張景中肖像畫。張武昌作
數(shù)學重要,但難學。改善數(shù)學教育是世紀性世界大課題。
30年前,我在一本書里提出了“教育數(shù)學”的想法。所謂教育數(shù)學,就是為教育改造數(shù)學,把數(shù)學變得更容易。要讓概念更平易,推理更簡捷,方法更有力。
40多年前,我在新疆一個農(nóng)場中學教數(shù)學時,有幾件事情啟發(fā)了我,讓我認識到數(shù)學能夠變得更容易。1977年的一道高考題,我用小學里的面積計算方法做出來了。1978年的一道奧數(shù)題,我又是用基于小學知識的面積方法找到了一個不到兩行的證明。10多年后,我才明白,這其實是發(fā)現(xiàn)了一種幾何定理機器證明的新方法。
三角難懂,我用菱形面積定義正弦,接著通過面積計算輕松獲得了正弦定理和正弦和角公式。對此,初二學生說容易懂,記得牢,有趣。
40年后,我才知道,數(shù)學教育大師弗賴登塔爾曾提出,能否提前兩年先學正弦。我找到了三角學在小學數(shù)學知識基礎上的生長點,實現(xiàn)了他的設想。
1979年,我到我國科學技術大學任教,整理了這些心得,寫了《平面幾何新路》等讀物。不久,我又結(jié)合講微積分的體會,在1989年出版了《從數(shù)學教育到教育數(shù)學》一書,提出了“教育數(shù)學”的觀點,舉出了一批把數(shù)學變?nèi)菀椎膶嵗婕皫缀?、三角和微積分。
“教育數(shù)學”的主張贏得了廣泛贊同。2004年,我國高等教育學會教育數(shù)學專業(yè)委員會成立,專家們在多屆委員會年會上就教育數(shù)學進行了深入交流。
數(shù)學究竟能不能變?nèi)菀?,還是要由教學實踐來檢驗。為了為教學實踐做更多準備,提供可操作的內(nèi)容,2006年,我在《數(shù)學教學》和《數(shù)學通報》撰文,提出了“重建三角,全局皆活”的主張;2009年,我寫了《一線串通的初等數(shù)學》,作為科學出版社《走進教育數(shù)學》叢書中的一冊出版。
經(jīng)過30年的發(fā)酵,重建三角的思路,終于開始滲入課堂。
從相關學術刊物和學位論文,我們可以捕捉到有關教學實驗的信息_對教育數(shù)學,學生教師均表示歡迎,認為新的概念方法別具一格,簡捷易懂,易于接受。
寧波教育學院的崔雪芳教授曾組織在初一教正弦的實驗課,得出的結(jié)論是_學生始終保持濃厚的興趣,對后續(xù)學習產(chǎn)生了強烈的期待,學習的動力被進一步激發(fā);在三角、幾何、代數(shù)間搭建了一個互相聯(lián)系的思維通道,后續(xù)學習的思維空間得到整體的拓展。
從2012年到2015年,在廣州市科協(xié)項目支持下,廣州市海珠實驗中學青年教師張東方,對兩個班105名學生,做了初中全程的“重建三角”教學實驗。實驗結(jié)果顯示_學生的思維更活躍,分析和解決問題的能力明顯提升。中考數(shù)學成績優(yōu)秀率達到100_,而對比班級為67_。
成功的實驗引起了關注。有些師范學院把教育數(shù)學列入教學內(nèi)容,組織相關教學實驗;農(nóng)村山區(qū)的實驗學校,學生學習積極性提高,進步也很快;不少老師自發(fā)地投入教學實踐,組織課外活動,編寫校本教材,推廣教育數(shù)學的新思想和新方法。三十年磨一劍,把數(shù)學變?nèi)菀自诔踔欣镩_始成為現(xiàn)實。
解析幾何、向量能不能變?nèi)菀??微積分呢?
萊布尼茨問過,點如何相加?我們提出的“點幾何”給出了最為淺顯的回答,由此對上千個幾何問題給出了簡單清楚的恒等式解答。這解答立刻能轉(zhuǎn)化為向量、復數(shù)或坐標的表達方式。這將把解析幾何、復數(shù)、向量的學習變得更容易。
歷史上不少大家如拉格朗日,曾致力于建立不用極限的容易理解的微積分,都未成功。后人普遍認為此路不通?!镀樟炙诡D微積分讀本》干脆宣稱,如果沒有極限概念,微積分將不復存在。
在我國科學技術大學時,我曾致力把微積分變?nèi)菀?,雖小有所獲,終因進展艱難而停頓。在林群學長這方面長期堅持不懈的探索啟發(fā)激勵下,近20年,我重拾此方向的研究。最近,我們發(fā)現(xiàn),從一些很平常的想法出發(fā),即使沒有微積分,也能夠系統(tǒng)而簡捷地解決通常認為微積分才能解決的許多問題。沿此思路,可以在引入極限之前嚴謹?shù)亟⑽⒎e分了。
著名英國數(shù)學家阿蒂亞認為,為了知識的傳承,必須不斷努力把她們簡化和統(tǒng)一。他希望,“過去曾經(jīng)使成年人困惑的問題,在以后的年代里,連孩子們都能容易地理解?!?/p>
把數(shù)學變?nèi)菀?,任重道遠,但大有可為。
(作者為我國科學院院士、著名數(shù)學家)
(來源:人民日報海外版)