令人費解的日本數學教育 - 惰者集:數感與數學

2021-02-19 好玩的數學

我是一個除了數學之外什麼都不懂的數學家,特別是對經濟一無所知。據說,日本經濟正在從高速增長轉向低速增長。高速增長指的是國內生產總值年增長率超過 10%,低速增長指的是年增長率為 6%左右的經濟增長。也就是說,只有年增長率保持在 6%左右, 經濟才不會陷入不景氣的狀況。

排除第二次世界大戰結束不久的混亂期,假設經濟在 1949 年到 1974 年的 25 年間每年的增長率都是 10%,那麼總計(1.1)^25 = 10.83, 即經濟增長了 10 倍。包括山手線、東海道線等鐵路的客運量、機動車數量、石油使用量、報紙頁數等在內的所有現狀都是 1949 年的 10 倍以上。 

如果經濟一直保持 6%的增長率,等我的孫子長到我現在的年紀, 即 60 年後的經濟發展會有怎樣天翻地覆的變化呢? (1.06)^60 = 32.99 ,經濟增長相當於現在的 30 倍以上。例如東京 - 大阪間架設新新幹線、新新新幹線,增開 30 趟新幹線,山手線沒辦法

繼續橫向擴充,只能開發地下空間,屆時地上、地下合計將超過 30 層,每天送來的報紙頁數將超過 500 頁。顯然上述預想並不合理, 因此我們需要把數量上的增長轉化成質量上的增長,而這又只能取決於科學技術的進步。科學技術的基礎是數學,數學教育對日本產業的將來有著決定性作用。下面我來談談日本的數學教育現狀。

目前日本的小學、初中、高中教材都按照日本文部省的指導綱領編寫,其內容涉及的數學領域偏多,讓人感到驚訝。小學階段涉及集合、概率,初中階段除了基礎代數、幾何以外,還包括集合、概率、統計、拓撲學,高中階段在代數、幾何、微積分的基礎上增加了矢量、映射、集合、邏輯、矩陣、平面幾何的公理結構、概率和統計。如果在有限的時間裡接觸如此多的數學領域,每個領域的學習只能停留在入門程度,略懂皮毛而已。

例如在小孩子學習音樂,沒人會讓他先接觸一遍管弦樂隊的所有樂器,這樣的話不可能學會任何樂器,而且對音樂本身也是一知半解。

再例如小孩子學習外語,我們絕對不會讓他同時接觸英語、德語、法語、俄語、拉丁語、希伯來語、阿拉伯語等多門語言。

在初等教育階段的數學教學中涉及較多領域就像是學習所有樂器或者學習多門外語一樣愚蠢,不過為什麼對於數學卻沒有人在意這個問題?現在的數學教育中甚至會採用螺旋式教學,例如在小學六年級稍微學習數學某個領域的一部分內容,初二再學一部分,到了高一和高二繼續學一部分。這就好比在小學六年級學幾周拉丁語, 初二再學幾周,高一和高二繼續學幾周,這樣的教育方法最沒有效率。人學過幾周新知識,而且總學時不過幾小時的程度,一年後肯定忘得乾乾淨淨,按理說制定指導綱領的委員們應該懂得這個道理才對。

除了想要成為數學家的學生以外,對大部分學生而言,小學、初中、高中階段涉及的多個領域,例如集合、邏輯、拓撲學等知識並沒有必要。有人主張因為集合論是現代數學的基礎,所以數學教育也應該從集合開始教學,這個所謂的數學教育現代化導致學生必須小學階段開始學習集合知識。

實際上「集合論是現代數學的基礎」的意思是數學從兩千年前發展到現在,在目前這個階段多年研究集之大成,集合論是分析其結構,記錄其體系的基礎。然而小孩子學習數學是為了培養其數學能力,因此初等教育階段的數學教學應該遵循數學的歷史發展順序。對小孩子而言,歷史上較早出現的概念比邏輯上的基礎概念更簡單易懂。到高中結束為止,我們最多學到 17 世紀後半期至 18 世紀產生發展起來的微積分入門知識。集合論於 19 世紀後半期由康託爾建立,目的是為了處理類似整個實數集合這樣的無限集合。

即使逆轉歷史發展順序教中小學生學習集合,孩子們也理解不了集合論的核心內容,只能接觸無趣的非核心部分,也就是集合論的皮毛。這樣一來,時間和精力都浪費在皮毛上,最終忽視了真正的數學。

如字面所示,數學是數字的學問,其最重要的基礎是數字計算。初等教育階段最重要的是掌握和訓練基本的學習能力,即小時候沒有掌握的話長大以後基本學不會的能力,這與長大以後也能輕鬆掌握的能力有著明顯的區別(包括數學在內的整個初等教育貌似遺忘了基本學習能力的重要性。據說有些小學還開設了家庭生活課, 要求男生也掌握煎蛋的方法。煎蛋這種事情任何人在長大以後都能學會,完全沒有必要在小學教學生如何煎蛋。綜上所述,把時間浪費在這些課程上,結果導致基礎學習能力水平下降,這個現象實在是令人費解)。

如果在小學階段沒有反覆練習數字計算、掌握數字計算方法的話,長大以後就很難能掌握這種能力了。不過集合論是數學家們必須要掌握的常識,一般進入大學後只需聽兩小時課程就能理解。如此可見,教中小學生學習集合本身就是一個錯誤。在小學的算術課上,最重要的環節是讓學生反覆理解和練習數字計算,以培養基本的數學學習能力。

推進數學現代化的,並不是正在小學講授集合論的老師,而是通過集合指導現代數學思考方式的人。不過數字計算是數學思考能力的基礎,如果有人認為存在另一種更高級的數學思考方式,那一定是對數學的本質存在誤解。

據說,大概有一成的日本初中生甚至都不會簡單的分數加法運算。既然連分數加法運算都不會,即便給他們講解集合的知識,不管怎麼教也都無濟於事。如果學習集合有助於培養數學思考方式的話,按理說分數的加法運算應該是小菜一碟。但事實上有一小部分

初中生卻無法掌握,那麼說明數學現代化的想法存在誤區。對不是數學家的那部分人來說,集合論沒有什麼用處,例如現在活躍在第一線的自然科學家、工程師等基本沒有學過集合論。

邏輯相當於是數學的語法,我們在多年閱讀、撰寫文章的過程中,自然而然地掌握了撰寫文章時使用的語法,並不是以前在初中語文課上學過的語法。因此,我們可以自由自在地靈活使用。就像不管我們如何努力地學習英語語法,也不一定能自由地撰寫英語文章。

數學中的邏輯也是如此,我們數學家在學習數學的過程中自然而然地會掌握邏輯,除非是數理邏輯學的專家,否則就不用重新學習邏輯知識。目前的指導綱領要求在高一講授邏輯,數學家都不一定要學的知識,為何偏偏要求高中生學習呢?這又是一個令人費解的問題。

初等教育階段的數學教學並不是為了片面地講授數學各個領域的知識,而是為了培養數學思考能力和數感。因此最好將教學範圍限定在最基礎的數學領域,然後開展充分的教學。小學階段學習數字計算,初中階段學習代數和幾何,高中階段學習代數、幾何和微積分入門,如果學生能熟練地掌握這些知識,那說明初等教育取得巨大的成功。

概率、統計等應用領域的內容,只要在用到時稍加學習就能掌握。到那時,在學習基礎領域過程中養成的強韌思考能力遠比一知半解的入門知識來得更加有用。給小學生講授概率的皮毛,簡直荒謬。推進數學教學現代化的人,在追隨現代數學日新月異的步伐, 努力改良數學教育,然而進步的是最前沿的數學研究,數學的基本知識並未發生變化。據我所知,目前從事數學研究的數學家們都反對數學教育的現代化。儘管如此,現代化依然在數學教育界大行其道,實在不可思議。

日本的數學教育從小學階段開始就混雜各種各樣的內容,包括小時候必須要學習的基礎領域,長大以後也能掌握的應用領域,以及對數學家來說有用的領域,這種現象十分怪異,令人費解。如此急切地講授如此多的內容到底是為了什麼、為了誰?對於日本,數學是未來科學技術的基礎。然而初等教育階段的數學教學一直保持這副德性的話,不管日本通產省如何努力,日本產業的將來也令人憂心不已。(《通產專刊》1976 年 4 月刊)

相關焦點

  • 令人費解的日本數學教育-惰者集:數感與數學
    下文節選自《惰者集:數感與數學》, 已獲圖靈許可, [遇見數學] 特此表示感謝!令人費解的日本數學教育小平邦彥(1915年3月16日-1997年7月26日)是日本數學家。以在代數幾何和緊復解析曲面理論方面的出色工作而著名。
  • 閱讀《惰者集》《用數學的語言看世界》感悟
    ,創造新的價值——閱讀《惰者集——數感與數學》《用數學的語言看世界》感悟作者:張勁松,1972年2月生,人民教育出版社中學數學室編審,資深編輯。《惰者集——數感與數學》《用數學的語言看世界》是兩位日本學者的數學科普之作。了解現代日本數學和數學教育的同行,我想沒有不知道《惰者集——數感與數學》的,沒有不知道本書作者——小平邦彥(1915-1997)的;對《用數學的語言看世界》的作者——大慄博司,大家可能了解不多,因為他是新生代,不是數學家和數學教育家,而是一位理論物理學家。
  • 日本數學大家小平邦彥對基礎教育的反思-惰者集:數感與數學
    對日本基礎教育的深思小平邦彥(Kunihiko Kodaira)小平邦彥, 1915—1997,日本數學家,生前被選為日本學士院院士、美國科學院和德國哥廷根科學院外籍院士先後在美國普林斯頓高等研究院、哈佛大學、約翰斯霍普金斯大學、史丹福大學、日本東京大學等任教授,在調和積分理論、代數幾何學和復解析幾何學等諸多領域做出了卓越貢獻。
  • 數感:數學教育中的一個重要話題
    我知道他的大名,還是在上個世紀的 1979 年參加高考前夕,看過小平邦彥主編的日本高中數學教材《數學Ⅰ》,印象比較深的是教科書中的向量和概率等內容,因為不在當時的數學考綱範圍,故教師沒有教,自然也就看不懂。這次同行友人給我寄來了小平邦彥的思想隨筆集《惰者集——數感與數學》(人民郵電出版社,2019,第 5 版),在閒暇之餘瀏覽後,感觸良多。
  • 數學科普的豆瓣高分書單
    ,絕贊的數學科普書,日本數學會強力推薦!每個數都它自己的故事,而圍繞著這些數,作者不但講述了每個數背後的歷史,更拓展出眾多有趣的數學問題,讓這些數成為帶讀者進入神奇數學世界的「引路人」。集 數感與數學》+《幾何世界的邀請》作者:[日]小平邦彥
  • 中考數學:數感對於數學學習的重要性
    數感對於數學學習的重要性   語文學得好那是語感好,語感就是對於語文學習的一個敏銳程度,其實數學也一樣數學要想學得好話也同樣需要數感,那麼數感是什麼呢?數感就是對於數學學習的興趣和對於數學知識的敏銳度,數感也是可以培養出來的,數感也可以不斷衍生出一個人的數學思維。   數學是什麼?
  • 孩子「數感」不好,再多數學啟蒙都白搭!數感培養要從娃娃抓起
    我太想讓她學好數學,所以總急匆匆地拔苗助長,反而忽視了數學基礎的鞏固。數學的基礎是數感的啟蒙和培養,正如「中國奧數第一人」孫路弘在《好媽媽這樣教數學》裡寫的:「數感是未來數學學習的核心基礎。」《幼兒數學核心概念》一書裡這樣定義「數感」:發展有意義的對數量的感知。說起數感,很多家長可能會覺得難理解,但「數感」只是聽起來抽象,實際上「數感」就在我們生活中。
  • 亞洲第一位菲爾茲獎得主小平邦彥的數學世界
    不過數學的理解需要憑藉數感,正如樂感不好的人無法理解音樂,數感不好的人同樣無法理解數學(給不擅長數學的孩子當家教時,就能明白這種感覺。對你來說已經顯而易見的問題,在不擅長數學的孩子看來卻怎麼也無法理解,因此你會苦於不知如何解釋)。在證明定理時,數學家並沒有察覺自己的數感發揮了作用,因此會以為是按照縝密的邏輯進行了證明。
  • 數學的啟蒙不是數123,正確的打開方式是培養孩子的「數感」
    不少家長的孩子從2歲開始數習題,3歲開始學書法,4歲開始學數學,小學之後就是各種實際生活的班級,家長們對數學的興趣一如往常但是這樣的方法真的有用嗎?其實,正確的數字啟蒙方式是培養孩子的「數字感覺」| " vs "到東向西走對韓國日本中國等亞洲國家,在數學教育上更加側重解題和計算,更加注重練習英美國家的數學教育更側重於培養孩子的數學思維,即數感,所以英美國家的孩子在解題的戰場上總是落後去年,英國引進了中國小學的數學教材,但通過這兩種截然不同的方法重新進行了研究
  • 聚焦小學數學學科的數感星球獲千萬級A輪融資
    12月14日,億歐獨家獲悉,數感星球已於日前完成千萬級A輪融資,領投方為中國市值最高的教育公司好未來。在此之前,數感星球曾在2018年獲得線性資本、德迅資本的天使輪投資。完成本輪融資後,公司將繼續加快產品迭代速度、沉澱教研能力,更好服務於學生與家長。
  • 數學啟蒙從來就不是數123,正確打開方式,是培養孩子的數感
    不少家長讓孩子從2歲就開始練習數數,3歲學寫,4歲開始學算數,小學後又開始上各種奧數班,家長們似乎對數學的興趣總是不斷的。 但是這樣的方法真的有用嗎?其實數字啟蒙的正確打開方式,是培養孩子的"數感"。
  • 數學啟蒙從來就不是數123,正確打開方式,是培養小孩的「數感」
    不少家長讓孩子從2歲就開始練習數數,3歲學寫,4歲開始學算數,小學後又開始上各種奧數班,家長們似乎對數學的興趣總是不斷的。但是這樣的方法真的有用嗎?其實數字啟蒙的正確打開方式,是培養孩子的"數感"。|"向東走"VS"向西走"對於韓國、日本和中國等亞洲國家,在數學教育上更偏向解題和計算,更重練習;而英美國家的數學教育則更側重培養孩子的數學思維,即數感,所以英美國家的小孩在解題的戰場上總是落下陣來。英國去年引入了中國小學的數學教材,就是在這兩種完全不同的路徑上進行了反思。
  • 很多家長以為數學就是「數數」,孩子數學差的原因,關鍵在於數感
    現代家長都非常重視啟蒙教育,不少幼兒園的小朋友,通過老師的授教,就已經能夠熟練地背誦九九乘法口訣。其他家長看到人家孩子這樣厲害,心裡也是暗暗的羨慕。或許在大多數家長的腦海中,認為孩子學習數學,只要會快速寫出計算題的答案就可以,事實真的是這樣嗎?
  • 專注小學數學學科教育,數感星球獲千萬級A輪融資
    在此之前,數感星球曾在2018年獲得線性資本、德迅資本的天使輪投資。完成本輪融資後,公司將繼續加快產品迭代速度、沉澱教研能力,更好服務於學生與家長。 數感星球:讓數學學習變簡單 數感星球是教育科技公司火光搖曳教育科技(深圳)有限公司旗下的一款APP,產品聚焦於小學數學學科。
  • 兒童數學啟蒙—數字&數感
    今天我們來講一講兒童的數學啟蒙知識:數字 與 數感。今天不是詳細講解如何一步一步怎麼做,我把給自己孩子編寫的一個「數字&數感」的培養提綱內容貼出來,和大家分享。提起數學,可能很多人還會頭疼:「我學生時代最怕上的課就是數學課」,「解析幾何能把我的大腦搞成一團漿糊」,... ...。
  • 學齡前的數學啟蒙是否有必要?培養數感才是數學啟蒙的目標
    基於此,一些家長考慮孩子太小什麼都不懂,沒必要進行數學早教的擔憂大可不必,孩子比想像中的要聰明。而事實證明數學作為一種思想鍛鍊工具,在早期嬰幼兒教育中也是勢在必行的,當然所謂的數學啟蒙,並不是傳統認知中的坐在位置上乖乖認識數字,數數,數學的啟蒙應該有更豐富的拓展。
  • 孩子不會數數?抓住「數學敏感期」,培養孩子「數感」
    眾所周知,數學的學習不能像學習語文、英語一樣光靠死記硬背,而需要深入理解和不斷的演算和推理,但是語文、英語都講究「語感」,數學也同樣有「數感」,數感好的孩子無論是在數學的學習還是應用上都比其它孩子更加靈活自如。 二、何為「數感」?「數學敏感期」分幾個階段?
  • 算術≠數學,算術好≠數學思維好,數感啟蒙看過來
    你家孩子的數學教育是不是還停留在——媽媽對孩子說:「不要問10-7=3為什麼,反正你這樣算就對了!」家長們多半認為數學就是算數和公式,用的時候記住就好了,不需要解釋。這樣的教育成就了中國孩子計算能力強的優勢,可卻忽略了數學思維的培養。要知道算術≠數學,算術好≠數學思維好。
  • 錢志亮:孩子學前數學準備,數感培養是重點
    好多小學老師碰到過這樣的尷尬:讓學生自編應用題時,出現了一些笑話:「門高2釐米」、「媽媽的體重是50克」、「小紅每分鐘走10米」、「小明的爸爸今年18歲」······這些讓人哭笑不得笑話背後,我們不得不反思這樣一個問題:我們的數學教育究竟出了什麼問題?——忽視了學生良好數感的培養!
  • 數學啟蒙從幫助孩子建立數感開始
    記者採訪數位參加海珠區、天河區、越秀區公辦小學面試的家長和學生,了解到數與量題目涉及10以內加減法,10以內數數,排列數字,分糖塊;圖形與空間題目為區分不同圖形與其數量,排隊問題,迷宮等。民辦小學則增添了一些難度,比如看數字找規律,看天平比重量,從20倒數,七巧板拼圖等。 一些家長認為幼兒園教學過於簡單,擔心孩子上小學後學習吃力。學齡前數學啟蒙該注意什麼?