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文化結構由物質文化和精神文化組成。由于一定的社會制度是一定的物質基礎上產生的,要受到一定的精神文化制約,因而可將文化結構分成三個層面:“這就是物質文化,制度文化和精神文化”①。數學在建立發展過程中,受到了物質文化、制度文化、精神文化的影響及制約。
東方中國的古代文化的經濟基礎基本上是農業經濟。這種情況決定古代中國的物質文化是農業文化。中國古代數學也與農業經濟有著密切的關系?!毒耪滤阈g》是中國最古老的經典著作,書有九章,包含246個問題。都和農業生產有關,九章分別是方田(土地測量)、粟米(百分法和比例)、衰分(比例分配)、少廣(減少寬度)、商功(工程審議)、均輸(征稅)、盈不足(過剩與不足)、方程(列表計算的方法)、勾股(直角三角形)。這些問題都是用來解決農田的測量、粟米的稱量,農業水利工程的測算等。《五曹算經》是一部為地方行政人員所寫的應用算術,全書五卷,有田曹、兵曹、集曹、倉曹、金曹五個部分。田曹卷的主題是田地面積的量法;兵曹算術大都是軍隊的給養問題;集曹問題和《九章算術》粟米章問題相仿;倉曹解決糧食的征收、運輸和儲藏問題;金曹問題以絲絹、錢幣等物資為對象,是簡單的比例問題。我國古代大數學家劉徽到祖沖之、祖沖之研究圓周率和圓面積的輝煌成就中,都深深地打著農業經濟的印記。農業的交通工具主要是車,車輪是否圓,不僅和車輛行駛中的平穩狀況有關,而且還和省力有關,因而農業經濟的需要使得我國圓周率的研究在世界數學中占有相當的地位。過去,農業的顯著特點是靠天吃飯,天文、節氣的測算是農業生產的需要,在中國,古代天文測算的成果是相當輝煌的,“東漢末年天文學家劉洪造乾象歷法(公元206年),創立了推算定朔、定望時刻的公式”。“隋朝天文學家劉焯在他的杰作《皇極歷》(公元600年)中創立了一個推算日、月、五星行度的比以前更加精密的公式”②。天文學的發展推動了數學的發展。解一次同余式就是由天文測算開始的。天文數學的發展除了物質文化的需要,還受到制度文化的要求,中國數學的重要性在于它與歷法有關,“在《疇人傳》中很難找到一個數學家不受詔參與或幫助他那個時代的歷法革新工作?!雹鄢酥袊糯<皵祵W的建立基礎也是農業的需要。埃及幾何學的起源被史學家們歸因于泥羅河泛濫后土地的重新測量;巴比倫的數學起源也是如此,尤其是巴比倫數學的60進位制來自于天文學;印度數學和占星術有關,而占星術又和農業及宗教有關。
東方數學的建立比西方要早,但東方的數學在理論化的道路上行動遲緩。原因何在呢?自給自足的自然經濟的生產力狀況決定的生產力關系是以家族為中心、以血緣關系為紐帶的宗法等級關系,社會制度是宗法等級制度。自給自足的自然經濟中分散的家族和農民需要有高高在上、君臨一切的中央集權的君主專制制度的統治。在這種社會制度的影響和作用下,形成中國古代穩定的上下尊卑等級秩序的文化心理。主要特點是靜態的、和解的、自然的、消極的心理特點。造成安于現狀的生活方式、工作方式、管理方式。思想僵化、調和持中,這種文化心理使得數學只停留在實用上。沒有就數學而數學,使數學自身的規律沒有得到完善。“在古代東方的全部數學中甚至找不到一個我們今天稱之為‘證明’的例子,代替論證的只有程序的描述,所講授的內容只是‘如此這般地做’,而且也不是以一般規則的形式提出來,只不過是在一系列特殊情況下的應用方法?!雹苓@段話雖有失偏頗,但也道出中國古代數學的特征。在中國數學的發展史上曾出現了劉徽、墨子、惠施等天才的數學家,但他們的數學研究和成就不能和西方的阿基米得、歐幾里德相比較。這主要是我國古代數學的理論研究不受重視所致。漢王朝建立以后的“重農抑商”政策使數學研究受不到貿易的誘惑。農業經濟的財富有限和填飽肚子的生活狀況,不允許人們的思想向實用以外的地方延伸;隋朝開始的科舉制度也扼殺了大批在數學研究上具有不凡才華的人。在科舉制度中數學不是要考的課程,為“學而優則仕”而奮斗的人們,自然不會將數學當作主修課程來學習。另外,農業經濟的貧困使得沒有多少人來學文化,學數學的人自然更少。在這種情況下,中國古代數學的許多成就只處在應用和描述過程階段,沒有提高到抽象的、系統的理論階段,從而使數學的發展和升華受到限制,象“勾股定理”、“圓周率”這些值得中國人驕傲的數學成就,沒有造成相應的數學的轟動效應。“勾股定理”在我國商高的時代就應用比西方的畢達哥拉斯發現早600年,但由于我們沒有給出嚴格的數學證明,這個定理在現在還認為是畢氏的成果,稱為“畢氏定理”。墨子的極限理論也沒有引起足夠的重視,后來西方數學傳入我國時才知西方極限思想和黑子的思想是一致的?!爸剞r抑商”的文化傳統的價值觀具有明顯的倫理性。小農經濟的自給自足的環境不需進行商品交換(至少不需要太多的貨幣介入)。生產中占支配地位的是使用價值,人們關心的是使用價值而不是價值,以不言利為榮,“重義輕利”的思想滲透到人們的思想深處。數學的應用只局限于分配環節中。而在復雜的流通和交換領域中數學沒有機會“施展才華”。多農少商沒有足夠的財富供人們享受,財產的有限性限制了人們的探險精神和“想入非非”,從而限制了數學向理性的發展。
在西方,小亞西亞海岸新興的商業城市、希臘本土、西西里島和意大利海濱,由于海上貿易和戰爭的刺激使得人們的思想活躍,商品貿易發達,對計算要求的提高,財富的增加使人們有更多的時間從事“非實用”的理論研究。古代東方靜態的觀點和西方動態的觀點不一樣,表現在數學上唯理論的氣氛濃厚起來。人們不但要知其“然”,而且要知其“所以然”。不但要問“什么”,而且要問“為什么”,要解決“所以然”和“為什么”。古代東方的以實踐和經驗為根據的方法就顯得“無能為力”和“后勁不足”。為了知道“所以然”和“為什么”,就得在數學的證明方法上作一定的努力,在這樣的文化氛圍中現代意義上的數學產生了。東方的幾何學只為測量提供方法,而證明的幾何學是由公元6世紀前半期米利都的泰勒斯開創的。泰勒斯不是農業經濟中的“耕夫”,而是一個商人,他在經商過程中積累了足夠的財富后,在后半生從事研究和旅行。他在幾何學中的主要成果有“圓被任一直徑二等分”,“等腰三角形的兩底角相等”、“兩條直線相交對頂角相等”,“兩個三角形,有兩個角和一條邊對應相等,則全等”、“內接與半圓的角必為直角”等⑤。這些成果的意義不在于斷言的本身,而是提供了一些邏輯推理(象他的第五個問題巴比倫比他早知道近1400年,但沒有形成嚴格的證明)。使得數學被推向抽象、系統化軌道的還有畢達哥拉斯、柏拉圖以及他們的繼承者形成的畢氏學派和柏氏學派。由于商業的發達、財富的增長,使得人們旅行的欲望越來越高,而旅行和游動的生活方式給數學的發展提供了機遇。前面提到的泰勒斯的后半生就是在旅行和數學研究中渡過的,“他有一段時間住在埃及”⑥。畢達哥拉斯也有旅行和流動生活的經歷?!八诎<熬幼×?2年,從埃及神廟的祭司那里了解了古埃及有關數學、天文方面的知識……回國后,又前往希臘的移民地阿佩寧半島的克羅托納城定居”⑦。從這兩位數學大師的經歷看,不能不說旅游這種文化活動給數學的發展提供了條件。商業貿易的發展,可誘導戰爭的爆發,戰爭不僅給侵略者掠奪來物質財富,而且也帶來了許多精神財富,其中就有數學成就。公元前334年,馬其頓國王亞歷山大領兵進入埃及,不久揮師東進,橫掃了波斯帝國的軍隊,到了印度河西岸,建立起龐大的亞歷山大帝國和亞歷山大城,這個城市的建設主要著眼于文化科學設施的建設,吸引了大量的人才,不久就成為當時世界科學文化的名城,歐幾里德就是在這個環境中熏陶和成熟起來的偉大的數學家。他對數學寶庫的貢獻是《幾何原本》。他的幾何和東方幾何的不同之處是,不僅從應用的角度來談,而是就幾何而幾何的角度加以研究,運用邏輯推理來證明命題的真偽。而且用幾何的方法來解決代數方程。他的著作中的許多公理、定理和定義除了適應當時的經驗外,還具有普遍的意義。阿基米得也是當時偉大的數學家,他采用窮竭法來求圓的周長和直徑的比值,其指導思想和我國劉徽的計算圓周率的思想是一致的,但不同之點是“劉徽是從圓內接正多邊形著手,而阿基米得不僅從圓內接正多邊形著手、還從外切正多邊形這個角度進行計算”⑧。這就體現出西方數學家多方位的思維方式。另外,阿基米得在研究圓的同時,還研究了球和圓柱的問題,他在《論錐形體和球形體》中使用了近似于現代數學的方法。他的工作不僅涉及到具有很大應用價值的數學問題,而且提出了許多明確的數學概念,在這一點上要比東方數學先進。商業貿易具有一定的風險性、尤其是遠航貿易。這種背景下產生了保除業。而保險的興起又促使了概率論的產生和發展。雖然刺激概率論的是賭博,但起源是商業文化。即使是賭博也是產生于發達的商業文化城??梢姡瑬|西方傳統文化不僅影響到不同的數學分支和范圍,而且在同一數學問題上所體現的解決問題的方法也不同,表述的形式、研究的動機也存在差異。再來看一個事實,《周易》及先天圖二分法與菜布尼茲的二進制,兩者一個講對分,一個講進位。但都“用兩個符號表示無限的事物或數學其客觀存在的排列法則,決定了先天圖與二進制算術的一致”⑧。二進制和先天圖沒有關系,這是不同時代的東西方數學家,在完全不同的社會背景下的產物,其一致性是令人吃驚的,但思想方法卻完全不同。二進制是在西方傳統文化中歐洲科學發展的基礎上產生的,是有意識地運用十進制知識而創造的一種計數方法。二分圖是《周易》眾多象數體系中的一個,其中有合理的因素。但其動機不免有些封建意識的糟粕,因為它不是依靠科學的依據推出來的。
總之,東西方傳統文化的不同,造成了東西方數學上的差異。東方是數學原始的發祥地,但其發展和科學化、理性化的功勞基本上歸于西方。
參考文獻:
①張立文等《傳統文化與現代化》,中國人民大學出版社。
②錢寶琮《中國數學史》,科學出版社。
③(英)李約瑟《中國科學技術史》,科學出版社。
④⑤⑥(美)H·伊夫斯《數學史概論》,山西人民出版社。
一、加強函數概念的教學
函數是中學數學中的重要概念.它既是從客觀現實中抽象出來的,又超越了千變萬化的客體的個性,其內涵極為深刻,外延又極為廣泛.所以它既是重點,又是難點.教學時,教師應采取以下有效的措施:
1.注意早期滲透
事實上,函數觀念的培養在小學已經開始了.進入中學,隨著代數式、方程的研究已滲透了這一觀念.例如,含有一個字母的代數式,就可看作它所含字母的函數.這是因為,含有一個字母的代數式的值,是由這個字母所取的值唯一確定的,它符合函數的定義.因此,在代數式的教學中,要有意識地滲透函數的概念.
2.注重概念的引入
為引入函數概念,課本上講了四個例子,教師可根據學生的實際再增加一些例子.對每個例子都要進行分析,揭示它們的共同特性:
(1)問題中所研究的兩個變量是互相聯系的;
(2)其中一個變量變化時,另一個變量也隨著發生變化;
(3)對第一個變量在某一范圍內的每一個確定的值,第二個變量都有唯一確定的值與它對應.
3.準確理解定義
課本中函數的定義包含著三層意思:
(1)“x在某一范圍內的每一個確定的值”,是說自變量是在某一范圍內變化的,它揭示了自變量的取值范圍;
(2)“y都有唯一確定的值和它對應”,它既揭示了所研究的函數是單值函數,又反映了兩個變量間有著一個相互依存的關系,即函數的對應法則;
(3)誰是誰的函數要搞清.定義中說的是“y是x的函數”.
4.不斷深化概念
在幾類具體函數的研究過程中,要注重把所得的具體函數與函數的定義進行對照,使學生進一步加深對函數概念的理解.
二、強化函數性質的應用
不同的函數有不同的特性,探求并掌握一個新函數的性質是我們追求的目標.在掌握函數性質的同時,要注重強化學生應用函數性質的意識.應用函數性質時還應注意以下兩點:
1.借助函數解題
我們知道,代數式、方程、不等式與函數有著密切的關系,因此可構造函數,利用函數的性質解決有關的問題.例如構造二次函數研究一元二次方程根的分布問題、解一元二次不等式等.
2.利用函數解決實際問題
利用函數知識解實際問題是近幾年中考出題的熱點.這類題目可以培養學生綜合運用知識的能力,增強學生用數學的意識.但教材中這類題目設計得較少,應根據學生的實際補充一定的例題或習題.
三、加強數學思想方法的教學
新大綱把數學思想方法納入數學基礎知識的范疇,因此要加強數學思想方法的教學.函數這一章主要體現了以下思想或方法:
配方法.這一方法要求所有的學生都要掌握.
一、抓住重點、突出重點
重點確立后,要通過每個教學環節和教學手段,象眾星捧月般地把它加以突出,即常說的“突出重點”。也就是抓住主要問題講課。如高中數學三角函數在各象限內的符號一節,依次出現了三個內容:①確定三角函數的符號;②三角函數的特殊值;③終邊相同的角的同名三角函數值相等。而確定三角函數的符號是這節教材的重點,這要分別做出四個象限的角,從三角函數的定義式出發,先分析正弦、余弦、正切在各象限中的符號,再用余割、正割、余切分別是上述三個三角函數的倒數而分別對號成組(共三組),而特殊值與終邊相同的角的同名三角函數值相等兩個問題也就迎刃而解了。
二、分散難點、突破難點
難點就是難于理解或難于掌握的內容,或較抽象、或較復雜,難點與重點,有時兼備,有時不同。難,包括學生難學和教師難教,由于學生難學致使教師難教,若教法不當,則學無成效,教與學相互制約、相互影響。確定難點,要著眼于多方面,不能單憑主觀臆斷。突破難點,更為艱辛,要師生密切合作,協同作戰,方可破之。突破難點要注重兩點,一要把難點講清,教師要由淺入深,由易到難,循序展現,把知識的內在規律,清晰地交給學生,讓學生了解知識的來龍去脈,化難為易,步步相扣;二是把難點分化成若干個小問題,分散難點,各個突破。
三、尋找弱點、除掉弱點