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ZT: 学数学 (曾国平)

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发表于 2010-4-12 22:55 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
儿子今年上小学四年级。由于他不让我在家教他数学,我只好将他送到一所中文学校上周末数学提高班啦。正好,他老师是一个心平气和的中国太太,和我也比较熟。教材是给新加坡六年级学生用的,比美国六年级的数学教材难很多。

一天,他拿来一道家庭作业让我帮忙。我习惯性地大叫一声:

“你怎么搞的?连这么简单的题都不会做啊。”

“那你试试看!”儿子反驳道。

我拿起那道题一看,发现它果然不简单:“一个正方形ABCD,边长为1。分别以C和D为圆心做单位园相交于正方形内的点E。试计算线段AD,弧形AE和DE所围图形的周长和面积。”

周长还好办,只要用对称性即可。面积可让我头疼啦,我左思右想也找不到一个比较简单的办法。最后,我不得不用初中平面几何和勾股定理的知识才找出了答案。另我吃惊的是,答案中有根号。于是,我赶紧给他老师打电话问究竟:

“这道题不适合小学生做。原因是答案中有根号,而小学生是根本不懂根号的。”

“你说得不错。已经有几位家长打电话来抱怨这道题太难,连他们都做不来呢。”她心平气和地回答说。

“这么难的题目以后还是少布置吧!”我笑着建议说。

“不行啊!要是题目太简单了,家长也会抱怨。”

“在美国做数学老师真难啊!”我深有体会地附和着她。

“班上有些小孩才上三年级,上我这门课很吃力。可是,他们的家长硬要逼着他们上啊。”

“这不是拔苗助长么?”我反问道。其实,我儿子本来也该上三年级的。

挂 掉电话后,我思绪万千。我住在德州一个大都会,华人有十几万。这儿的华人家长对数学和钢琴热情如火。他们自己的音乐细胞都不多,好像要从孩子身上补回来似 的。他们的数学细胞不少,好像要从孩子身上找出来似的。每次数学竞赛都像一次华人大聚会。小孩在里面轻松地比赛,家长们则站在外面紧张得拼命聊天。当宣布 成绩的时候,要是自己的小孩得了奖,平时不善亲待孩子的父母也会跑过去笨拙地亲着小孩。要是自己的小孩没有得奖,父母会拉着小孩赶紧溜掉,怕熟人问起来丢 人。

我不大敢带小孩去参加华人举办的数学竞赛。我太想让他们赢,偏又怕他们输。我对他们的期望太高,所以往往会失望。我平时讲究绅士 风度,从不对人发脾气。不过,一牵涉到数学,我就会变得粗鲁和粗暴。我一直想自己教两个小孩学数学,但效果都不大理想。要么小孩不听我的,要么我把他们骂 得大哭。我的口头禅是:“你们怎们这么笨啊?”我常常教训他们:“我象你们这么大的时候早就会做这种题啦。” 其实,我在给别人辅导数学的时候,脾气和态 度可好啦。也许是钱在作怪吧。教自己的小孩不但不赚钱,反而要赚气啊。也许是我的爱心不够吧。毕竟,我极少拥抱他们,也极少对他们说:“我爱你!”总之, 我一生无法跳出数学这个坎。数学是我一生的凤,数学是我一生的洞,数学是我一生的梦,数学是我一生的痛。

数学作为一种职业还是近代的事。随着十六世纪大专院校在欧洲的涌现,数学变成了一种高贵的职业。其实,早期的数学家很多都是业余的。他们大多是富家子弟,都喜欢玩弄比少女还纯洁的数学。

对 数的发明者约翰·纳皮尔(1550-1617)出身于英国一个贵族之家,是Merchiston城堡的第八代传人。他一生荣华富贵,未曾有过正式的职业。 他年轻的时候正值欧洲掀起宗教革命。他写了大量的文章攻击旧教(天主教),成了赫赫有名的神学家。当天主教的西班牙扬言要派无敌舰队攻打英国时,纳皮尔开 始研究兵器(包括炮、装甲马车、潜水艇等)。虽然在他的兵器制成以前,英国已把西班牙的无敌舰队击垮,他还是成了英雄人物。

他利用业 余时间研究数学,以发明对数运算而著称。那时,天文学家们做了很多的观察,需要算几个数的连乘,因此苦不堪言。1594年,他发明了对数方法,从而解决了 天文学家的难题,这让他在数学史上占据了很重要的一席之地。此外,他还发明了纳皮尔尺。这种尺子可以机械地进行数的乘除运算和求数的平方根。

费 马(1601-1665)堪称“业余数学家之王”。他出生在法国一个贵族家庭,上大学的时候选了当时最时髦的法律专业。他大学尚未毕业便买好了“律师”和 “参议员”的职位。毕业后,他很顺利地当上了图卢兹议会的议员。以后几年,他官运亨通,越做越大。然而,费马没有什么领导才能,其官场生涯没有什么突出政 绩。不过,费马从不利用职权向人们勒索、从不受贿、为人敦厚、公开廉明,赢得了人们的信任和称赞。

对费马来说,真正的事业是数学。他 通晓法语、意大利语、西班牙语、拉丁语和希腊语。语言方面的博学给费马的数学研究提供了语言工具和便利,使他有机会真正了解阿拉伯和意大利的代数以及古希 腊的数学。在数学上,费马不仅可以在数学王国里自由驰骋,而且还可以站在数学天地之外鸟瞰数学。

费马一生从未受过专门的数学教育,数学研究只不过是他的业余爱好罢了。然而,他是公认的有史以来十位最伟大的数学家之一。他是解析几何的发明者之一,概率论的主要创始人。他是数论的绝对权威,对于微积分的贡献仅次于牛顿、莱布尼茨。

1637 年,费马提出了著名的费马大定理:“不可能把一个整数的立方表示成两个立方的和,把一个四次方幂表示成两个四次方幂的和,一般地,不可能把任一个次数大于 2的方幂表示成两个同方幂的和。”他在一本书的下面作了批注:“这个定理的证明太简单以致我不想在此浪费笔墨去证它。”正是这个费马大定理让数学家整整忙 了350年才证明了它是对的。

德国数学家哥德巴赫(1690-1764)也是业余数学家。他曾在英国牛津大学学法学,后来对数学产生 了浓厚的兴趣。毕业后,他改做了中学数学老师,并利用业余时间研究数学。1729年至1764年,哥德巴赫与大数学家欧拉保持了长达三十五年的书信往来。 在1742年6月7日给欧拉的信中,哥德巴赫提出了如下猜想:

(a) 任何一个>=6之偶数,都可以表示成两个奇质数之和。

(b) 任何一个>=9之奇数,都可以表示成三个奇质数之和。这就是着名的哥德巴赫猜想。其中,(a)的简称为“1+1=2”。

欧 拉在6月30日给哥德巴赫的回信中说:“我相信这个猜想是正确的,但却不能证明它。”200年过去了,还是没有人能证明它。哥德巴赫猜想由此成为数学皇冠 上一颗可望不可及的“明珠”。人们对哥德巴赫猜想的热情经久不衰。世界上许许多多的数学工作者和数学爱好者做梦都在想证明它呢。

数学 奇才伽罗华于1811年诞生在拿破仑帝国时代,经历了波旁王朝的复辟时期,又赶上路易?腓力浦朝代初期。他从小就显示了杰出的数学才华,中学尚未毕业他就 写了一篇关于群论的论文,并提交给了法国科学院。审稿人是当时法国最杰出的数学家柯西。然而,柯西因为种种缘故将伽罗华的手稿弄丢了。1928年他中学毕 业后,进入了师范大学学数学。第二年,他写了一篇重要文章,并将手稿交给了法国科学院常任秘书傅立叶。然而,傅立叶收到伽罗华手稿后不久就去世了,因而伽 罗华的文章再次被遗失了。

在师范大学,伽罗华参加了当时最激进的的秘密组织“人民之友”,并发誓:“我愿意用自己的生命唤起人民的觉 醒。”他揭发了校长吉尼奥对法国七月革命政变的两面派行为,因而被开除了学籍。之后,他进一步积极参加政治活动。1831年5月l0日,伽罗华以“企图暗 杀国王”的罪名被捕。由于“人民之友”的解救,伽罗华被宣告无罪当场获释。同年7月,伽罗华组织参与了国庆示威,再次被抓进监狱。在监狱中,他度过了20 岁的生日。伽罗华一方面与官方进行不妥协的斗争,另一面还抓紧时间刻苦钻研数学。尽管牢房里条件很差,生活艰苦,他仍能静下心来在数学王国里思考。

l832 年3月16日,伽罗华再次获释了。不久,年轻气盛的伽罗华为了一个舞女,卷入了一场“爱情与荣誉”的决斗。伽罗华深知对手的枪法很好,自己难以摆脱死亡的 命运,所以连夜写好了遗言:“我请求我的爱国同胞们,我的朋友们,不要指责我不是为我的国家而死。我是作为一个不名誉的风骚女人和她的两个受骗者的牺牲品 而死的。我将在可耻的诽谤中结束我的生命。”

接着,他把自己生平的数学研究写成论文手稿。他几次在纸边空白处写上“我没有时间,我没 有时间。”他在黎明之前那最后几个小时写出的东西,足以让世世代代的数学家们忙上几百年。他不废吹灰之力就解开了那个折磨了数学家达几个世纪之久的谜:在 什么条件下代数方程是可解的。他开拓了一个崭新的数学理论“伽罗华群论”。作为这个理论的推论,可以得出五次以上一般代数方程根式不可解,以及用圆规、直 尺三等分任意角等结论。

1832年5月30日清晨,伽罗瓦在“决斗场”与他的对手相遇。伽罗瓦倒下了,肠子被射穿。伽罗瓦临死前,他 的弟弟流着泪赶到了。伽罗瓦努力安慰他的弟弟:“不要哭,”他说,“我需要我的全部勇气在20岁时死去。”他带着对数学的钟爱、对革命的憧憬、对女人的渴 慕离开了人世。他研究数学前后还不到五年,却足以跻身于有史以来十位最伟大的数学家之列。

在中国古代,数学属于旁门左道,所以研究数 学的人很少。《九章算术》是中国古代为数学发展做出的最杰出贡献。《九章算术》是中国古代数学专著,承先秦数学发展的源流,进入汉朝后又经许多学者的删补 才最后成书,这大约是公元一世纪的下半叶。它的出现,标志着中国古代数学体系的形成。

《九章算术》共收有 246个数学问题,分为九 章。分别是:方田、栗米、衰分、少广、商功、均输、盈不足、方程、勾股。《九章算术》在算术方面的主要成就有分数运算和比例问题;在几何方面的成就包括面 积和体积计算;在代数方面的成就主要有一次方程组解法、平方、立方、一般二次方程解法等。“方程”一章还在世界数学史上首次引入了负数及其加减法运算法 则。

中国古代对数学的另一贡献是关于圆周率的计算。三国时期,刘徽提出了计算圆周率的科学方法--“割圆术”。他用圆内接正多边形的 周长来逼近圆周长。刘徽计算到圆内接96边形,求得π=3.14,并指出:内接正多边形的边数越多,所求得的π值越精确。祖冲之(公元429-500年) 在刘徽的基础上,经过刻苦钻研,反复演算,求出π在3.1415926与3.1415927之间。

中国古代对数学的贡献还有中国剩余定理。公元前后的《孙子算经》中有“物不知数”问题:“今有物不知其数,三三数之余二,五五数之余三,七七数之余二,问物几何?”答为“23”。明代数学家程大位在其《算法统宗》里用口诀:

三人同行七十稀,五树梅花廿一只。

七子团圆月正半,除百零五便得知。

这个口诀的意思是:把用3除所得的余数乘以70,加上用5除所得的余数乘以21,再加上用7除所得的余数乘以15,结果若是比105大,就减去105的倍数,便得所求的数。

然而,号称中国古代第五大发明的的科举考试从来就不考数学。科举考试从隋代开始建立,直到清末才废除,历经一千三百多年。没有数学,中国照样发展,唐朝的中国更是世界上最发达的国家。

中 国对数学的顶膜崇拜只是30几年前的事。那时,中国刚结束十年动乱,刚恢复高考。中国发现自己在科技方面远远落后于西方国家,想迎头赶上,最佳突破口就是 数学。数学不需要资金,不需要设备和仪器,更不需要实验室,只要一支笔、一张纸即可。那时,中国媒体大树宣传数学家华罗庚、陈景论、杨乐,张广厚,苏步 青、谷超豪、潘承洞、王元等。徐迟的报告文学《哥德巴赫猜想》更是将数学推到了顶峰。一时间,陈景润在中国变得家喻户晓。大家奔走相告“陈景润啃着干馒 头,证着一加一等于二,草稿纸都堆成了一座山。”陈景润这种刻苦钻研数学的精神激励了无数热血青年学数学。之后不久,从江西赣州又传来了数学神童宁泊打着 手电躲在被窝里学数学的佳话。数学一下子变成了第一热门。

中国国内现在仍然崇尚数学,从小学开始就有各种各样的数学培训班和数学竞 赛。其中,难度最大的比赛要数“小学奥林匹克数学竞赛”,简称奥数。市面上各种各样的奥数复习书籍让家长直恨自己出生太晚了。有一次,记者拿着一道奥数题 “问1、2、3、2、3、4、3、4、5、4、5、6……前500个数的和是多少?”去问菲尔茨奖(数学界的诺贝尔奖)得主安德烈·奥昆科夫,竟然难倒了 这位世界著名的数学家。这位数学大师说他从来没上过奥数,也不理解中国小学生拼命学奥数的做法。他认为那些太难、太刁钻的题目,很可能伤害了孩子们学习数 学的兴趣。

无独有偶,世界著名数学家、美国哈佛大学数学教授丘成桐也反对奥数。这位获得过菲尔滋奖的华人数学家这样评价奥数:“奥数 题都是事先有答案的题目,只不过让学生钻更多的套去找到那个答案,这没多大意义。真正有价值的,是从没有答案的现实中发现问题,然后运用数学知识去解决问 题。”丘教授在浙江主办了一个新型的数学竞赛,要求学生组成研究小组,自己到生活中去发现问题,然后用学过的数学知识来解决它。这种没有现成答案的竞赛方 法,就与奥数竞赛完全不同,实际上是让学生学会提出问题和解决问题的科研方法。

其实,美国的数学竞赛名目也很繁多。美国小学也有奥 数,初中有Math Count,高中则有AMC10,AMC12,等等。美国的小学奥数有些题目也能难倒大数学家,比如这道题:“将27个单位正方体胶 在一起组成一个边长为3的大正方体,再从上往下、从左往右、从前往后各挖掉中间那个小正方体。如果你将这个被挖心的大正方体泡到一个漆桶,问:总共有多少 表面积被油上了漆?”不过,美国很少办培训班,也鲜见复习书籍。美国一切顺其自然,一切依着小孩的兴趣,家长极少逼小孩参加数学比赛。美国人普遍不爱数 学,不少有识之士都在为美国的数学危机而担忧。前联储主席格林斯潘曾经有一番惊人的论断:“美国时下的经济危机其根源是美国人的数学太差。”然而,当今世 界上一流数学家大都是美国人。

笔者以为,在美国小孩要学好数学需要天分、兴趣、勤奋三个要素。其实,这三个要素是相辅相成的。小孩有 数学天分,就会对数学感兴趣。小孩对数学感兴趣,就会勤奋学数学。小孩越勤奋学数学,对数学的兴趣就会越浓,学起来也就会越容易。在美国,我们既不能逼小 孩学数学,因为逼得太紧会使小孩厌烦数学。我们也不能放任小孩不学数学,因为小孩的天性都很懒。另外,我们不能让小孩越太多的级学数学,那样会让小孩对数 学消化不良,时间长了容易学东忘西的。一般来说,越一至二级足够了,除非你小孩真是数学神童。再说,华人弟子有相当一部分将来要学医学和法律,花大量的时 间学数学简直就是浪费。

那么,在美国的中国家长究竟应该怎样对待数学呢?笔者以为,“三励法则”可助我们过关。我们应该像美国家长学 习,多鼓励小孩。不管小孩做对了还是做错了数学题,我们都应该为他们喝彩叫好。毕竟,用来鼓励的话语都是免费的。小孩受到了鼓励就会对数学感兴趣、有信 心。我们也应该多奖励小孩做数学。既然小孩不可避免地要玩电脑,何不将玩电脑作为一种对学数学的奖励办法呢?小孩玩了一会电脑,过了一把瘾,做起数学来也 就更带劲。最后,我们应该多激励小孩学数学,告诉小孩勤奋比天分更重要。牛顿小时候并不是数学神童,但他很勤奋,发明了微积分。这样的例子还有很多很多。

愿你的小孩数学学得更轻松、更快乐!
2#
发表于 2010-4-13 21:46 | 只看该作者
开始看到文章里数学老师出的那道数学题,感觉很熟悉,但是后来才发祥,要比我带领学生们做的那道题难多了。有兴趣的家长可以试试。把原题里“分别以CD为圆心做单位圆”改为“分别以AC为圆心,或者以BD为圆心(即以对角线上的2点为圆心)”,当然,这样一改正方形内就不会有交点E,原题里的其他条件和问题不变。

改过的题目要变的简单多了,答案中也不会出现根号。但是从出题目的角度来看,所要考察学生数学能的具体方面也不同了。即使是改过的题目,本地中学23年级的学生(89年级),能够做出来的还是很少。

大家都承认数学是基础学科。数学成绩的高低,会影响到学生在预科和大学中选择专业。华人家庭对数学的重视程度更是严重,而且家长普遍都有很强的辅导能力,“中考”也有很多学生是靠数学成绩考上名牌中学的。

美国我们不知道,身边就有这样的例子。我有一个学生就是这样,考上Jean-Edues时数学满分,校长还特意邀请了家长表示重视。可是上了中学之后数学成绩就一直下滑到及格的边缘,我是去年接触到这个学生的,后来勉强维持到接近90分的成绩,后来我离开学校,原来的学校给他换了一个老师,2个月的时间里成绩又会到了及格边缘。

中考生的家长是要注意这一点的,学生不是考完中考就没事了,中学的课程和小学是完全不同的。中考补习一下可能考上好中学,但是到了中学以后,最好是跟进学校教学内容。在中学生中补习数学的学生是比较多的,即使是西人家庭也不例外选择在学校内补习数学。

“奥数”的部分好像也只有中国人才热衷,华人多的地方也不例外。其实蒙特利尔的家长根本没有特别在意“奥数”,多伦多就大不一样了,“奥数”班还是很红火的。我个人认为“奥数”班没有设麽不好,但是“奥数”班低龄化就比较奇怪了。国内是因为“奥数”比赛成绩可以“加分”升学;但是在加拿大,至少魁省据我所知没有这样的“规定”,只是“考虑优先录取”。实打实的“加分”和“考虑优先录取”区别还是很大的。

这里的数学竞赛普遍还远远没有达到“奥数”的水平,华人主办的竞赛要难一些。像是前面的“原题目”是“奥数”题,改过之后就是竞赛题了。比较大型的全国性和地区性数学竞赛,很多中学都会组织学生集体参加,学校没有组织,学生也可以通过很多方式参与。全国性的数学竞赛会分多个年级,同年级下也还会分多个不同的层级,题目的难度相差很多。我是觉得这样的做法很好,能够吸引学生参与,保持学生对学习数学的兴趣。

接触的学生多了,我反而觉得这里的数学题目更加有趣,更加贴近生活,不是简单的考察学生的运算能力。题目大多是“project”的形式,中间综合考察多项内容。而且这样“project”式的题目也更适合我们这些补习老师的灵活运用,比如去掉一些“已知条件”就可以改变题目的难度,考察学生新的知识点;加上一些“已知条件”就又可以变化出更多内容,我个人“乐此不疲”。

我注意到这里的孩子学习数学有几个不好的习惯,希望家长注意。依赖使用计算器,而且计算器还用那种带“programme”的计算器,算什么都用;这里的老师向国内给学生总结归纳知识点,重点和考点,但是学生自己应该养成归纳总结的习惯,笔记也应该认真记录。

电脑里存了2个大型数学竞赛的网站,有的上面可以找到历年来各层级的竞赛原题,还有答案。可以给孩子试试。如果孩子真有这方面的兴趣在去找学校和老师培养。

http://cemc.math.uwaterloo.ca/index.html

http://cyberquebec.ca/_layout/?uri=http://cyberquebec.ca/optimath/

还要谢谢文章中写到了那么多数学历史,真实很长见识。
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