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第19章 数学教学的趣味运用推荐(13)

霍克经过观察,发现罗吉最喜欢吃葡萄果。于是他在几只晶莹透明的有机玻璃块里,分别镶进去一个葡萄果。罗吉看到这些新鲜美味的葡萄果,急于要吃,霍克就利用这种形势,做出某种手势或发出某种口令,罗吉就根据这些指令取出相应数目的玻璃块。

经过苦心训练,罗吉终于能完成1至5的数数动作。有趣的是,和小狗识数一样,罗吉有时也有失误,但一经主人提示,它就能马上改正过来。

随着浣熊的接受信息并产生熟练的动作以后,霍克又将玻璃块里面的葡萄果换成小玩具,浣熊能够完成上述动作。这说明浣熊的接受能力已从葡萄果这种特殊的事物扩大到较一般的事物了。

这样,是不是可以说,浣熊对1~5的数字概念是明白的。不过,当数字超过5时,罗吉就无能为力了。动物学家认为,浣熊的平时活动,并不考虑“数目”,它和其它动物一样,一切行动都是本能的。

84.一个弹子的游戏

“你们自己来,但每人只拿12个,”吉姆一边说着一边从盒子里摸出了一打弹子,“我们这里绿色的弹子比蓝色的少,而蓝色的弹子又比红色的少。所以大家拿的时候,每人红的要拿最多,绿的要拿最少。但每种颜色都要拿!”

吉姆自己这样做后,其他的男孩也都照着做。这里总共只有三种颜色的弹子,而且盒子里弹子的数量也刚好够大家拿。

“我们大伙拿法全都不一样!”乔观察了一下大家拿出的弹子说道。“只有我有四个蓝的!”

“那又怎么样?”皮特发现自己在地下掉了一个绿色的弹子,于是把它捡了起来,“让我们玩吧!”

于是他们开始玩起弹子的游戏。

这里总共有26个红色的弹子。

试问这里有多少个男孩呢?

85.动物中的数学“天才”

蜜蜂蜂房是严格的六角柱状体,它的一端是平整的六角形开口,另一端是封闭的六角菱锥形的底,由三个相同的菱形组成。组成底盘的菱形的钝角为109度28分,所有的锐角为70度32分,这样既坚固又省料。蜂房的巢壁厚0.073毫米,误差极小。

丹顶鹤总是成群结队迁飞,而且排成“人”字形。“人”字形的角度是110度。更精确地计算还表明“人”字形夹角的一半——即每边与鹤群前进方向的夹角为54度44分8秒!而金刚石结晶体的角度正好也是54度44分8秒!是巧合还是某种大自然的“默契”?

蜘蛛结的“八卦”形网,是既复杂又美丽的八角形几何图案,人们即使用直尺的圆规也很难画出像蜘蛛网那样匀称的图案。

冬天,猫睡觉时总是把身体抱成一个球形,这其间也有数学,因为球形使身体的表面积最小,从而散发的热量也最少。

真正的数学“天才”是珊瑚虫。珊瑚虫在自己的身上记下“日历”,它们每年在自己的体壁上“刻画”出365条斑纹,显然是一天“画”一条。奇怪的是,古生物学家发现3亿5千万年前的珊瑚虫每年“画”出400幅“水彩画”。天文学家告诉我们,当时地球一天仅21.9小时,一年不是365天,而是400天。

86.美妙的数学

长期以来,一个令人困惑的现象是:一些同学视数学如畏途,兴趣淡漠,导致数学成绩普遍低于其他学科。这使一些教师、家长乃至专家、学者大伤脑筋!“兴趣是最好的老师。”对任何事物,只有有了兴趣,才能产生学习钻研的动机。兴趣是打开科学大门的钥匙。对数学不感兴趣的根本原因是没有体会到蕴含于数学之中的奇趣和美妙。一个美学家说:“美,只要人感受到它,它就存在,不被人感受到,它就不存在。”对数学的认识也是这样。有人说:“数学真枯燥,十个数字来回转,加、减、乘、除反复用,真乏味!”有人却说:“数学真美好,十个数字颠来倒,变化无穷最奇妙!”认为枯燥,是对数学的误解;感到了兴趣,才能体会到数学的奥妙。其实,数学确实是个最富有魅力的学科。它所蕴含的美妙和奇趣,是其他任何学科都不能相比的。尽管语文的优美词语能令人陶醉,历史的悲壮故事能使人振奋,然而,数学的逻辑力量却可以使任何金刚大汉为之折服,数学的浓厚趣味能使任何年龄的人们为之倾倒!茫茫宇宙,浩浩江河,哪一种事物能脱离数和形而存在?是数、形的有机结合,才有这奇奇妙妙千姿百态的大千世界。数学的美,质朴,深沉,令人赏心悦目;数学的妙,鬼斧神工,令人拍案叫绝!数学的趣,醇浓如酒,令人神魂颠倒。因为它美,才更有趣;因为它有趣,才更显得美。美和趣的和谐结合,便出现了种种奇妙。这也许正是历史上许许多多的科学家、艺术家,同时也钟情于数学的原因吧!数学以它美的形象,趣的魅力,吸引着古往今来千千万万痴迷的追求者。

一、数学的趣味美

数学是思维的体操。思维触角的每一次延伸,都开辟了一个新的天地。数学的趣味美,体现于它奇妙无穷的变幻,而这种变幻是其他学科望尘莫及的。揭开了隐藏于数学迷宫的奇异数、对称数、完全数、魔术数的面纱,令人惊诧;观看了数字波涛、数字漩涡令人感叹!一个个数字,非但毫不枯燥,却生机勃勃,鲜活亮丽!根据法则、规律,运用严密的逻辑推理演化出的各种神机妙算、数学游戏,是数学趣味性的集中体现,显示了数学思维的出神入化!各种变化多端的奇妙图形,赏心悦目;各种扑朔迷离的符形数谜,牵魂系梦;图形式题的巧解妙算,启人心扉,令人赞叹!魔幻迷题,运用科学思维,“弹子会告密”、“卡片能说话”,能知你姓氏,知你出生年月,甚至能窥见你脑中所想,心中所思,真是奇趣玄妙,鬼斧神工。面对这样一些饶有兴味的问题,怎能说数学枯燥乏味呢?

二、数学的形象美

黑格尔说:“美只能在形象中出现。”谈到形象美,一些人便联想到文学、艺术,如影视、雕塑、绘画等等。似乎数学中的数与形只是抽象的孪生兄弟。其实不然。数学是研究数与形的科学,数形的有机结合,组成了万事万物的绚丽画面。

数字美:阿拉伯数字的本身便有着极美的形象:1字像小棒,2字像小鸭,3字像耳朵,4字像小旗。瞧,多么生动。

符号美:“=”(等于号)两条同样长短的平行线,表达了运算结果的唯一性,体现了数学科学的清晰与精确。

“≈”(约等于号)是等于号的变形,表达了两种量间的联系性,体现了数学科学的模糊与朦胧。

“>”(大于号)、“<”(小于号),一个一端收紧,一个一端张开,形象的表明两量之间的大小关系。

{[()]}(大、中、小括号)形象地表明了内外、先后的区别,体现对称、收放的内涵特征。

线条美:看到“⊥”(垂直线条),我们想起屹立街头的十层高楼,给我们是挺拔感;看到“-”(水平线条),我们想起了无风的湖面,给我们的是沉静感;看到“~”(曲线线条),我们想起了波涛滚滚的河水,给我们的是流动感。几何形体中那些优美的图案更是令人赏心悦目。三角形的稳定性,平行四边形的变态性,圆蕴含的广阔性,都给人以无限遐想。脱式运算的“收网式”变形以及统计图表,则是数与形的完美结合。我国古代的太极图,把平面与立体、静止与旋转,数字与图形,更作了高度的概括!

三、简洁美

数学科学的严谨性,决定它必须精练、准确,因而简洁美是数学的又一特色。

数学的简洁美表现在:

1.定义、规律叙述的高度浓缩性,使它的语言精练到“一字千金”的程度。质数的定义是“只有1和它本身两个约数的数”,若丢掉“只”字,便荒谬绝伦;小数性质中“小数末尾的0”中的“末尾”若说成“后面”,便“失之千里”。此种例证不胜枚举。

2.公式、法则的高度概括性。一道公式可以解无数道题目,一条法则囊括了万千事例。

三角形的面积=底高÷2。把一切类型的三角形(直角的、钝角的、锐角的;等边的、等腰的、不等边的)都概括无遗。“数位对齐,个位加起,逢十进一”把20以内、万以内、多位数的各种整数相加方法,全部包容了进去。

3.符号语言的广泛适用性。

数学符号是最简洁的文字,表达的内容却极其广泛而丰富,它是数学科学抽象化程度的高度体现,也正是数学美的一个方面。a+b=b+aabc=acb=bca,其中a,b,c可以是任何整数、小数或分数。所以,这些用符号表达的算式,既节省了大量文字,又反映了普遍规律,简洁,明了,易记。充分体现了数学语言干练、简洁的特有美感。

四、对称美

对称是美学的基本法则之一,数学中众多的轴对称、中心对称图形,幻方、数阵以及等量关系都赋予了平衡、协调的对称美。略举几例:

算式:

2∶3=4∶6

X+5=17-9

数阵:

数学概念竟然也是一分为二的成对出现的:“整-分,奇-偶,和-差,曲-直,方-圆,分解-组合,平行-交叉,正比例-反比例,显得稳定、和谐、协调、平衡,真是奇妙动人。图形:数学中蕴含的美的因素是深广博大的。数学之美还不仅于此,它贯穿于数学的方方面面。数学的研究对象是数、形、式,数的美,形的美,式的美,随处可见。它的表现形式,不仅有对称美,还有比例美、和谐美,甚至数学的本身也存在着题目美、解法美和结论美。上述这些只是浮光掠影的点点滴滴,然而,也足见数学的迷人风采了。打开这本书,如同进入一个奇妙世界,呈现眼前的尽是数、形变幻的奇妙景观,一个个“枯燥”的数字活蹦乱跳地为你作精彩表演,一个个“抽象”的概念娓娓动听地向你讲述生动的故事。它揭示了隐藏于深层的数学秘密,展示了数学迷宫的绚丽多彩。数的变幻,形的奇妙,有的令你追根究底,有的令你流连忘返,有的令你惊讶感叹,有的令你拍案叫绝,走进这个奇妙世界,必将如咀嚼一枚橄榄果,品尝到数学的浓浓趣味,感受到数学王国神异奇妙,从而使我们眼界大开。你将惊呼:“哇!数学原来是这么有趣啊!”

87.拿破仑的四等分圆

问题拿破仑虽然是位军事家,但他与当时的许多法国知名数学家,如拉格朗日,拉普拉斯等交往都颇密切,一次拿破仑问拉普拉斯:“我读了您不少的大作,我对您在您的书中竟然一次都不提上帝很不理解,您能解释一下吗?”拉普拉斯不客气地回答:“陛下,我不需要那个假设。”对拉普拉斯的傲慢态度,拿破仑却并未发火,仍给了他很多的荣誉与职位,从这一点看,拿破仑倒颇有一点“尊重知识,尊重人材”的大将风度。

拿破仑尽管忙于打仗,但仍经常与数学家们讨论数学,有一次,拿破仑就提出这样一个问题:

“给出一个圆,只准用圆规,把圆周四等分”。

大家知道,几何作图题是规定只准使用圆规与无刻度的直尺来完成的,这两种工具的功能规定为:

(1)已知圆心及半径,用圆规作圆。

(2)已知两点,用直尺作过这两点的直线。

(3)已知两圆,或已知两直线,或已知一圆及一直线,找出它们的交点。

另外还限制只准有限次地使用这两种工具,逐步作出所需图形,如果不准使用直尺,只准使用圆规来完成作图,就是“圆规几何学”的内容,或称为“单用圆规的作图问题”。

如果补充规定用圆规“画直线”可以理解为:“若已知直线上两点,则可画出直线上任意多个点。”那么,可以证明:能用圆规与直尺完成的图,都可用圆规单独完成。

例1,作一线段等于已知线段的任意整数倍。

由于圆规很容易把一个(圆心已知的)已知圆6等分,利用这一点即可完成本作图。

如图,已知线段为AB,以B为圆心,BA=a为半径作圆,以A为一个分点,把圆B六等分,与A相对的分点为C,则AC=2AB。

如此下去,就可以把已知线段延长任意整数值。

例2,把已知线段AB分成n等分(n≥2为整数)。

以n=3为例,由上题可知,可以作出点C,使点C在AB延长线上且使AC=3AB。以C为圆心CA为半径画圆,再以A为圆心,AB为半径画圆,两圆交点之一为D,以D为圆心,AB为半径画圆,交AB于M,

证明:△ACD、△ADM均为等腰三角形,且有一个底角公用,于是△ACD∽△ADM,于是AC∶AD=AD∶AM但AC=3AD,于是可得AD=3AM即AM=AB。

下面来看看拿破仑的“单用圆规四等分圆”的问题如何解决?

作法:取已知圆O上任一点A,以A为一个分点把⊙O六等分,分点依次为A、B、C、D、E、F(如图)。分别以A、D为圆心,AC、BD为半径作圆交于G,以A为圆心,OG为半径作圆,交⊙O于M、N,则A、M、D、N即四等分⊙O的圆周。

88.用什么办法称体重

暑假结束后,小动物们高高兴兴回到学校。小骆驼、小马、小牛是好朋友,见了面,互相问长问短,很是亲热。

小骆驼拍着小马的肩问:“小马,暑假中你都去了哪些地方呀?”

“去的地方可多了。”小马说,“我跟爸爸去了趟城里,跟妈妈去了外婆家,跟爷爷去电影院看了电影……”

“哇,你玩得真开心!”小骆驼羡慕地说,“不像我,除了帮爸爸搬运东西去了趟沙漠,其他什么地方都没去。”

“你呢?小牛,现在说说你吧。”小骆驼和小马转向小牛说。

小牛也讲了自己的情况,最后说:“我爷爷说我长胖了,你们看我是不是真胖了?”

小骆驼、小马端详了小牛一阵,点点头,“嗯,是胖了。”

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