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《一个数学家的叹息》, 原来, 数学竟然可以这样学!

使用数学,我唯一感兴趣的是用数学来度过美好的时光,以及帮助别人也做到这一点。对我的人生而言,除此之外我想象不出更有价值的目标。

我们全部的人,出生到这个世界,到一定时候都会死掉,这就是人生。在这段时间里,让我们好好享受我们的心智,享受我们的心智创造出来的奇妙又好玩的事物吧。我是不知道你的情况怎样,但我可是乐在其中呢。

以上,是数学在作者心中的位置。作者保罗·洛克哈特是一位杰出的数学家,立志来教小孩子数学,希望能呈现给孩子们数学的美感和充满想象力的一面,他非常批判“死记硬背”“省略思考过程”的教学方法。本书是他的第一本书,在数学教育圈造成了轰动。

该书很薄,易读,一口气可以看完。它并不是教你如何学习数学的书,而是带你领略一番你不曾发现的数学之美!看完后,我想,你也会有我这样的感受:原来,数学竟然可以这样玩;原来,我们从未真正地懂过它!

读完这本书,我的脑子突然冒出了一句话:“数学,即天启。”

01 长方形中的三角形

数学就是想知道(提问题)、游戏、用自己的想象力来娱乐自己。

你想知道,这个三角形占据了长方形多少的空间吗?是三分之二吗?学过三角形和长方形面积的同学都知道,三角形面积=长方形面积的一半,那么,上述的答案就出来了。

但是,如果你不知道这个公式呢?你怎么通过自己的方式去得到答案呢?喜欢这个游戏吗?运用我们的想象力,玩玩看!

如果用一条线,把这个长方形切成两个部分,你看出什么了吗?对,分隔开来的两个部分的形状是分别对称的,也就是说,这个三角形正好占了长方形的一半!

这就是数学的外貌和感觉。数学是一种艺术:我们随意提出简单而直接的问题,然后制作出令人满意又美丽的解释。

那怎么才能知道要画那条辅助线呢?灵感、经验、尝试错误、运气。就像画画和创作音律一样,数学也是创造。

现实中的数学教育是如何的呢?让学生死背这个公式“三角形面积等于底乘以高的一半”,然后在习题中反复应用。兴奋之情、乐趣、甚至创造过程中会有的挫折和痛苦,全都消磨殆尽了。问题在提出来的同时就被解答了——学生没事可做。

数学不是在真相里,而是在说明和论证中,如果将焦点集中在“是什么”,排除掉了“为什么”,数学就被降格为了一个空壳子。

数学是说明的艺术。如果不让学生有机会参与这项活动——提出自己的问题、自己猜测与发现、试错、经历创造中的挫折、产生灵感、拼凑出他们的解释和证明——那就不是在学习数学。

上面的例子有特例吗?你还能提出其他相关的问题吗?

你看,如果是这样的三角形,它就不是长方形的一半了,那是为什么?你能找出方法得到这个三角形与长方形之间的比例吗?

如果这是一个长方体,然后里面住着一个金字塔,又会是什么样的比例关系呢?

如果你提不出来这些问题,也不能独立思考,这不是你的错,这是数学长久以来的教育,扼杀了你的想象力和创造力。

02 半圆中的三角形

这个模式的美就在于,无论三角形的顶点是在圆周的哪里,它都是直角。

这是真的吗?如果是真的,为什么会是真的呢?如果让学生亲自探索,这将是一个多么伟大的习题啊。

可惜,学生不会得到这样的机会,他们的好奇心和兴趣立刻被泼了冷水:

书中已经直接给出论证:

还有什么比这个更无聊、更直截了当的?这绝不是数学。一个证明应该是经由自己探索后的神迹的显现,而不是丑陋的既定结果!

如果让学生自由发挥,你就会知道,学生的思想可以拥有如此震撼的创造力:

将这个三角形绕着圆形转了半圈,定点必然正好和原来的位置处于正对面的位置。一个长方形出现了,这就是为什么它的角是个直角。

在读这本书之前,你能想到,这个问题还可以这么论证吗?

03 神奇的奇数

看看奇数相加的结果,组成的序列:4、9、16、25......

你发现没有,这个结果并不是随机的,事实上,这些数正好是平方数。也就是说,这些刚好是你要搭建一个完美的正方形时,所需要的石头数目。

这个数目可以无限地延续下去,你可以得到任意规模的正方形。

这是多么惊人的发现啊,为什么把连续的奇数相加,总是会得到平方数呢?你会为发现这个问题而兴奋吗?你想不想继续探索为什么呢?

当我们提出问题时,数学的艺术就已经产生了!

继续做这个游戏吧。

我们试着分隔这些小石块,看起来没啥统一性:

然后,突然之间,灵光一闪,呼吸停止、心跳加速的那一瞬间,云开见日,你终于看到了:

一个正方形是L型叠起来的集合,这些L型里面全部都是奇数。现在你了解为什么数学家会从浴缸里跳起来,裸着身体冲到街上了吧?你了解这个没有实用性、像小孩子玩的游戏,会这么让人无法自拔了吧?

你学习数学,经受过这种感受吗?神圣天启的感受。

让我们继续探索下去:

有什么新发现吗?

任何L型都可以分解成两条“臂”和一个“交点”。两条臂是相等的,所以它们包含相同的数目,而交点则只有一个。这就是为什么总数永远是奇数!

当我们从一个L型到下一个L型时,我们看到每一条臂,都多了正好一个石头,这表示,每一个相接的L型都比前一个多了正好2个石头。这就是为什么这个模式会一直持续下去的原因!

提出问题,注意观察事物,做出猜测,寻找正反例,被激发去发明和探索,做出论证并分析论证,然后提出新的问题。这就是做数学。

在这里,重要的不是“连续的奇数相加会得到平方数”这个事实,重要的是发现、说明和分析。数学真理只是这些活动附带产生的副产品而已。

你还能据此提出其他相关的问题吗?如果是连续的偶数相加呢?

数学是一个完全天真及愉悦的人类心智活动——与自己心智的对话。

04 总结

看到这里,你对学习数学,有没有什么新的想法呢?与你的孩子一起阅读这本书吧,沿着正确的指引,找到学习数学的兴趣,了解数学的真谛!

书名:《一个数学家的叹息:如何让孩子好奇、想学习、走进美丽的数学世界》

出版社:上海社会科学院出版社

出版时间:2019年08月

推荐指数:5星

书籍定位:思想书

推荐人群:学生、家长以及数学老师

一句话荐读:原来,数学可以这样学!

文作于2022-06-29

“专注学习力方面的书籍介绍,我是@派曰书评。”

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