如何培养数学思维
数学使用虚构的规则来创建模型和关系。学习时,我问:
1、这个模型代表什么关系?
2、现实世界中的哪些项目共享这种关系?
3、这种关系对我来说有意义吗?
它们是简单的问题,但它们帮助我理解新的话题。如果你喜欢我的数学文章,这篇文章涵盖了我对这个经常被诽谤的话题的看法。许多人留下了深刻的评论,他们的数学和资源的斗争,帮助他们。
数学教育
教科书很少集中在理解上,它主要是用“插拔”公式来解决问题。美丽的想法受到如此死记硬背的待遇使我感到悲哀:
毕达哥拉斯定理不只是关于三角形。它是关于相似形状之间的关系,任何一组数字之间的距离,等等。 E不仅仅是一个数字。它是关于所有增长率之间的基本关系。自然对数不只是一个反函数。它是关于事物需要增长的时间。
优雅,洞察力应该是我们的重点,但我们留给学生可能是羁绊的。一个地狱般的填鸭式会议在大学;从那时起,我想找到和分享这些顿悟,以避免别人同样的痛苦。
但它是双向的——我希望你也能和我分享见解。更多的理解,更少的痛苦,每个人都赢了。
数学随时间演化
我认为数学是一种思维方式,重要的是观察思维是如何发展的,而不仅仅是显示结果。让我们举个例子。
想象一下你是一个穴居人在做数学。第一个问题是如何计算事物。随着时间的推移,一些系统已经发展起来:
没有系统是正确的,每个都有优势:
1、一元系统:在沙地上画线——简单得多。在游戏中保持得分很好;你可以在没有擦除和重写的情况下添加一个数字。
2、罗马数字:更高级的一元,具有大数的捷径。
3、小数:巨大的认识,数字可以使用一个“位置”系统的位置和零。
4、二进制:最简单的位置系统(两个数字,在VS关闭),所以它是伟大的机械设备。
5、科学符号:非常紧凑,可以很容易地测量一个数字的大小和精度(1e3 vs 1.00 e3)。
想我们完了吗?没办法。1000年后,我们将有一个系统,使十进制数字看起来像罗马数字一样古怪。
负数不是真的
让我们再考虑一下数字。上面的例子表明,我们的数字系统是解决“计数”问题的许多方法之一。
罗马人认为零和分数很奇怪,但这并不意味着“虚无”和“部分对整体”是没有用的概念。但是看看每个系统是如何结合新的想法的。
分数(1/3)、小数(234)和复数(3 +4i)都是表示新关系的方式。他们现在可能没有道理,就像零对罗马人没有意义。我们需要新的真实世界关系(比如债务)让他们点击。
即使这样,负面数字也不可能存在于我们的思维方式中。
顺便说一下,包括西方数学家在内的许多人直到17世纪才接受负数。负数的概念被认为是“荒谬的”。负数看起来很奇怪,除非你能看到它们代表了复杂的真实世界的关系,比如债务。
事物的真谛?
我意识到我的思维方式是学习的关键。它帮助我获得深刻的见解,特别是:
事实的知识不是理解。知道“锤子驱动钉子”与任何坚硬物体(岩石、扳手)能驱动钉子的洞察力不同。
保持开放的心态。通过让自己再次成为初学者来发展你的直觉。
认识到你可以学习。我们期望孩子们学习代数、三角和微积分,这将震惊古希腊人。我们应该:我们能够学习这么多,如果解释正确的话。不要停止,直到它有意义,或者数学上的差距会困扰着你。精神韧性是至关重要的,我们往往太容易放弃。
我想分享我所发现的,希望它能帮助你学习数学:
数学创造具有特定关系的模型,我们试图找到真实的世界现象,它们有着相同的关系。
我们的模型总是在改进。一种新的模型可以更好地解释这种关系(罗马数字到十进制)。
当然,有些模型似乎毫无用处:“假想的数字有什么好处?”很多学生问。这是一个有效的问题,有一个直观的答案。
假想数字的使用受到我们的想象和理解的限制——就像负数是“无用的”一样,除非你有债务的概念,假想数字可能令人困惑,因为我们不能真正理解它们所代表的关系。
数学提供模型;理解它们之间的关系并将它们应用到真实世界的对象。
发展直觉让学习变得有趣——甚至当你理解它所解决的问题时,我想通过关注关系,而不是证明和力学来涵盖复杂的数字、微积分和其他难以捉摸的话题。
但这是我的经验——你是如何学习最好的?
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