數學-數學史-數學教育-素質教育

歐陽絳     山西大學自然辯證法研究室


  1. 數學與數學史
  2. 數學與思維
  3. 數學史與數學哲學
  4. 種系發生原則
  5. 從數學之樹到自然之數
  6. 數學是文明的一個組成部分
  7. 數學史教育
  8. 數學教育史
  9. 素質教育
  10. 數學教育在素質教育中的作用
  11. 素質教育對數學教師的要求
  12. 數學教育改革的立足點
  13. 參考書目



在文明的結構中,存在著許多鏈條,數學-數學史-數學教育- 素質教育是其中一條。緊緊地把握此鏈條及鏈條上的諸關係,將大 有助於文明的發展。

(一)數學與數學史

數學有它自己的發展過程,有它的歷史。它是活生生的、有血有 肉的。無論是概念還是體系,無論是內容還是方法,都只有在與其 發展過程相聯繫時,才容易被理解。可以說,不懂得數學史,就不 能真心地理解數學。數學課本上的數學,經過多次加工,已經不是 原來的面貌;刀斧的痕跡,清晰可見。數學教師要把課本上的內容 放到歷史的背景上考察,才能求得自己的理解;然後,才有可能幫 助學生理解。

歷史上的東西都是曾經成為現實的東西。它成為現實,總有它成 為現實的理由;這理由就是邏輯。不懂得數學發展的邏輯,就沒法 把握今天的潮流和未來的趨勢。要知道:每一位談論潮流和趨勢的 人,都加上了他自己的主觀分析和主觀願望;唯獨歷史是公平的, 不偏不倚。

我們強調在教學中要注意啟發,其實,歷史就是最好的啟發式。 探索思想根源,認準歷史上的重大思想轉折,對於在此領域辛勤奔 波的人來說,是最大的啟發。H.伊夫斯(Howard Eves)在《數學 史上的里程碑》中,為我們做出了範例。著名數學家江澤涵先生說 得好:「在數學飛速發展的今天,不了解其歷史、其全局,只見樹 木,不見森林,對數學的學習和研究都不利。」在數學前沿工作的 研究人員,也常常忘記他自己正立足於數學發展的哪一點,更不用 說數學系的學生了。為了整個數學的發展,需要整理和研究數學史。 對於每一個數學研究工作者或者數學教育工作者,數學史都應該在 自己的心目中,列為必修課。

(二)數學與思維

數學從它誕生那天起,就與思維結下了不解之緣。創造數學,構 造數學,學習數學,研究數學,都是思維的過程,而且是較為純淨 的思維過程。數學是鍛鍊思維的體操。這要從多方面理解,包括: 直觀、猜測、類比和演繹,還包括:從具體到抽象,從抽象到具體, 從特殊到一般,從一般到特殊,等等。

「歷史從哪裡開始,思維就應該從哪裡開始。」對於一般學科尚 且如此,對於與思維有不解之緣的數學尤應如此;也就是說,更應 該從探索思維的源頭入手。

(三)數學史與數學哲學

隨著數學的發展,人們進一步思考一些問題:數學研究的對象究 竟是甚麼?數學怎樣成為可應用的?對「數學是研究模式的學問」 這句話該怎麼理解?等等。這些問題都是數學哲學的研究課題,只 有放到數學史的背景上考察,才容易理解。另一方面,數學史家在 研究數學史和寫作數學史之前,對上述問題總有一定的觀點、一定 的看法。因此,我們可以仿照科學哲學家們的說法,說:「沒有數 學史的數學哲學是拐子,沒有數學哲學的數學史是瞎子。」

(四)種系發生原則

教學法上有這樣一條原則,我們姑且稱之種系發生原則。它建基 於生物學家精闢論述的著名定律:「個體發育重演種系發生史」, 意思就是「個體複製群的發展」。即至少在粗略的外觀上,一個學 生要把一門學科學好,得順著該學科的歷史發展的順序學。作為一 個特殊例子,我們來看一下幾何學。最早的幾何學可稱為潛意識的 幾何學(subconscious geometry),它來源於人類認識物理形式和比 較形狀與大小的能力的簡單觀察。幾何學後來成為科學的,或經驗 幾何學;該學科的此階段發生於這樣的時候,即人類的智能從一組 具體的幾何關係中抽出把前者(指具體的幾何關係)作為特例包括 在內的一般的抽象關係(幾何的定律)的時候。後來,實際上在希 臘時期,幾何學才提高到高級階段;成為證明幾何學。按照這裡講 的教學法原則,主張:應先向年輕的孩子們顯示,如何通過簡單的 技術對自然作簡單的觀察;然後,教學生用圓規和直尺,用尺和延 長器,並且用剪刀和漿糊,導致一批重要的幾何定理;再遲些,幾 何學才能以其證明或演繹的形式被顯示,較早的歸納方法的優缺點 此時才能向學生指明。--僅從這一點來說,數學教育工作者也應 該學習和研究數學史。

(五)從數學之樹到自然之數

H.伊夫斯在探索種系發生原則的過程中,提出了數學之樹的概 念,並且對它作了生動而形象的描述:若干年前,把數學描繪成一 棵大櫟樹的樣子,這是眾所周知的事。在樹根上標著代數、平面幾 何、三角、解析幾何和無理數這樣的名稱。從這些根上長出該樹的 強大的樹幹,上面寫著微積分。然後,從樹幹的頂端發出許多枝, 並且再分為較小的枝。這些枝上寫著這樣的名稱:複變、實變、變 分法、概率等等,包括高等數學的所有各個「分支」。

數學之樹顯然是時間的函數。例如,上面描述的櫟樹肯定不能作 為亞歷山大時期的數學之樹。櫟樹很好地代表十八世紀和十九世紀 相當一部分數學的情況;但是,隨著二十世紀數學的大量增長,櫟 樹給出的數學的一般圖景不再保持了。

我們必須重繪數學之樹,如果它要代表今天的數學的話。幸而存 在作為這種新代表的一種理想的樹--榕樹。榕樹是一種多幹樹, 而且不斷生長新幹。這樣,從榕樹的一枝上,一根像針一樣的生長 物向下伸展,直到它達到地。它在那裡生根,並且,在一些年後, 這針狀物長得越來越粗壯,及時地將自己長成有許多枝的幹,每一 枝又在地下投下它們的針狀生長物。伊恩.斯圖爾特(Ian Steward) 在他著的《自然之數》一書中,又描繪出了數學的前景。由櫟樹, 而榕樹,而自然之數,數學教育工作者都應該把它們置入視野,尤 其是:當我們考慮課程設置時。

(六)數學是文明的一個組成部分

文明是有結構的,這指的是:(1)文明由若干部分組成,有: 科學、藝術、宗教、倫理、政治、法律等等;(2)各部分在這個結 構中有一定的地位;(3)各部分之間依一定的關係而共存。

數學是文明的一個組成部分,而且是一個重要組成部分。有了文 明,就有了數學,數學史和文明史幾乎是同步前進的。數學不是在 真空中產生的,總是在一定的文明中出現的。因此,我們講文明史, 也該介紹其文明背景。另一方面,數學的發展對整個文明的發展起 的影響不容忽視。也就是說,我們不能把它僅僅當作一種技術或技 巧,要注意它的文明功能,即對文明發展的促進作用。

(七)數學史教育

對學習和研究數學的人,對未來的數學教師和在職的數學教師, 講數學史,要講甚麼樣的數學史,要怎樣講數學史。這是個值得探 索的問題。

首先,要把它當作一門數學課來講,要強調它是「數學」史,而 不是數學「史」。正如H.伊夫斯在《數學史概說》中指出的,和實 際做到的。第二,要注意數學思想的演變,尤其是數學思想的重大 轉折。正如H.伊夫斯在《數學史上的里程碑》中指出的,和實際做 到的。第三,要把數學的發展與它所處的文明背景的關係講清楚。 這既能說明它是在甚麼樣的文化氛圍中產生的,又能說明它對處於 其中的文明產生的影響,即其文明功能。作為數學教師,對上述這 些有了個清晰的認識,大有助於提高自己的素質。

(八)數學教育史

在這裡,應該探討的問題有:數學的教育功能?不同民族、不同 時代對數學的教育功能的種種看法?這可以從畢氏學派的「數學能 淨化人的思維」說起。

數學教育對整個文明發展的作用?數學教育在不同國家、不同時 代的地位?這可以從柏拉圖學派的「不懂幾何者,不得入內」說起。

當今世界,數學教育是否受到足夠的重視?對於數學教育史,已 經做過些甚麼工作?有哪些工作,亟待進行?在數學教育史中,最 關鍵的是數學教育思想史。

(九)素質教育

目前,人們都在談論素質教育,眾說紛紜。我不準備在這裡談這 些說法,我只提出一點:應該把「素質教育」作為一個開放的概念, 不要急於下結論。正因為如此,我願大膽地提出自己的看法。我認 為:素質教育的「素質」,應該包括以下內容:(1)身體素質,(2) 心理素質,(3)思維素質,(4)道德素質,(5)科學文化素質。 作為教育工作者的我們,應該弄明白各素質間的關係,尤其是:身 體素質和心理素質對成功的影響。著名數學家、著名數學教育家G. 波利亞(George P鏊ya)(1887-1985),能取得那麼大的成就,是 與他的身體素質高分不開的。

(十)數學教育在素質教育中的作用

畢達哥拉斯說過:「數學能淨化人的思維」;不少教育學家強調: 數學能鍛鍊人的思維。數學在提過思維素質方面的作用不容忽視。 數學教育在提高科學文化素質上的作用,也是突出的。這不僅由於 數學的內,還由於通過數學學習養成的思維習慣和思維方法。在某 種意義上,數學是開啟科學文化宮殿大門的鑰匙。作為數學教育工 作者,明確地意識到這一點,大有助於提高自己的工作水平。

(十一)素質教育對數學教師的要求

我們必須懂得整個素質教育的內涵,懂得數學教育在整個素質教 育中的地位;並且,知道自己(面對這麼高的要求)欠缺甚麼,努 力擴展自己的能力,當仁不讓地勇敢地承擔起自己應付的責任。

每一位數學教師,都應該捫心自問:對數學是否熱愛?自己做數 學時,是否常有激情湧現?然後,再考慮:如何通過自己的教學激 發學生學習數學的激情?每一位數學教師,應該弄懂數學與思維的 關係,知道:如何通過教學啟發學生的思維。更要緊的是:讓學生 通過數學活動,培養起良好的思維習慣。每一位數學教師,都應該 認真地學習數學史,用數學史啟發自己的頭腦,然後,用自己的已 經馳騁起來的思維去啟發學生。

作為數學教師,怎樣提高自己的素質呢?一曰實踐。教學實踐, 是提高自己素質的起點,要緊緊把握每一個機會。二曰讀書。要選 擇一兩本書,認真地讀,把上面的題,全把做一遍,並進行反思; 一定要讀透。三曰思考。在實踐過程中,要思考;要知道;單純的 經歷,不等於經驗;經歷加思考,方能形成經驗。在讀書過程中, 要思考,要知道:只有和作者進行思想交流,作者的思想種子才能 在自己的心田中生根發芽。四曰寫作。寫作也是主動地思考、主動 地表述。大膽地寫出自己的見解,方能讓自己在思維領域闊步前進。 畫地為牢,作繭自縛,抱殘守缺,是沒有出路的。

實踐、讀書、思考、寫作,實踐、讀書、思考、寫作,如此循環 往復;你將必然地進入成功者的行列。

(十二)數學教育改革的立足點

以上十一條,是我們數學教育工作者於工作、談問題的立足點。 千萬不要把這些看似遠離教學的東西,當作「陽春白雪」,屏之於 九霄雲外;這是打好基礎、站穩腳跟的大事;站穩了腳跟,才能向 前進。對於上述問題學習與研究、分析與討論,是考慮數學教育改 革問題之前,必須做的準備工作。一句話,是數學教育改革的立足 點。


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參考書目:

(一)G.波利亞的著作:
《怎樣解題》,閻首蘇譯,科學出版社,1982年。
《數學的發現(第一卷)》,歐陽絳譯,科學出版社,1982年。
《數學的發現(第二卷)》,劉遠圖等譯,科學出版社,1987 年。
《數學與猜想(第一卷)》,李心燦等譯,科學出版社,1984 年。
《數學與猜想(第二卷)》,李心燦等譯,科學出版社,1984 年。
Mathematical Methods in Science, The Mathematical Association of America, 1977. (尚無中譯本)


(二)H.伊夫斯的著作:
《數學史概論(修訂本)》,歐陽絳譯,山西經濟出版社,1993 年。
《數學史上的里程碑》,歐陽絳等譯,北京科學技術出版社, 1990年。


(三)其他:
《數學的藝術》,歐陽絳著,農村讀物出版社,1997年。
《思維效率》,歐陽絳著,福建教育出版社,1996年再版。
《自然之數》,伊恩.斯圖爾特著,上海科學技術出版社。
H. Scott Fogler, Strategies for Creative Problem Solving, Prentice Hall Inc., 1995.



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