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按“四基”的要求编写数学教材

时间:2022-03-20 10:09:53 浏览次数:

总结为“还可以这样想……”

这里,只是把抽屉原理当作一个“问题解决”的个别例题进行呈现,因而马上给出答案。最不妥的是把穷举各种情况作为论证的基础。然而,抽屉原理并不是靠穷举各种情况再加以归纳出来的。恰恰相反,学习抽屉原理的意义在于丢开穷举检验,诉诸逻辑论证。

图1

现在,我们不妨将上述教材的呈现顺序反过来,按照“四基“的要求进行教材设计。

标题:抽屉原理

●把4个苹果放到3个抽屉里,会不会有一个抽屉里至少有2个苹果呢?

●小胖说:“我来放放看。”

●小明说:“不必一个个地放苹果,我也能断定,总有某一个抽屉里至少有2个苹果。”

●为什么呢?

●因为苹果比抽屉多一个。如果每一个抽屉里都只放1个苹果,最多放3个。那么一定多出来1个苹果。现在还要把它放到某一个抽屉里去,那么那一个抽屉就会有2个苹果了。

●小胖说:“是的,我把各种情况都摆出来了。小明的判断是对的。”

●归纳:把N个苹果放到M个抽屉里(N>M),那么一定存在某一个抽屉中至少有2个苹果。

以上的设计,突出原理的普适性,彰显逻辑推理数学方法的理性价值。

接下来,还可以进行以下的数学活动。

标题:数学活动

活动1:现在有102个苹果,要放到100个抽屉里,试问是不是一定在某个抽屉里有2个以上的苹果?来得及把所有情况都摆出来吗?怎样论证你的结论?你知道是哪一个抽屉里的苹果数大于2吗?能不能肯定该抽屉里恰好有2个苹果?

活动2:某学校有400名学生,问是否会有两个学生同一天过生日?

(分组讨论,汇报总结)[ 这是教材里的一个练习, 不妨作为课堂活动让学生讨论研究。]

这是一项非常重要的基本数学活动。事实上,活动1呈现的情况可以是成千上万的,根本无法摆完全,但是,运用抽象的演绎推理可以得出绝对肯定的结论。后面两个问题,是要说明抽屉原理是纯粹的存在性定理,只知其中有一个抽屉里至少有2个苹果,却不知道究竟是哪一个抽屉。也只知道某抽屉里的苹果数至少是2,却不能肯定究竟是几个?也许102 个苹果都放在某一个抽屉里呢!活动2是一个看起来无法回答的问题,却给出了绝对正确的答案。理性的力量令人震撼。积累这样的数学活动经验,并将之内化为一种数学思想方法,学生将终身受用。

某教材的第二页,出现了5本书放到两个抽屉的情形(图2),并引申到了7本、9本的情形。这是否有必要?放入练习如何?遗憾的是,教材呈现的情形越来越复杂,却没有展现每章蕴含的数学思想方法,制作极端情形。虽然教材的内容不可能包罗万象、面面俱到,但也不能把落实“四基”的任务统统推给任课教师。教材应该首先垂范才是。

图2

以下让我们来进行一些现代数学的注释,也许可以写入教学参考资料,供教学参考。

1.关于数学中的存在性定理和构造性定理

数学中有许多存在性的命题。它能肯定一些对象的存在,却不能具体地构造出来。最著名的是高斯首先证明的代数基本定理:在复数域内,任意单变元的N次代数方程,必有N 个根。但定理只是断言根的存在,却没有指出具体的根是什么。另一种问题则不同,比如鸡兔同笼这样的命题,不仅知道此问题一定有解,而且按照一定的方法,可以把解具体地求出来,即“构造”出来。这一类命题称为构造性的命题。中国古代数学,擅长构造性数学,善于用机械化的算法,将问题的解构造性地算出来。

2. 关于存在性数学命题的人文意境

存在性定理最美丽动人的描述,可以在中国古典诗词中获得。小学语文教材里收有贾岛的诗作《寻隐者不遇》,其中写道:

松下问童子,言师采药去。

只在此山中 云深不知处。

诗句肯定药师必定在山中,但是云深不知处。如果我们的教材里,引用这首小诗,是不是有助于对存在性命题的理解呢?是否有助于中华文化和西方数学的融合呢?教材能不能有一点创新呢?

3.初步接触逻辑量词

20世纪以来,数理逻辑迅猛发展。其中使用了两个逻辑量词,对数学教学的影响巨大。它们是:全称量词“任意一个”(传统符号是,它倒过来的字母是 A),表示单词 “all(每一个)”;存在量词的相应的符号是 ,它是反过来的字母 E,表示单词“exists(存在一个)”。抽屉原理要用到存在量词 。教材里有“总有一个“的词语,其实就是说“存在某一个”抽屉如何如何。为了传达量词的真意,和后续课程接轨,建议多用“存在某一个”的说法。存在量词的否定形式就是“全称量词”。事实上,“不存在某一个……”就意味着“任意一个都不……”这在中学数学和高等数学里使用非常频繁。

(华东师范大学数学系 200241)

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