如何在中小学数学教育中进行数学文化教育

Question

如题所述

Answer 1

当前，我国新一轮基础教育课程改革正在深入推进，数学的人文价值更明显地凸现出来，已普遍受到重视。数学文化观的理论逐渐引起了人们的重视，许多学者参与了有关数学文化的研究和讨论，从文化这个特殊的视角对数学作出分析，并发表了很多相关的论文与专著。但这些研究成果相对集中在理论领域，而对于数学文化在中学数学教学中如何渗透缺乏实践性的指导。本文即是对数学文化在中学数学教学中如何渗透所做的一些初步探究。
一.在中学数学教学中渗透数学文化的意义
无论是从教育的价值方面考虑，还是从已有的理论成果以及一线数学教师的经验考虑，数学文化都是现实数学教学中不可或缺的内容。
追寻数学家成长的足迹，可以了解数学先辈们刻苦钻研的作风、富有启发性的治学经验和崇高的思想品德。它们是数学教学中激发学习兴趣、激励学习积极性、学习科学方法和弘扬民族精神的极其生动的思想养料。可以激励学生勇攀科学高峰，并养成尊重科学发展的规律以及求实、说理、批判、质疑等理性思维的习惯和锲而不舍地追求真理的科学精神。
展现数学知识的产生背景以及数学概念的形成、发展过程和数学定理的提出过程，引导学生了解数学科学与人类社会发展之间的相互作用，可以追根溯源，开阔眼界，有助于全面深刻地理解数学知识，体会数学的价值，提高学生的科学素养和文化素养。
介绍数学知识和数学思想方法的现代应用，展示数学与其他自然科学、交叉科学之间的联系，使学生感受到数学的应用价值和社会需要，体会到“生活处处有数学，处处用数学”，以纠正其观念中数学最主要的作用是为了计算，数学学习的最终目的是为了考试等错误的认识，激励学生的创造欲望，从而变被动学习为主动学习。
欣赏数学中的美，体味数学的统一美、简洁美、对称美、奇异美，可大大改变目前数学课枯燥乏味的现状，让学生学得情趣盎然，在得到美的享受、思维的启迪和素质的陶冶的同时提高他们的数学审美能力，促进他们人格个性、情感体验的全面和谐发展。
二.在中学数学教学中渗透数学文化的理论基础
荷兰数学教育理论家弗赖登塔尔的基本观点主要有：（1）、数学起源于现实。数学教育必须基于学生的“数学现实”。而且每个学生有各自不同的“数学现实”。数学教师的任务之一是帮助学生构造数学现实，并在此基础上发展他们的数学现实；（2）、数学教育的过程是学习“数学化”和“形式化”的过程。形式化是数学教育的特征。数学教学不能停留在直观和操作的水平，必须发展到“形式化”阶段，在抽象的层次上思维；（3）、学生学习数学是一个“再创造”的过程。学生不是被动地接受知识，而是在创造，把前人已经创造过的数学知识重新创造一遍。
在中学数学教学中渗透数学文化，能够熏陶学生思维从事物的数量和空间形式的层面去认识世界，分析各种现象和问题，用数学的语言去表述、交流，进行数学处理，即以“数学的头脑”看待问题，发现规律，解决问题，这与“数学化”的思想不谋而合。在中学数学教学中渗透数学文化，能吸引学生自主性地参与学习活动，促使他们通过动手实践、自主探索与合作交流，获得必需的数学，这与“再创造原理”有异曲同工之妙。
三．当前中学数学教学中渗透数学文化的现状与问题分析
数学文化已逐步走进中学数学课堂，但我们看到，现在的教学实践仍然只过分地强调数学的工具作用，弱化数学的文化价值，忽视数学对其他学科的影响，使得数学长期以来成了一种看不见的文化。目前，学校渗透数学文化的方式一般只开展数学史的介绍，教师都以一俩句话来介绍某个数学发展阶段，相互之间没有挖掘任何联系，也没有与教材内容相结合。形式单一、枯燥乏味、缺乏趣味性、系统性、实践性是当前中学数学教学中渗透数学文化的现状。试问，如此的教学怎能达到渗透数学文化的目的，进行数学的文化传承，激发学生的数学学习呢？
导致如此的原因笔者认为主要有以下几点：
首先，功利性的教学目标。在中考的指挥鞭下，学校数学教学仍以贯彻“数学双基”为教学目标，以提高升学率为主要任务，于是，数学课堂教学一般采用讲授法进行，教师更注重学生解题能力的培养，要争取在有限的时间灌输更多的数学结论，做更多的应用练习，自然，就忽略了数学文化的渗透。其实，中学数学教学应以培养有数学素养的人为目标，而不是机械计算的工具！这样，渗透数学文化所起的作用就不可忽视了。
其次，单一的评价体系。考试是当前中学教学唯一的评价体系，而书面考试只能从某种程度上考察学生对知识的掌握和运用，却无法全面地考察学生的学习过程、数学素养，也不能全面反映一个教师的教学水平。因此，数学教学的评价体系应当多样化，既重结果又重过程，更要重视影响教学过程和结果的各方面因素。正确的评价体系应包括四个方面：对课程教材的评价、对教学过程的评价、对学生学习表现（主要是指学生数学思维）的评价以及对学生在社会上适应度的评价。
再者，孤立的学科建设。中学各门课程都是相对孤立地进行教学，各门课程往往都只注重形成学科内的知识体系而忽略学科间的知识联系，比如科学记数法，在“科学”中几乎一开学就用上了，而“数学”的科学记数法却在七年级（下）才学习。我们在数学教学中要时刻注意体现数学与其他学科的联系，体现数学的应用价值，这亦需加强数学文化的渗透。
四．中学数学教学渗透数学文化的途径
1营造数学文化氛围
（1） 介绍数学家的故事，感受数学家的科学精神
数学家们废寝忘食、孜孜不倦的态度；屡遭失败、永不放弃的意志；身处逆境、矢志不渝的精神都将极大地鼓舞学生。我们在课堂教学中尤应利用这份精神食粮，结合教材向学生介绍数学家的故事，让学生感受数学家的科学精神，激励学习。譬如，介绍完全平方公式时可以介绍杨辉的事迹和成就；开始学习平面直角坐标系时向学生介绍法国数学家笛卡儿对解析几何所做的贡献；利用书本“读一读”的丰富资源……还可以要求学生利用课余时间从课外读物、因特网查找古今中外数学家的童年故事及他们严谨治学、勇攀科学高峰的事迹，然后将收集到的故事编印后分发给学生相互交流。
（2） 查找数学符号来源，体会科学发明过程
学习数学，是从学习数学符号开始的。每一个数学符号，它的产生都有一段鲜为人知的经历。让学生通过查阅资料，对它们寻踪探源，可以让学生在了解数学发展史的同时，体会到数学符号并非枯燥乏味，而是充满着智慧灵光、闪烁着生命活力。如学生学习算术平方根的时候，查到平方根“ ”1220年意大利数学家菲波那契使用R作为平方根号．十七世纪法国数学家笛卡尔在他的《几何学》一书中第一次用“ ”表示根号。“ ”是由拉丁文root（方根）的第一个字母“r”变来，上面的短线是括线，相当于括号。数学符号故事也将会引发学生对数学的强烈好奇心，增强学习数学的兴趣。
（3） 探访历史数学名题，领略数学思想方法的魅力
在数学活动课上，根据学生掌握数学的程度，适当地安排介绍古今中外数学史上的一些名题。如向学生介绍中外数学家解决“幻方”的不同策略:杨辉法、罗伯法；介绍欧拉哥尼斯堡的“七桥问题”、牛顿的“牛吃草问题”等等。这些历史数学名题，因其精妙的解题思想与策略，向学生展现了数学的无穷魅力，将会深深地吸引着他们，启迪着他们的心智，激荡着他们的心灵。
案例1：勾股定理名证欣赏片段
如图1，△ABC 为一直角三角形，其中∠CAB为直角，在边 AB、BC 和 AC 上向外分别作正方形ABFG、BCED 和 ACKH，过点 A 作直线AL垂直于DE交DE于点L，交BC于点M，连接CF、AD。
图1 欧几里得证明

这个证明巧妙地运用了全等三角形和三角形面积与长方形面积的关系来进行。不单如此，它更具体地解释了“两条直角边边长平方之和”的几何意义，这就是以ML将正方形分成BMLD与MCEL的两部分！这就是各种证明方法中最为著名的欧几里得证明法！
在这种证明方法中体现着一种很重要的思想方法（幻灯片演示：图2）：

本案例以勾股定理的证明为介绍内容，分面积法、拼拆法、剖分法、直接法四种典型的思考方法进行介绍。通过介绍历史上一些有名的证明方法，如：欧几里得证明方法及其动态演示、赵爽的弦图证法、伽菲尔德证明方法等等，引导学生在欣赏历史上的勾股名证时体味数学家思维的精妙，数学证明的灵活、优美与精巧，感叹数学的美！
在传统的勾股定理教学中，教师往往对证明方法一笔带过，而将重点放在定理的结论介绍与应用训练上，探究文化内涵也只是利用其“谁比谁早多少年”来对学生进行爱国主义教育。
设计这样一堂“勾股定理名证欣赏课”，将多元文化引入数学课堂，我们就会发现“谁比谁早多少年”已经不是最重要的了，重要的是：数学是全人类共同的遗产，不同文化背景下的数学思想、数学创造都是根深叶茂的世界数学之树不可分割的一枝，从而消除民族中心主义的偏见，以更加宽阔的视野去认识古代文明的数学成就，同时，通过不同数学思想方法的对比，如介绍的各种方法中所涉及的进与退、分与合、动与静、变与不变、数与形、一与多等等的辨证思想，可提高学生数学创造性思维能力，并学会欣赏丰富多彩的数学文化。
在教学的过程中，可安排足够多的时间让学生在欣赏的基础上自己动手进行拼、补、凑的实践活动，亲自体验发现的过程，感受动手的乐趣。
2.再现知识生产发展的过程
苏联数学教育家斯托利亚尔认为，数学发展史给我们提供了关于数学概念、方法、语言发展的历史道路的重要信息，它常常指示我们在学校教学中形成和发展的这些概念、方法、语言的途径。可见，数学教学应当充分利用数学史的知识，向学生展现数学知识的产生和发展过程。
（1） 揭示知识产生的背景
数学知识的产生与自然客观的需求是分不开的，它昭示着人类进步与发展的历程。向学生阐述知识产生的背景，能帮助学生更为深刻的认识与理解知识。如学习平方根时，让学生意识到人们对平方根进行计算时，往往不能正好得到整数的结果，这时就需要产生一种新的数——无理数。学生清楚地看到知识出台的原因，就能揭开数学神秘的面纱，消除学生对数学的畏惧感，使他们在内心深处亲近数学。
（2） 展示知识形成的过程
弗赖登塔尔认为：每一个学生都可能在一定的指导下，通过自己的实践来获得数学知识。教学中，教师要防止重结论轻过程现象的发生，要为学生提供一定的学习材料，鼓励学生通过自己的探索活动，对知识的形成过程建立清晰的表象，主动地完成知识的建构。如平行四边形面积计算的教学，教师可以为学生准备透明的方格纸和剪刀、直尺等学具，要求学生或者独立思考、或者小组合作，探讨面积计算的方法。有的学生通过数方格求出面积，有的通过剪、移、拼，将平行四边形转化成长方形求出面积。最后学生发现这两种方法其实质是相同的，都可以归结为底×高。
（3 ） 预示知识发展的前景
数学中前后知识间的联系十分紧密，先学的内容往往为后继学习作知识与方法上的准备。在教学中，教师要善于瞻前顾后，给知识的发展留有余地。如学习实数时，我们发现无论是有理数还是式或实数，加、减、乘、除运算是很重要的部分，而其学习方法在某种意义上讲存在着一定的规律，亦可加深学生的理解。
数学既是创造的，也是发现的，数学教学应当努力还原、再现这一发现过程，让学生经历知识产生、形成与发展的过程，对于充实他们的数学文化底蕴有着非常现实的意义。
3.欣赏数学的美学价值
美学的价值不仅在于陶冶情操，提高素养，而且有助于开发智力，促进学生的全面发展。直线的刚劲平稳、曲线的对称柔和、波浪起伏的图象、黄金分割……正如数理哲学家罗素所说：“数学如果正确看待它，不但拥有真理，而且具有至高的美”。这种美正是数学家们将自己的劳动成果按他们的美学观以自己最满意的形式总结出来并献给人类的美，具有特殊的美学价值。
4.渗透数学中的哲学理念
Bordas Demollin说：“没有数学，我们无法看穿哲学的深度；没有哲学，人们也无法看穿数学的深度；若没有两者，人们就什么也看不透。”相对而言，数学教材中的辨证因素比较隐蔽，这就需要教师首先要有“深挖”的意识，有意识地挖掘教材中的辨证因素，也就揭示了知识之间的本质联系。
案例3：探索勾股定理
在讲解勾股定理时，教师向学生指出：在直角三角形中，直角边a、b，斜边c，则a2+b2＝c2；在锐角三角形中，a2+b2＜c2；在钝角三角形中，a2+b2＞c2。这样既使学生学到了数学知识，同时又加深了唯物辩证法的理解，使学生站在辩证法的高度来理解数学中质、量变化的关系。
5.丰富课外作业的形式
（1） 撰写数学日记、自办数学小报
学生因其所处的文化环境、家庭背景和自身思维方式的不同，他们考虑问题、解决问题的方式与方法有着强烈的个性色彩。教师可以引导学生将自己的思考过程有条理的记录下来，这不仅可以掌握学生的思维动向，也可以促使学生对问题进行反思，帮助学生提高解决问题的能力。在教师的指导下，督促学生在课余撰写数学小日记，出版数学报，是渗透数学文化，拓宽数学视野，营造数学氛围的好方法。
（2 ） 制作手工模型
　　苏霍姆林斯基说过：“在手和脑之间有着千丝万缕的联系，这些联系起着两方面的作用：手使脑得到发展，使它更加明智；脑使手得到发展，使它变成创造的聪明工具”。结合教材进度，布置一些动手操作类的作业，如制作钟面学具、设计建筑模型、绘制学校平面图等等。这些作业，需要学生综合地应用所学知识，创造性地加以完成。而这些课外作业，可以留给学生更大的探索余地和思考空间，对培养学生的创新精神和实践能力起到积极的推进作用。

Answer 2

可以解释下你所理解的数学文化是指哪方面的呢