大多數(shù)人認為數(shù)學很難,人為什么學數(shù)學?數(shù)學有什么用?有用在哪里?都說生活中充斥著數(shù)學,但又在哪里?
我們必須知道數(shù)學是科技進步的重要一環(huán),但數(shù)學更是人類文明的重要一環(huán)。而我們要如何學好數(shù)學?從人類學習的模式來看,以藝術(shù)領(lǐng)域中抽象的音樂為例,我們到底是先學會唱歌,還是先學會看、寫五線譜?毋庸置疑,我們當然是先會唱歌。但是我們的數(shù)學教育卻是順序顛倒的:要學生花多的時間學會看、寫五線譜(列式子,背公式,解考題),卻很少給學生唱歌或聽音樂的時間(看到數(shù)學,看到活生生的應用)。因此我們的方法是先學唱歌,再學樂理,先看圖再看數(shù)學式,先看歷史、人文、藝術(shù)、應用,再來討論數(shù)學原理。進而減少背一大堆公式的過程及大量的機械式練習,重建人們對數(shù)學學習的信心和興趣。此方法已在我的教學實踐中被證明是有效的。
1.作者為哥倫比亞大學理學博士,數(shù)學教學經(jīng)驗豐富
吳作樂擁有長期的教學經(jīng)驗,擅長總結(jié)教學成果和經(jīng)驗分析,針對數(shù)學系和非數(shù)學系中很多學生對于數(shù)學的接受態(tài)度和思維習慣,他結(jié)合工作經(jīng)驗和專業(yè)知識,撰寫本書。他出版的《這才是好看的數(shù)學》獲臺灣第38次中小學生優(yōu)秀課外讀物推介獎。
2.超實用!重建學數(shù)學的信心和樂趣
從歷史、生活中理解數(shù)學原理,如為什么Y=1/X是曲線?為什么太陽下山時會加速掉落?為什么三角形內(nèi)角和是180度?地圖中的數(shù)學奧秘;樂譜中的數(shù)學旋律;數(shù)學運算符號的由來;回歸線、雙曲線與拋物線都是怎么一回事?等。
3.剖析本質(zhì)!學數(shù)學不再死記硬背公式
先看圖再看數(shù)學式,先看歷史、人文、藝術(shù)、應用,再來討論數(shù)學原理,進而減少背一大堆公式的過程及大量的機械式練習,重建人們對數(shù)學學習的信心和興趣。
4.感受數(shù)學之美,消除數(shù)學恐懼癥
數(shù)學為哲學、繪畫、音樂、經(jīng)濟學政治學提供強大的科學理論根基。音樂有多美,繪畫有多美,數(shù)學就有多美!
大多數(shù)人認為數(shù)學很難,人為什么學數(shù)學?數(shù)學有什么用?有用在哪里?都說生活中充斥著數(shù)學,但又在哪里?我們必須知道數(shù)學是科技進步的重要一環(huán),但數(shù)學更是人類文明的重要一環(huán)。而我們要如何學好數(shù)學?從人類學習的模式來看,以藝術(shù)領(lǐng)域中抽象的音樂為例,我們到底是先學會唱歌,還是先學會看、寫五線譜?毋庸置疑,我們當然是先會唱歌。我們在學習其他科目時都是先學該科目的藝術(shù)面,再學學術(shù)面,如語文是先賞析再解釋、歷史是先聽故事再研究。但是我們的數(shù)學教育卻是順序顛倒的:要學生花多的時間學會看、寫五線譜(列式子,背公式,解考題),卻很少給學生唱歌或聽音樂的時間(看到數(shù)學,看到活生生的應用)。因此我們的方法是先學唱歌,再學樂理,先看圖再看數(shù)學式,先看歷史、人文、藝術(shù)、應用,再來討論數(shù)學原理。進而減少背一大堆公式的過程及大量的機械式練習,重建人們對數(shù)學學習的信心和興趣。此方法已在我的教學實踐中被證明是有效的。
本書是敘述數(shù)學之美的書,而不是敘說數(shù)學多有用的書。數(shù)學是一門容易被人們誤解的學科,它常被誤人認為是自然科學的一條分支。事實上,數(shù)學固然是所有科學的語言,但是數(shù)學的本質(zhì)和內(nèi)涵比較接近藝術(shù)(尤其是音樂),反而與自然科學的本質(zhì)相去較遠。本書從人類文明發(fā)展的脈絡來說明數(shù)學的本質(zhì):它像藝術(shù)一樣,是人類文化中深具想象力及美感的一部分,是理解民主的不二法門;是培養(yǎng)邏輯思維的道路。在學習過程中,我們發(fā)現(xiàn)數(shù)學史就是人類發(fā)展史,數(shù)學發(fā)展到哪里,世界就進步到哪里。為何會對數(shù)學誤解?其原因大致如下,我們的數(shù)學教育只注重快速解題,熟記題型以應付考試的需求,造成學生及家長對數(shù)學的刻印印象就是:一大堆做不完的試卷及背一大堆公式。在這種環(huán)境下,如何能期待學生對數(shù)學有學習的動力和興趣呢?其結(jié)果是,用功的學生努力背題型、背公式以得到好成績。就業(yè)后,除了在理工科系統(tǒng)內(nèi)就職的,其他人發(fā)現(xiàn)生活上只要會加減乘除就夠用了,以往多年痛苦的學習顯然只是為了考試,數(shù)學不但無趣也無用。至于沒那么用功的學生早在中學階段就放棄數(shù)學了。因為就投資回報率而言,數(shù)學要花太多時間,且考試成績未必和時間成正比,將這些時間用在別的學科上比較有效益。
更糟的是,我們的社會謬誤地將數(shù)學好不好和聰不聰明劃上等號。數(shù)學成績很好的學生表明他對抽象概念掌握能力不錯,僅此而已。至于數(shù)學成績不好的學生也只能說明他的抽象概念掌握能力有待加強,與聰明程度無關(guān)。請問,我們會認定一個五音不全的人就是不聰明的嗎?
此外,我們的教材有很大的改進空間。譬如說,專為考試設計的假應用題,糟糕的是:為了在短時間內(nèi)塞給學生更多內(nèi)容,教材被簡化成一系列的解題技巧和公式。事實上,數(shù)學不是一系列的技巧,這些技巧不過是一小部分,它們遠不能代表數(shù)學,就好比調(diào)配顏色的技巧不能當作繪畫一樣。換言之,技巧就是將數(shù)學這門學問的激情、推理、美和深刻內(nèi)涵抽離之后的產(chǎn)物。從人類文明的發(fā)展來看,數(shù)學如果脫離了其豐富的文化內(nèi)涵,就會被簡化成一系列的技巧,它的真實面貌就被完全扭曲了。其結(jié)果是:對于數(shù)學這樣一門基礎(chǔ)性的,富有生命力、想象力和美感的學科,大多數(shù)人的認知是數(shù)學既枯燥,又難學難懂。
在這種惡劣的學習環(huán)境及社會謬誤的影響下,學生及其家長或多或少都會產(chǎn)生數(shù)學焦慮癥(Mathematics Anxiety)。這些癥狀如下:
(1)考前準備這么多,為何仍考不好?是不是試卷做得不夠多?
(2)數(shù)學成績不好,是否顯示我不夠聰明,以后如何能出人頭地?
(3)除了去補習班及跟隨名師之外,有沒有其他方法可以學好數(shù)學,不再怕數(shù)學,甚至喜歡數(shù)學?
數(shù)學焦慮癥不是一天造成的,因此它的治療也要循序漸進。首要是去除我們對數(shù)學的誤解和恐懼,再服用解藥(新且有效的學習方法、教材)。本書說明數(shù)學影響及于哲學思想和推理方法,塑造了眾多流派的繪畫和音樂,為政治學說和經(jīng)濟理論提供了理性的依據(jù)。作為人類理性精神的化身,數(shù)學已經(jīng)滲透到以前由權(quán)威,習慣,迷信所統(tǒng)治的領(lǐng)域,而且取代它們成為思想和行動的指南。然而,更重要的是,數(shù)學在令人賞心悅目和美感價值方面,足以和任何藝術(shù)形式媲美。因此,我深信應該將數(shù)學的非技巧部分按歷史發(fā)展的脈絡納入教材,使學生感受到這門學科之美,從而啟發(fā)學生的學習動機。使得學生能大幅降低對數(shù)學的恐懼,增加信心,進而體會數(shù)學之美。因為學生更有自信,才能更有效率地學習技巧部分,大幅減少機械式的技巧練習,面對考試可以少背公式仍能得高分,徹底消除學生和家長的數(shù)學焦慮癥。
本書特色
為了讓學生容易學習,本書使用大量圖片,使學生可以看到數(shù)學家腦中的數(shù)學圖案與藝術(shù)。在本書出版之際,特別感謝義美食品高志明先生全力支持本書的出版。本書雖經(jīng)多次修訂,缺點與錯誤仍在所難免,歡迎各界批評指正,得以不斷改善。
吳作樂:臺灣大學數(shù)學系學士,美國哥倫比亞大學數(shù)理統(tǒng)計博士畢業(yè)。曾任職于美國貝爾實驗室,美國Bell core公司信號處理部研發(fā)經(jīng)理,長榮大學資訊管理系教授。吳作樂擁有長期的教學經(jīng)驗,擅長總結(jié)教學成果和經(jīng)驗分析,針對數(shù)學系和非數(shù)學系中很多學生對于數(shù)學的接受態(tài)度和思維習慣,他結(jié)合工作經(jīng)驗和專業(yè)知識,撰寫本書。
吳秉翰:輔仁大學應用數(shù)學學士畢業(yè)。兩人專業(yè)背景扎實,有豐富的專業(yè)理論知識和實踐經(jīng)驗,對于大眾學習數(shù)學的傳統(tǒng)和思維有深刻認識和理解。對于怎么學習、理解和運用數(shù)學有獨特的思維和方法,兩人將經(jīng)驗和專業(yè)知識結(jié)合,著成本書。
章
為什么學數(shù)學(一)
數(shù)學學習中常見的問題
任何事情都不要相信直覺
加一成再打九折等于原價嗎?
什么是邏輯
為什么不是分數(shù)
認識定義、公理、定理,不要用公式
要命的邏輯觀
樹狀圖的思維
不講邏輯的國家無法進步
第二章
認識古文明的數(shù)字
符號的念法與用途
什么是黃金比例
永遠跑不完的一百米
圓錐曲線(一):拋物線I
三角函數(shù)的由來
畢氏定理與
音階的由來
個重要的無理數(shù)─圓周率
圓錐、球、圓柱的特殊關(guān)系
密度的前身─排水法
密度
第三章
古時印度、阿拉伯地區(qū)、羅馬的數(shù)字
中世紀的數(shù)學
神奇的河內(nèi)塔游戲與棋盤放米
第四章
小數(shù)點和千記號的由來
數(shù)學運算符號的由來
錐體是柱體體積的1/3
內(nèi)皮爾(Napier)的對數(shù)
笛卡爾的平面坐標
太極圖是極坐標做圖
認識地圖─非洲比你想象的大很多
畫家、數(shù)學家分不清楚
第五章
曲線下與 x 軸之間的面積-積分
曲線上該點斜率─微分
微積分是什么意思
第二個重要的無理數(shù):歐拉數(shù)
圓錐曲線(二)
特殊的曲線
為什么角度要改成弧度
神奇的帕斯卡(Pascal)三角形
數(shù)學與音樂
第六章
數(shù)學、音樂與顏色
用電腦證明的定理:四色定理
神奇的莫比烏斯帶與克萊因瓶
數(shù)學名詞誤用─平均所得
M型社會是什么?
期望值與保險費、核四安全性
統(tǒng)計學中重要的一條線:回歸線
一定當選的票數(shù)怎么算
第七章
扭曲的地鐵線路圖.
優(yōu)美的旋律都是精美的數(shù)學表達
分形中體現(xiàn)的數(shù)學之美
自然界中充滿數(shù)學原理
特殊的貝塞爾曲線
數(shù)學的現(xiàn)代應用
幾何與危險的轉(zhuǎn)彎視線死角
幾何與停車格、走道的大小