论新课程中数学直觉思维能力的培养

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  [摘 要]本文主要阐述了笔者对新课程中数学直觉思维的认识,以及培养数学直觉思维的重要性和必要性,进一步阐述了如何培养的问题。
  [关键词]直觉思维 逻辑思维 创新 猜想 数型结合
  
  中学数学教学大纲(试验修订本)将培养学生的三大能力之一“逻辑思维能力”改为“思维能力”,虽然只是去掉两个字,概念的内涵却更加丰富,人们在教育的实践中实现了认识上的转变。
  在注重逻辑思维能力培养的同时,还应该注重观察力、直觉力、想象力的培养。特别是直觉思维能力的培养由于长期得不到重视,学生在学习的过程中对数学的本质容易造成误解,认为数学是枯燥乏味的,同时对数学的学习也缺乏取得成功的必要的信心,从而丧失数学学习的兴趣。过多的注重逻辑思维能力的培养,不利于思维能力的整体发展。培养直觉思维能力是社会发展的需要,是适应新时期社会对人才的需求。
  
  一、对数学直觉思维的认识
  
  1.直觉是发明的源泉。伟大的数学家、物理学家和天文学家彭加勒说:“逻辑用于证明,直觉用于发明。”前苏联科学家凯德洛夫更明确地说:“没有任何一个创造性行为能离开直觉活动。”直觉思维就是指人们不受逻辑规则约束直接领悟事物本质的一种思维方式。数学直觉思维是直接反映数学对象、结构以及关系的思维活动。思维者不是按部就班地推理,而是对思维对象从整体上进行考察,调动自身的全部知识经验,通过丰富的想象作出的敏锐而迅速的假设,猜想或判断,跳过若干中间步骤或放过个别细节而直接把握研究对象的本质和联系。
  2.数学直觉思维的表现形式是以人们已有的知识、经验和技能为基础,通过观察、联想、类比、归纳、猜测之后对所研究的事物作出一种比较迅速的直接的综合判断,它不受固定的逻辑约束,以潜逻辑的形式进行。例如等腰三角形的两个底角相等,两个角相等的三角形是等腰三角形等概念、性质的界定并没有一个严格的证明,只是一种直观形象的感知。而直觉的研究对象则是抽象的数学结构及其关系。庞加莱说:“直觉不必建立在感觉明白之上。感觉不久便会变得无能为力。例如,我们仍无法想象千角形,但我们能够通过直觉一般地思考多角形,多角形把千角形作为一个特例包括进来。”由此可见直觉是一种深层次的心理活动,没有具体的直观形象和可操作的逻辑顺序作思考的背景。正如迪瓦多内所说:“这些富有创造性的科学家与众不同的地方,在于他们对研究的对象有一个活生生的构想和深刻的了解,这些构想和了解结合起来,就是所谓‘直觉’,因为它适用的对象,一般说来,在我们的感官世界中是看不见的。”
  3.数学直觉思维具有个体经验性、突发性、偶然性、果断性、创造性、迅速性、自由性、直观性、自发性、不可靠性等特点。迪瓦多内说:“任何水平的数学教学的最终目的,无疑是使学生对他要处理的数学对象有一个可靠‘直觉’。”在教育过程中,教师如果把证明过程过分的严格化、程序化,用僵硬的逻辑外壳掩盖住直觉的光环,学生们只能把成功归功于逻辑的功劳,而丧失了“可靠的直觉”,那将是我们教育的失败。《中国青年报》曾报道,“约30%的初中生学习了平面几何推理之后,丧失了对数学学习的兴趣”。这种现象应该引起数学教育者的重视与反思。
  4.数学直觉思维能力的提高有利于增强学生的自信力。成功可以培养一个人的自信,直觉发现伴随着很强的“自信心”。从马斯洛的需要层次来看,它使学生的自我价值得以充分实现,也就是最高层次的需要得以实现,比起其它的物资奖励和情感激励,这种自信更稳定、更持久。布鲁纳认为学习的最好刺激是对教学材料的兴趣。当一个问题不用通过逻辑证明的形式而是通过自己的直觉获得,那么成功带给他的震撼是巨大的,内心将会产生一种强大的学习钻研动力。高斯在小学时就能解决问题“1+2+…… +99+100=?”,这是基于他对数的敏感性的超常把握,这对他一生的成功产生了不可磨灭的影响。
  数学直觉思维还有利于提高学生的思维品质。直觉思维具有快速性,迅速肯定或否定某一思路或结论,给人以“发散”、“放射”的感觉,一计不成又生一计。因此,加强直觉思维能力的训练,对克服思维的单向性,提高思维品质是有利的。
  
  二、直觉思维的主要特点
  
  直觉思维具有自由性、灵活性、自发性、偶然性、不可靠性等特点,从培养直觉思维的必要性来看,笔者以为直觉思维有以下三个主要特点:
  1.简约性
  直觉思维是对思维对象从整体上考察,调动自己的全部知识经验,通过丰富的想象作出的敏锐而迅速的假设,猜想或判断,它省去了一步一步分析推理的中间环节,而采取了“跳跃式”的形式。它是一瞬间的思维火花,是长期积累上的一种升华,是思维者的灵感和顿悟,是思维过程的高度简化,但是它却清晰地触及到事物的“本质”。
  2.创造性
  现代社会需要创造性的人才,我国的教材由于长期以来借鉴国外的经验,过多的注重培养逻辑思维,培养的人才大多数习惯于按部就班、墨守成规,缺乏创造能力和开拓精神。直觉思维是基于研究对象整体上的把握,不专意于细节的推敲,是思维的大手笔。正是由于思维的无意识性,它的想象才是丰富的、发散的,使人的认知结构向外无限扩展,因而具有反常规律的独创性。
  伊恩·斯图加特说:“直觉是真正的数学家赖以生存的东西。”许多重大的发现都是基于直觉。欧几里得几何学的五个公设都是基于直觉,从而建立起欧几里得几何学这栋辉煌的大厦;哈密顿在散步的路上进发了构造四元素的火花;阿基米德在浴室里找到了辨别王冠真假的方法;凯库勒发现苯分了环状结构更是一个直觉思维的成功典范。
  3.自信力
  学生对数学产生兴趣的原因有两种,一种是教师的人格魅力,其二是来自数学本身的魅力。不可否认情感的重要作用,但笔者的观点是,兴趣更多来自数学本身。成功可以培养一个人的自信,直觉发现伴随着很强的“自信心”。相比其它的物资奖励和情感激励,这种自信更稳定、更持久。当一个问题不用通过逻辑证明的形式而是通过自己的直觉获得,那么成功带给他的震撼是巨大的,内心将会产生一种强大的学习钻研动力,从而更加相信自己的能力。
  高斯在小学时就能解决问题“1+2+……+99+100=?”,这是基于他对数的敏感性的超常把握,这对他一生的成功产生了不可磨灭的影响。而现在的中学生极少具有直觉意识,对有限的直觉也半信半疑,不能从整体上驾驭问题,也就无法形成自信。
  
  三、数学直觉思维的培养
  
  一个人的数学思维,判断能力的高低主要取决于直觉思维能力的高低。徐利治教授指出:“数学直觉是可以后天培养的,实际上每个人的数学直觉也是不断提高的。”数学直觉是可以通过训练提高的。
  1.扎实的基础是产生直觉的源泉
  直觉不是靠机遇,直觉的获得虽然具有偶然性,但决不是无缘无故的凭空臆想,而是以扎实的知识为基础。若没有深厚的功底,是不会进发出思维的火花的。阿提雅说:“一旦你真正感到弄懂一样东西,而且你通过大量例子以及通过与其它东两的联系取得了处理那个问题的足够多的经验。对此你就会产生一种关于正在发展的过程是怎么回事以及什么结论应该是正确的直觉。”阿达玛曾风趣的说:“难道一只猴子也能应机遇而打印成整部美国宪法吗?”
  2.渗透数学的哲学观点及审美观念
  直觉的产生是基于对研究对象整体的把握,而哲学观点有利于高屋建邻的把握事物的本质。这些哲学观点包括数学中普遍存在的对立统一、运动变化、相互转化、对称性等。例如(a+b)2= a2+2ab+b2,即使没有学过完全平方公式,也可以运用对称的观点判断结论的真伪。
  美感和美的意识是数学直觉的本质,提高审美能力有利于培养数学事物间所有存在着的和谐关系及秩序的直觉意识,审美能力越强,则数学直觉能力也越强。狄拉克于1931年从数学对称的角度考虑,大胆的提出了反物质的假说,他认为真空中的反电子就是正电子。他还对麦克斯韦方程组提出质疑,他曾经说,如果一个物理方程在数学上看上去不美,那么这个方程的正确性是可疑的。
  3.重视解题教学,注重培养学生数形结合思维
  华罗庚说过:“数缺形时少直觉,形缺数时难入微。”通过深入的观察、联想,由形思数,由数想形,利用图形的直观诱发直觉,对培养学生的几何直觉思维大有帮助。教师应该把直觉思维在课堂教学中明确提出,制定相应的活动策略。重视数学思维方法的教学,诸如换元、数形结合、归纳猜想、反证法等,通过方法论的分析使数学中的发明、创造活动成为“可以理解的”、“可以学到手的”和“可以加以推广应用的”,以思想方法的分析去带动具体知识内容的教学。
  教学中选择适当的题目类型,有利于培养,考察学生的直觉思维。例如选择题,由于只要求从四个选择支中挑选出来,省略解题过程,容许合理的猜想,有利于直觉思维的发展。实施开放性问题教学,也是培养直觉思维的有效方法。开放性问题的条件或结论不够明确,可以从多个角度由果寻因,由因索果,提出猜想,由于答案的发散性,有利于直觉思维能力的培养。
  4.设置直觉思维的意境和动机诱导
  这就要求教师转变教学观念,把主动权还给学生。对于学生的大胆设想给予充分肯定,对其合理成分及时给予鼓励,爱护、扶植学生的自发性直觉思维,以免挫伤学生直觉思维的积极性和学生直觉思维的悟性。教师应及时因势利导,解除学生心中的疑惑,使学生对自己的直觉产生成功的喜悦感。
  “跟着感觉走”是教师经常讲的一句话,其实这句话里已蕴涵着直觉思维的萌芽,只不过没有把它上升为一种思维观念。教师应该把直觉思维冠冕堂皇的在课堂教学中明确的提出,制定相应的活动策略,从整体上分析问题的特征;重视数学思维方法的教学,诸如换元、数形结合、归纳猜想、反证法等,对渗透直觉观念与思维能力的发展大有稗益。
  
  四、结束语
  
  数学是一门滴水不漏的学科,许多直觉洞察的空隙必须要用逻辑推理来填补。对于直觉与非形式的强调是无可非议的,但是我们并不能以此去取代数学证明,而只能作为后者的必要补充。而“如果在解决问题的过程中总是满足于不加证明的猜测,他们很快就会忘记在猜测与证明之间的区分”,而后者甚至可以说比根本不知道如何去解决问题更糟。直觉思维与逻辑思维同等重要,偏离任何一方都会制约一个人思维能力的发展,伊思·斯图尔特曾经说过这样一句话:“数学的全部力量就在于直觉和严格性巧妙的结合在一起,受控制的精神和富有灵感的逻辑。”受控制的精神和富有美感的逻辑正是数学的魅力所在,也是数学教育者努力的方向。
  
  参考文献
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