忽視了美育的滲透。不善于發(fā)掘數(shù)學(xué)本身所特有的美,不注意用數(shù)學(xué)美來(lái)感染誘發(fā)學(xué)生的求知欲望,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣;不重視引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)美,鑒賞數(shù)學(xué)美,更談不上引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造數(shù)學(xué)美,以致使一些學(xué)生感到數(shù)學(xué)抽象枯燥,失去學(xué)好的信心。那么什么是數(shù)學(xué)美,在教學(xué)中,如何發(fā)揮數(shù)學(xué)的美育功能呢?本文擬就這個(gè)問(wèn)題作一初步探討。
數(shù)學(xué)是研究客觀世界數(shù)量關(guān)系和空間形式的科學(xué)。數(shù)學(xué)美即是蘊(yùn)藏于它所特有的抽象概念、公式符號(hào)、命題模型、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、推理論證、思維方法……之中的簡(jiǎn)單、和諧、嚴(yán)謹(jǐn)、奇異等形式,它是數(shù)學(xué)創(chuàng)造的自由形式,它揭示了規(guī)律性,是一種科學(xué)的真實(shí)美。數(shù)學(xué)中美的因素是多方面的、具體的、意義深刻的,其主要表現(xiàn)在以下四方面:
一、簡(jiǎn)單性。
簡(jiǎn)單性是美的特征,也是數(shù)學(xué)美的基本內(nèi)容。數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)單美具有形式簡(jiǎn)潔、秩序、規(guī)整和高度統(tǒng)一的特點(diǎn),還具有數(shù)學(xué)規(guī)律的普遍性和應(yīng)用的廣泛性。例如,眾所周知的三角形、平行四邊形、梯形的面積公式,形式多么簡(jiǎn)潔規(guī)整,應(yīng)用又多么廣泛普遍。在梯形的面積公式s=1/2(a+b)h(a為上底,b為下底, h為高)中,當(dāng)a=0時(shí)變成三角形的面積公式;當(dāng)a=b時(shí),變成平形四邊形的面積公式,這種既有區(qū)別又有聯(lián)系、既對(duì)立又統(tǒng)一、從量變到質(zhì)變的辯證方法在數(shù)學(xué)中處處可見(jiàn)。其思維方法引入深思。
二、和諧性。
各種自然形態(tài),特別是動(dòng)植物的生態(tài)以及人類(lèi)的許多造物形態(tài)都有蘊(yùn)含豐富的數(shù)學(xué)關(guān)系,有豐富的對(duì)稱(chēng)美、和諧美。作為反映和研究客觀規(guī)律的數(shù)學(xué)科學(xué),集中反映了這種美的特征。數(shù)學(xué)美的和諧性是指數(shù)學(xué)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)完備和數(shù)學(xué)所表現(xiàn)出的均衡對(duì)稱(chēng)。
三、嚴(yán)謹(jǐn)性。
嚴(yán)謹(jǐn)性是數(shù)學(xué)的獨(dú)持之美。它表現(xiàn)在數(shù)學(xué)定義準(zhǔn)確地揭示了概念的本質(zhì)屬性;數(shù)學(xué)結(jié)論存在且唯一,對(duì)錯(cuò)分明,不模棱兩可;數(shù)學(xué)的邏輯推理嚴(yán)密,從它的公理開(kāi)始到演繹的最后一個(gè)環(huán)節(jié)不允許有一句假話(huà),即使錯(cuò)一個(gè)符號(hào)也不行。此外,數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)協(xié)調(diào)完備,數(shù)學(xué)圖形美麗和諧,數(shù)學(xué)語(yǔ)言生動(dòng)嚴(yán)密等等都表現(xiàn)了數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性,例如,極限過(guò)程,是一個(gè)無(wú)限接近的過(guò)程,人們無(wú)法經(jīng)歷它的全過(guò)程,而極限理論卻使我們?cè)谕评硐胂笾型瓿蛇@個(gè)過(guò)程。對(duì)它所推出的結(jié)論的正確性人們確信無(wú)疑,達(dá)到盡善盡美,令人陶醉的境界。數(shù)學(xué)美的這種嚴(yán)謹(jǐn)性,要求數(shù)學(xué)工作者具有實(shí)事求是,謙虛謹(jǐn)慎,孜孜不倦地追求真理的美德,這正是數(shù)學(xué)美的倫理價(jià)值所在。
四、奇異性。
數(shù)學(xué)中新穎的結(jié)論、出人意料的反例和巧妙的解題方法都表現(xiàn)出了一種獨(dú)特的令人驚訝的奇異美。例如,歐拉發(fā)現(xiàn)的復(fù)數(shù)z=cosθ+isinθ=e(或i),當(dāng)θ=π時(shí)得到e十1(或ie)=0把五個(gè)重要的特殊的數(shù)0、1、π、e、i巧妙地聯(lián)系在一起。函數(shù)f(z)=x+yi在復(fù)平面內(nèi)處處連續(xù)卻處處不可導(dǎo)這一反例的構(gòu)思多么絕妙!諸如此類(lèi),好似天工巧設(shè),出神入化,給人一種奇異的美感。
數(shù)學(xué)是美的,人的愛(ài)美天性在青少年時(shí)期表現(xiàn)尤為突出。數(shù)學(xué)教師理應(yīng)抓住這個(gè)最佳時(shí)期,不失時(shí)機(jī)地向?qū)W生揭示數(shù)學(xué)之美,進(jìn)行審美教育,充分發(fā)揮數(shù)學(xué)的美育功能。
一、展示數(shù)學(xué)之美,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
心理學(xué)研究表明:沒(méi)有絲毫興趣的強(qiáng)制性學(xué)習(xí),將會(huì)扼殺學(xué)生探求真理的欲望。興趣是思維的動(dòng)因之一,興趣是強(qiáng)烈而又持久的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。只有學(xué)生熱愛(ài)數(shù)學(xué),才能產(chǎn)生積極而又持久的求學(xué)勁頭。因此,教師應(yīng)充分運(yùn)用數(shù)學(xué)美的誘發(fā)力引起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)烈的求知欲望。具體方法如下:(一)通過(guò)生動(dòng)的學(xué)生熟悉的實(shí)際事例、形象的直觀教具,組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作等引入數(shù)學(xué)概念、定理、公式,使學(xué)生感受到數(shù)學(xué)與日常生活密切相關(guān);(二)結(jié)合教材內(nèi)容,向?qū)W生介紹數(shù)學(xué)的發(fā)展史和進(jìn)展情況以及在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中的廣泛應(yīng)用,使學(xué)生看到數(shù)學(xué)的用處,明確今天的學(xué)習(xí)是為了明天的應(yīng)用;(三)根據(jù)教材內(nèi)容,經(jīng)常有選擇地向?qū)W生介紹一些形象生動(dòng)的數(shù)學(xué)典故、趣聞?shì)W事和中外數(shù)學(xué)家探索數(shù)學(xué)思維王國(guó)的奧妙的故事;(四)根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生的智力發(fā)展水平提出一 些趣味性思考性強(qiáng)的數(shù)學(xué)問(wèn)題;等等。
二、融貫數(shù)學(xué)之美,加深知識(shí)理解。
數(shù)學(xué)美是美的高級(jí)形式,它的特點(diǎn)在于抽象的理性形式中包含著無(wú)限豐富的感性?xún)?nèi)容。在教學(xué)中,教師運(yùn)用大量生動(dòng)的感性材料給學(xué)生以美感直覺(jué),把抽象枯燥的數(shù)學(xué)概念、公式、定理先給學(xué)生以具體的直觀形象,再上升為理性形象,成為字母與運(yùn)算符號(hào)間的造型藝術(shù),使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)易于接受,便于理解。教師通過(guò)嚴(yán)密的推理,生動(dòng)的語(yǔ)言,優(yōu)美的圖形,科學(xué)的板書(shū)等作出審美示范,創(chuàng)設(shè)思維情境,把數(shù)學(xué)美的簡(jiǎn)單統(tǒng)一、和諧對(duì)稱(chēng)等特征融貫在教學(xué)的整個(gè)過(guò)程中,使學(xué)生在美的享受中獲得知識(shí),理解知識(shí),掌握知識(shí)。在潛移默化中理解數(shù)學(xué)美的真正含義。
教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行前后比較,歸納總結(jié),揭示內(nèi)在規(guī)律,形成有序結(jié)構(gòu)體系,并教給學(xué)生歸納整理的方法等手段融貫數(shù)學(xué)之美,既能促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用,也能提高教學(xué)質(zhì)量,起到事半功倍的效果。例如,教師帶領(lǐng)學(xué)生把正棱柱內(nèi)接于圓錐、圓柱內(nèi)接于圓錐、
圓柱內(nèi)接于球、圓錐內(nèi)接于球、圓臺(tái)內(nèi)接于球、球內(nèi)切于圓柱、球內(nèi)切于圓錐、球內(nèi)切于圓臺(tái)以及球內(nèi)切于正方體、球和正方體的所有棱都相切與球外接于正方體等等常見(jiàn)的特殊多面體與旋轉(zhuǎn)體的相“接”相“切”問(wèn)題,畫(huà)出圖形、分析比較,區(qū)別異同。根據(jù)多面體與旋轉(zhuǎn)體的定義和性質(zhì),歸納總結(jié)各種情況下“接”與“切”的空間位置關(guān)系和各個(gè)元素之間的相互數(shù)量關(guān)系,尋覓解決問(wèn)題的截面和把空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題解決的途徑。這些優(yōu)美對(duì)稱(chēng)的圖形使學(xué)生看到美的形象,領(lǐng)略到美的神韻。在感受美、鑒賞美的過(guò)程中建立起“知識(shí)鏈”,形成了知識(shí)的有序結(jié)構(gòu)和解題的方法體系,鞏固和加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用。
三、創(chuàng)造數(shù)學(xué)之美,培養(yǎng)思維能力。
中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的基本任務(wù)之一是在傳授數(shù)學(xué)知識(shí)和培養(yǎng)技能。技巧的過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的思維能力。根據(jù)青少年“好想”、“好動(dòng)”的特點(diǎn),在教學(xué)中教師通過(guò)一題多解(證)、一題多變。一法多用、一圖多變等數(shù)學(xué)的奇異美,鼓勵(lì)學(xué)生多向思維,標(biāo)新立異,找出最優(yōu)方法。教師要善于把握教學(xué)機(jī)制,創(chuàng)設(shè)思維境界,用數(shù)學(xué)美的進(jìn)力啟迪學(xué)生思維,當(dāng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)美感受最靈敏、最強(qiáng)烈、最深刻的時(shí)候,他們的思維也進(jìn)入最佳時(shí)期,邏輯思維和靈感思維交融促進(jìn),聰明才智得到充分發(fā)揮,一旦“靈感”出現(xiàn),他們就會(huì)感受到創(chuàng)造數(shù)學(xué)美的喜悅和成功后的樂(lè)趣。毫無(wú)疑問(wèn)他們的思維能力也得到培養(yǎng)和提高。
多數(shù)同學(xué)能用比較法、綜合法、分析法和反證法給出四種證明(證明略),初步享受到成功的喜悅。教師抓住時(shí)機(jī),及時(shí)點(diǎn)撥,促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)散,鼓勵(lì)學(xué)生標(biāo)新立異,引導(dǎo)學(xué)生觀察式子的整體結(jié)構(gòu)特征,發(fā)掘題中的隱含條件,尋求其它證法。數(shù)學(xué)美的誘發(fā)力喚起了學(xué)生濃厚的興趣,啟迪了他們的思維活動(dòng),經(jīng)過(guò)觀察、分析、聯(lián)想,有的同學(xué)給出了一些新穎證法,其中提出了一種三角證法。
學(xué)生親身感受到數(shù)學(xué)的奇異之美,陶醉到創(chuàng)造數(shù)學(xué)美的愉悅之中。
這個(gè)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),可視為創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)。此時(shí),師生情感交融,學(xué)生思維的靈活性、發(fā)散性、深刻性、獨(dú)創(chuàng)性等諸方面得到培養(yǎng)和提高。
四、發(fā)掘數(shù)學(xué)之美,陶冶思想情操。
數(shù)學(xué)中的審美教育同文學(xué)藝術(shù)一樣,具有潛在的思想教育功能。不過(guò),數(shù)學(xué)美是美的高級(jí)形式,對(duì)缺乏數(shù)學(xué)素養(yǎng)的人來(lái)講,特別是青少年受閱歷、知識(shí)和審美能力的局限,不可能像文學(xué)藝術(shù)那樣輕易地感受和意識(shí)到,這就需要教師不斷提高自身的專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平和美學(xué)修養(yǎng),認(rèn)真鉆研教材,深入發(fā)掘和精心提煉教材中蘊(yùn)含的美育因素,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)和諧、優(yōu)美、愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境和氣氛,引導(dǎo)學(xué)生按照美的規(guī)律去發(fā)現(xiàn)美、感受美、鑒賞美和創(chuàng)造美,進(jìn)行審美教育,提高審美能力,培養(yǎng)審美意識(shí)。它的核心是通過(guò)情感教育,讓學(xué)生在美的熏陶中開(kāi)啟心靈,以自己的知、意、情去追求客觀世界的真、善、美,引起精神上的升華,產(chǎn)生情感共鳴,起到美化心靈,凈化感情,陶冶情操的效果,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的個(gè)性品質(zhì)和形成他們正確的人生觀、完美的世界觀也能起積極作用。例如,向?qū)W生介紹數(shù)學(xué)在祖國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)和最新科學(xué)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用,既激勵(lì)了他們?yōu)閷?shí)現(xiàn)四化、振興中華而努力學(xué)好數(shù)學(xué)的信心和決心,也美化了學(xué)生的心靈;向?qū)W生介紹我國(guó)數(shù)學(xué)發(fā)展的歷史,介紹我國(guó)古代數(shù)學(xué)家的杰出成就和現(xiàn)代數(shù)學(xué)家對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn),既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也對(duì)他們進(jìn)行了愛(ài)國(guó)主義教育,增強(qiáng)了他們的民族自尊心、自信心和自豪感。又如,數(shù)學(xué)美的嚴(yán)謹(jǐn)性可以培養(yǎng)學(xué)生言必有據(jù),一絲不茍,堅(jiān)持真理,修正錯(cuò)誤,實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和高尚品德;尋覓數(shù)學(xué)結(jié)論完美和解題方法最優(yōu)可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、標(biāo)新立異、勇于探索、堅(jiān)韌不拔、頑強(qiáng)拼搏的堅(jiān)強(qiáng)意志。
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