旗下讲话:数学赞歌

文 / 屠桂芳 责编 / 屠桂芳 2014-03-31 点击 4615

屠 桂 芳

老师、同学:大家好!

在我们每个人成长的经历中,数学和语文是仅有的从小学一年级开设到高中的课程,我们一方面看到数学与人的成长和社会进步须臾不可或缺,另一方面人们体会不到数学的文化之美,却深受枯燥、抽象、难学、难算等困扰。——我们对数学学习究竟应该持怎样的态度和行动?

数学是科学之母华罗庚指出:宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、地球之变、生物之谜、日用之繁,无处不有数学的重要贡献。随着信息技术的发展,人类已进入了数字化时代,人类更离不开数学。

案例1:华裔数学家丘成桐说:“IT产业的核心是数学。”为此王梓坤院士说:人们说第一次世界大战是化学战(火药),第二次世界大战是物理战(原子弹),当代战争史上赫赫有名的海湾战争、科索沃战争等,就是一场不动声色的数学战,数学统筹学和诸多优化技术成就了美英联军。

数学已经成为一门永不落幕的魅力科学。解析几何鼻祖笛卡儿进一步阐释“数学是知识的工具,亦是其他知识工具的泉源”,它是“自然科学的皇后”、“思维艺术的体操”、“世界之美的原型”。就人的成长而言,无论是着眼长远,还是立足当前,我可以肯定地说:获取数学知识是重要的,掌握数学方法是需要的,拥有数学智慧是必要的。

学习数学要用联系发展的观点。

案例2:1500年的《孙子算经》记载:“今有雉兔同笼,上有三十五头,下有九十四足,问雉兔各几何?”。

我们可以列式并用符号表示,这是初中二元一次方程组给予一般化就成为鸡兔同笼的模型,到了高中解析几何中就是两条直线的位置关系;学了向量之后,问题转化为向量是否可以线性表示

从方程到向量,具体的物质属性逐步被抛弃,为此它具有抽象性,但应用更广泛。抽象客易产生理解障碍,但学好数学能让人更加聪明、更有智慧、更为精细、更具力量。就如H·G·格拉斯曼所说“数学除了锻炼敏锐的理解力和发现真理外,它还有训练全面考查科学系统头脑的开发功能”,就如培根所说“历史使人聪明,诗歌使人机智,数学使人精细”,就如布特所述“逻辑是不可战胜的,因为要反对逻辑还得要使用逻辑”。 

学习数学要学会观察、大胆猜想。数学可以猜想吗?猜想有方法吗?

实例3:求所有满足1!+2!+3!……+m!=n2的正整数m和n。

这个二元不定方程的潜在规律很难一下发现。我们可先进行试验,在m=1、2、3、4、5、6时,得到左式的值分别为1、3、9、33、153、873。显然有两个值为完全平方数1=12,9=32;其余5个数不是完全平方数,但个位数均为3。

由此我们猜想:满足条件的正整数m和n有两组值:m=n=1,m=n=3。

事实上,关键问题是m≥5时,m!的个位数都为0。当m≥4时,1!+2!+3!……+m!的个位数恒为3。m≥4时不定方程无解。

一个很抽象的数学问题竟然以试验、猜想的方式,获得了神奇的的解决!G.波利亚说过“先猜后证,这是大多数的发现之道”。

学习数学要以准确计算为支撑。柯朗说:数学,作为人类思维的表达形式,反映了人类积极进取的意志、慎密周详的推理以及对完美境界的追求。

案例4:假设我们处在一个表面极其光滑的地球上,现用一条钢带沿着赤道紧紧箍住地球。如今给这条钢带增长一米,使得钢带离开了地球,且处处同球面保持相等的距离。问随着钢带的升高,在钢带下面是否能够(A)仅仅塞进一张扑克牌;(B)塞进一只手;(C)塞进一只棒球。

我们凭直觉会认为A,可计算后着实感到惊奇!事实上,设地球半径为r,“加长一米的钢带箍”的半径为R,赤道长度为C,由C=2πr、C+1=2πR得R-r= 16厘米。这个高度足够让一只棒球从它下面穿过。实际上,这个球体不论是地球还是篮球,升高的高度都是大约16厘米。让事实说话,按数据说理,这就是数学的“真”。

学习数学要学会解决问题。如果没有牛顿发明微积分,人们就难以计算曲线运动的轨道和速度,也就没有“神十”航天飞船的来去自由。马克思曾说“一门科学,只有当它成功地运用数学时,才能达到真正完善的地步”。

案例5:谈到数形结合,华罗庚曾说“数缺形时少直观,形缺数时难入微”,强调两者的不可偏废和辩证关系。著名数学家拉格朗日在《数学概要》中说得也很明白:“只要代数同几何分道扬镳,它们的进展就缓慢,它们的应用就狭窄,但当这两门科学结合成伴侣时,它们就互相吸取新鲜的活力,从那以后,就以快速的步伐走向完善。”

学习数学要有欣赏的眼光。维纳认为“数学是一门精美的艺术”,普洛克拉斯强调“哪里有数,哪里就有美”,数学教学集科学与艺术于一身,其几何之美、对称之美、黄金分割之美、透视之美、和谐之美无处不在,这些美学要素不仅成为数学领域最科学、最美的象征,也成为艺术领域感性的最高标准。华罗庚说过“就数学本身而言,是壮丽多彩、千姿百态、引人入胜的……认为数学枯燥乏味的人,只是看到了数学的严谨性,而没有体会出数学的内在美”。比如欧拉公式eiπ+1=0就把数学中最常见的五个数0、1、π、e、i完美地结合在一个公式之中。

案例6:“自任国会议员以来,他学习并几乎精通《几何原本》前6卷,为的是提高能力,特别是逻辑和语言的能力。因此他酷爱《几何原本》,每次巡行,他总是随身携带它;直到能够轻而易举地证明前六卷中的所有命题为止。他常常学到深更半夜,枕边烛光摇曳,而同事们的鼾声却已此起彼伏、不绝于耳。”这就是1860年美国总统林肯的简介。

学习数学要有多元的文化视野。数学不以任何具体的物质运动为独特载体,是一种由人类概括现实而产生的思想材料。天下没有可以观摩的“方程”,也没有可以触摸的“函数”,数学是依赖人们的理性思维而存在的。

案例7:1989年,美国明确提出人的数学素质包括懂得数学的价值、对自己的数学能力有信心、成为数学问题的解决者、学会数学交流、学会数学推理等。

在今天的信息化社会中,由于数学在现代社会作用发生了巨大的变化,社会对普通公民的数学素质提出了较高的要求,人人学好数学是时代的需、是社会发展的需要,更是人类生存的需要。

在我校数学文化的长廊里,数学以五光十色的图景,展示着数学的宏伟,渗透着数学的精神,令人愉悦地感受着数学可以看的、生动的、视觉化了的形象,对于十三中的同学提高数学专业素养乃是莫大的喜事。

今天唱一曲数学的赞歌,同学们用欣喜的积极的心态面向数学吧!数学是我们一辈子享用不尽的恩泽,让我们开始这神奇美妙的数学文化之旅,在数学的奇妙天地中去学习数学,体味数学,感悟数学,开垦数学,成为数学王国的自由人。                                     2014.3.31



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