華應龍 ​段安陽 ‖ 發現有趣的數學

2021-02-20 華應龍化錯化人

華應龍

(北京第二實驗小學)

偉大的科學家愛因斯坦說過:「興趣是最好的老師。」一個人對某事物有了濃厚的興趣,就會主動去求知、去探索、去實踐,並在求知、探索、實踐中產生愉快的情緒和體驗。在學數學時,有「興趣」和無「興趣」是兩種完全不同的學習體驗。有「興趣」老師的幫助,您的數學學習是甜的;無「興趣」老師的指導,您的數學學習是苦的。怎樣才能發現數學之趣?如何學習有趣的數學?如何有趣地學習數學?今天我們團隊的段安陽老師為大家推薦美國科普作家西奧妮·帕帕斯的科普讀物「發現數學」姊妹篇《原來數學這麼有趣》和《數學還是這麼有趣》。相信您閱讀之後一定會發出驚呼「原來數學真的這麼有趣」。段安陽老師,「華應龍名師工作室」核心成員,浙江省寧波濱海國際合作學校教學處主任,寧波市詩詞協會會員,無錫市名教師,江蘇省優秀青年教師……曾獲連雲港市教學基本功大賽一等獎,江蘇省教海探航傑出水手,全國教育科研先進個人……發表論文散文200餘篇,參與編寫《小學數學課堂診斷》《小學數學名師名課》《教師,做個思想者》《數學在哪裡》等。

——《發現數學閱讀推薦

段安陽

浙江省寧波濱海國際合作學校

有些同學認為,數學是枯燥無味的,在他們眼中,數學是計算,數學是公式,數學是做不完的數學題。數學就是一個非常可怕的怪物,它無情,它冷血,它變態。今天老師要告訴您,他們學的是假的數學。

俄國數學家尼克萊·洛玻柴夫斯基說:「數學是一門科學、一種語言、一門藝術、一種思考方式。體現於自然、科學、藝術、音樂、建築、歷史、文學諸領域中,並影響著世間萬物的各個方面……無論有多抽象,數學中沒有哪個知識點是不能運用到現實世界的事物中的。」

數學有計算,但不僅僅是計算;數學有公式,但不僅僅只是公式;數學需要解題,但還有比解題更重要的。我們學習的數學,其實它是一個有種子,有根須,有主幹,有枝有葉,有血有肉的有機生命體。今天我要給大家推薦一套數學科普讀物,它是美國科普作家西奧妮·帕帕斯的「發現數學」姊妹篇《原來數學這麼有趣》和《數學還是這麼有趣》。帶您認識一個全面立體有趣又有溫度的數學。

《原來數學這麼有趣》(The Joy Of Mathematics)和《數學還是這麼有趣》(More Joy Of Mathematics)兩冊書都沒有分章節編排,作者以數學「新發現」為精髓,以作者獨特的數學感覺和數學視角,為讀者介紹了327個數學主題,涵蓋概念、原理、問題、歷史、難題、遊戲和趣味等。作者在書的「前言」中指出:「想要體驗數學的樂趣,您需要認識到數學不是孤立的學科,它就存在於我們周圍的事物中。」是的,雪花的圖案、海浪的波峰、螺旋式的蜘蛛網上都有趣味十足的數學。我們只有抓住數學的真諦,深入數學的本質,洞悉數學的精神,了解數學與生活的密切聯繫,才能發現數學的樂趣所在。下面請大家跟著我一起走進有趣的數學王國吧。
我上小學時,曾聽過世界上最古老的邏輯推理故事。哇塞,竟然是《原來數學這麼有趣》第159頁的數學智力遊戲主題。問題是:

一個獵人帶著一隻羊,一隻狼和一棵大白菜回家,路上遇到一條河。河邊只有一條小船,小船一次只可載運獵人和另外一樣東西過河。獵人不在的時候,狼要吃羊,羊要吃白菜。請問如何幫助獵人把狼、羊和大白菜安全運過河?

這個邏輯推理遊戲。要素清晰,一條河,一隻小船,一個獵人和三樣物品;目標明確,獵人要帶上三樣物品安全過河。小船載重有限,每次只能載獵人和另外一個物品。我們思考這個問題的時候,要抓住關鍵點,可以用替代品擺一擺,移一移,把每次情況記錄下來;也可以用畫圖法來畫一畫,畫出過河的簡易流程;還可以用簡潔的語言寫一寫。當然到更高年級的時候,還可以用數學建模的方法來尋求更多的答案。同學們,解決這個問題思維的突破口是小船回來時可以帶上必要的物品。根據這個思路,我們可以試著推理,簡記如下:

  去(人+羊),回(人),去(人+菜),回(人+羊),去(人+狼);回(人),去(人+羊),完成。

大家思考一下,第一步為什麼要先帶羊去對岸?能不能先帶白菜或狼?除了帶白菜去對岸換羊,還可以帶上狼去對岸換羊嗎?請您試著推理不同的過河方案吧。

地球有71%的面積是海洋。海洋是生命的搖籃,所有的生物,包括目前陸地上的生物都起源於海洋。《數學還是這麼有趣》有一個主題是《海洋中的數學寶藏》。那麼海洋中究竟有哪些數學寶藏呢? 

大海中有各式各樣的貝殼,貝殼不僅肉質細膩,味道鮮美,而且它擁有美麗的數學曲線——螺旋線。帶小室的鸚鵡螺和鸚鵡螺化石上的螺旋線都是等角螺旋線。鸚鵡螺在地球上經歷了數億年的演變,但它的外形和生活習性等變化卻非常小,因此鸚鵡螺還被稱為海洋中的活化石。最大的鸚鵡螺貝殼達到26.8釐米。

海洋生物的幾何形狀也豐富多彩,在沙錢身上,我們可以看到五邊形;在海星的尖端則會看到各種邊數的正多邊形;海膽的輪廓為球形;多面體的形狀在各种放射蟲的身上得到了很好的表現;海邊的礁石在千年波濤的拍擊下形成圓形或橢圓形的鵝卵石。

海洋生命中還經常出現黃金矩形和黃金比例。黃金矩形和黃金比例是形影不離的一對參數,比如沙錢身上錯綜複雜的五角星圖案中就蘊藏著黃金比例。帶小室的鸚鵡螺和其他貝殼生物上的黃金矩形更是一目了然。

海洋中我們還能發現許多鑲嵌套疊的圖案。魚身上各種各樣的魚鱗圖案就是鑲嵌體最好的例子。讓我們一起來欣賞金龍魚身上美麗的魚鱗鑲嵌圖案吧。

書中還有更多更好玩的主題呢,讓我們一起瀏覽一下這兩冊科普讀物的有趣主題吧。

彈球桌的數學原理

自然界的六邊形

數學與摺紙

達文西的幾何設計

斐波納契小遊戲

古炮彈與金字塔

古代西藏的魔方

數學與穆斯林藝術

「雙」莫比烏斯環帶

俄羅斯農夫的乘法問題

愛因斯坦隱藏了什麼

一個關於拴羊繩的問題

   ……

法國數學家亨利·龐加萊說:「數學不是為了研究而進行研究,而是為了應用而進行研究;喜歡研究是因為數學中有無窮的樂趣,是因為數學本身是一件極美妙的事兒。」

數學既古老又新穎,它與我們的日常生活和自然界有很多的關聯。學數學,不是只學公式,學會解題,更重要的是帶著數學的眼光看世界,帶著數學的思維思考這個美妙絕倫的世界,溝通數學與世界萬物的密切聯繫,融數學方法於故事之中,寓數學知識於生活趣味之中。從生活中來,您會發現原來數學這麼有趣;到生活中去,您會發現數學還是這麼有趣。

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