数学文化与数学教学

[摘要]数学文化是学生文化素养的重要组成部分。当数学文化的魅力真正渗入教材、到达课堂、溶入教学时，教学就会更加平易近人，数学教学就会通过文化层面让学生进一步理解数学、喜欢数学、热爱数学。数学文化广泛渗透于社会生活和科学领域，伴随着中华民族的文明而发展，为今天的生活发展奠定基础，为生活增添辉煌。

[关键词]数学文化　数学教学　实践与教学

传统的数学教学重视向学生传授数学的知识和技能，让学生掌握数学的概念、命题等。注重的是定理的证明、公式的推导和解题的演练，却忽视了培养学生对数学作为一门科学的思想体系、文化内涵的认识。数学在学生心中只是一堆数字和公式，它抽象、深奥甚至神秘。是“一种符号的游戏”，给学生造成了数学课程是枯燥的，使不少学生失去了学习数学的兴趣与热情，导致数学素质教育不能全面、正确的贯彻落实。

随着人们对数学文化认识的不断深入，数学文化的教育价值越来越受到广大数学教育工作者的关注和重视。“数学教育应具有‘文化素质教育’与‘数学技术教育’的双重功能”，“数学素质是公民所必备的一种基本素质”已成为重要的教育理念逐步被人们所接受。然而，如果这种认识仅仅停留在学术的、理论的层面上。数学文化的教育价值就只有潜在的意义，不能自然而然的成为一种教育效果而体现在学生身上。因此，非常有必要加强关于数学文化的教学实践。正如张莫宙教授所强调的那样，“数学文化必须走进课堂，在实际数学教学中使得学生在学习数学的过程中真正受到文化感染，产生文化共鸣。体会数学的文化品位和世俗的人情味”。将数学教育提升到数学文化教育的层面上去。

一、数学文化的涵义

文化从字面上理解，即为文治与教化，是运用语言文字的能力和具有的书本知识。泰勒认为文化是一个复杂的整体，其中包括知识、信仰、艺术、道德、法律、风俗以及人作为社会成员之一分子所获得的任何技巧与习惯。也有些学者认为文化是人们在社会历史实践过程中所创造的物质财富和精神财富的总和。

数学在数学课程标准中的最新定义：“数学是人们对客观世界定性把握和定量刻画、逐渐抽象概括、形成方法和理论，并进行广泛应用的过程。”这就是说。“数学的对象绝非物质世界的自然的真实存在，而是人类抽象思维的产物”。由此可知数学也是人类文化的一部分。数学作为一种文化现象。历来受到人们的重视，但数学文化作为一种特殊的文化形态，直到20世纪下半叶，才由美国著名的数学史学家M·克莱因在其三本著作《西方文化中的数学》、《古今数学思想》和《数学——确定性的丧失》中进行了比较系统而深刻的阐述。美国学者怀尔德在其著作《数学是一个文化体系》中提到数学文化的发展已经达到了一个较高的水平，并可被认为构成了一个相对独立的文化系统，数学教育家黄秦安也认为“数学文化可以表达为以数学科学体系为核心，以数学的思想、精神、知识、方法、技术、理论等所辐射的相关文化领域为有机组成部分的一个具有强大精神与物质功能的动态系统。其基本要素是数学各个分支领域及与之相关的各种文化对象、各门自然科学、几乎所有的人文社会科学和广泛的社会生活”；郑毓信认为“数学文化是一个开放的系统”；张奠宙认为“数学文化应当‘文而化之’”。数学是一门科学，更是一种文化。数学文化包括数据的历史、应用及趋势，体现了数学的社会需要及数学家的创新精神，数学科学的思想体系，数学的美学价值。

二、数学源于实践服务于实践

数学是人类思维的结晶，具有抽象性、逻辑性以及高度的概括性，是人类特有的智慧的一个表现。数学源于实践、源于社会。

在数学和实践的关系上，中国的古代数学，多半以“管理数学”的形式出现，目的是为了丈量田亩、兴修水利、分配劳力、计算税收、运输粮食等国家管理的实用目标。从古代的甲骨文中就可以看到，已经使用了十进制计数方法；为适应农业的需要，将“十干”和“十二支”配成六十甲子，用以记年、月、日、几千年的历史说明这种日历的计算方法是有效的。因此，从文化意义上看，中国数学可以说是“管理数学”和“木匠数学”，存在的形式则是官方的文书。古希腊的文化时尚，是追求精神上享受，以获得对大自然的理解为最高目标。数学是“人的精神的自由创造”，数学的一切发展都不同程度的归结为实际的需要。数学家在研究问题的过程中，必定会在问题的提出、方法的选择、结论的提示等多方面受到实践的指引。脱离了实践，数学就会成为无源之水、无本之森木。

数学在实践的应用中受到实践的推动，获得一种动力，这种动力超出直接应用的界限使数学又得到发展，再回到实践中指导实践。人类通过自己的思维能力，把自然界事物的内在本质及发展规律，用数字、公式和图像简捷明快的表现出来，给人一种独特、对称、严谨以及和谐的美。古代许多著名建筑物的造型均由数学中的不同曲线组成，我国赵州石拱桥就是以抛物线为基础建筑而成，由于跨度大，弧形平缓，桥面坡度小，车辆通行方便。它的体形轮廓雄奇壮观，构筑出流传百世的艺术之作。旧金山圣母玛利亚大教堂所用的双曲抛物面设计，一个双曲抛物面是抛物面(一条抛物线绕它的对称轴旋转)和一种三维的双曲线的结合。

高科技的发展对数学的需要非常强烈，从根本上讲是因为“学习数学可以使人们更好的认识自然和社会，更好更快地适应日常生活与工作，理解并适应周围世界，利用数学可以准确、迅速地分析问题、解决问题，使人们以科学的态度去探索、去创新，服务于社会，发展于社会”。学习数学不止是为了求真、求美，更重要的是通过学习数学，能够不断地塑造自己，使自己成为更高尚、更丰富、也更有力量的人。

三、数学文化是现代文化的重要组成部分

世界是由音符，图像以及大大小小的、形形色色的物质组成。我们要创造合理的世界图像，去获得日常生活中的安定和谐，“认识宇宙也是认识人类自己”，宇宙是合理的、简单的、有规律的，是可以认识的。数学正是不断追求最简单、最深层次的宇宙的根本。用简捷的数学公式来表示复杂的事物、理解变化的客观规律已经随处可见。数学的基础是逻辑和直觉、分析和推理、共性和个性，这种思维方式是数学的外在表现。而实质上，它也与文学、艺术等其他文化领域一样，其自身的发展受到不同时代的精神、不同的思维方式的影响，反过来也影响着人们的精神和思维，影响一个民族文化的进步。从刀耕火种到科技是第一生产力，从四大发明到宇宙载人飞船、从祖冲之的圆周率到陈景润的哥德巴赫猜想，从中国人喜欢的吉祥数字6、8、9到黄金分割0.618，从柴米油盐到高科技领域，无处不渗透着数学的思想，数学领域发展速度之快有目共睹。数学建模活动，是以数学知识和方法为基础，以实际问题为研究对象，由易到难，由浅入深地安排，其内容取材于实际，方法结合于实际，结果应用于实际。建立数学模型过程的实质是解决经济、社会生活中遇到的一些实际问题时，将研究对象的内在规律通过信息的截取、分析、综合，用数学的语言和方法表述出来，然后

对该问题进行目标辨识与定位，对全局与局部的系统思维，用数学的方法进行计算，并将求解得到的结果返回到实际对象的问题中去，作出恰当决策，指导经济工作、生产活动等。

数学和文学的思考方法往往是相通的。丹·布朗的小说《达·芬奇密码》一经问世，就引起了普遍的关注。小说里有多少真实，有多少虚构?这里不去评论，而引导小说展开的一条主线则是数学。年迈的馆长在生命的最后时刻，把自己摆成达·芬奇名画《维特鲁威人》中的五角星形的样子，这种五角星形，正是从古代希腊流传下来的“神圣几何学”的一种标志；馆长蘸着自己的鲜血写下的一组数字“13-3-2-21－1－1-8-5”，经过重新排序正是著名的“斐波那契数列”1－1－2-3-5-8-13-21，这个数列揭示了大自然中许多数学奥秘，如花瓣的瓣数、向日葵的花盘、鹦鹉螺的螺旋形躯壳等等；而且这个数列又引出了著名的黄金比例0.61 8 1数学有“对称”，文学有“对仗”。对称是一种变换，变过去了却有些性质保持不变。对仗无非是上联变成下联，但是字词句的某些特性不变。王维诗云：“明月松问照，清泉石上流”。“明”对“清”，“月”对“泉”，都是自然景物，词性不变。变化中的不变性质，在文化中、数学中，都广泛存在着。数学中的“对偶理论”，拓扑学的变与不变，都是这种思想的体现。作为一位数学家，M·克莱因对数学有着列深的理解，他感受到“在人类文明中，数学如果脱离了其丰富的文化基础，就会简化成一系列的技巧，它的形象也就被完全歪曲了。总之，数学影响着人们的精神生活，促进人的思想解放，提高和丰富了人类的整个精神文明水平。因此，数学是现代文明的重要组成部分，没有现代数学的文化是注定要衰落的。著名数学家霍格本曾经说：“数学史实际上是与人类的各种发明与发现、人类经济结构的演变、以及人类的信仰相互交织在一起的。”数学家庞加莱也曾经说过：“如果我们要想预测数学的未来，那么适当的途径是研究这门学科的历史和现状。”割裂历史来研究数学是不可想象的。

四、数学文化要渗透在数学教学过程中

著名数学家李大潜院士指出：“数学教育本质上就是一种素质教育”。学生数学素质的培养主要是以数学知识为载体。通过教学过程来实现。数学文化积淀的主要阵地是教学。把数学文化渗透到数学教学中，并不是把数学文化知识生硬地加到数学课中，而是使其与数学内容融合在一起。

1.教师应更新教育观念，树立数学文化观

教师的数学文化素养是将数学文化渗透到课堂教学的前提条件。长期以来，人们往往把数学看成是数学知识的汇集，把数学教学看成是数学知识的教学，传统数学观念只重视数学的实用价值、形式训练的价值，而忽视数学的文化教育价值。我们应当更新数学教育观念，把数学看成一种文化系统，把数学教育看成数学文化教育，把数学课程放在更广阔的文化背景中加以考察。这就要求数学教师具有现代的数学文化观念，进而将数学文化带到实际的数学教学实践中去。这种全新的数学教育观念更注重数学和其他学科的联系，注意从生活的例子中找回数学的知识、思想、方法和观念，从而适当地降低“硬数学”(数学知识、数学技巧、数学能力等)的要求，提高对“软数学”(数学思想、数学观念等)的要求。因此，数学文化教育对数学教师提出了新的要求，它要求教师不仅要具有更宽广的知识面，应该熟悉数学史、数学哲学、社会学等方面的基本知识，而且还要求他们更新教育观念，树立数学文化观。

2.优化数学课程内容

为了体现数学课程的文化价值，应对其内容的选取进行改革。适时地向学生介绍某些数学史料和有关数学家的生平与创造性思维过程，使学生认识到一切科学都是在成功与失败、认识与再认识的循环往复中发展起来的，科学上的每一步都是科学家刻苦钻研、不懈努力的结果，这对于调动学生的非智力因素是大有好处的。传统的数学课程内容只注重知识、能力，而忽视文化价值。例如，非欧几何的发现是数学史上的一次伟大革命。它可以看成是现代数学的开始，它的建立打破了欧氏几何关于空间的绝对真理的神话，是人类理性精神的伟大胜利，它对人类文化的影响是无可比拟的。数学内容的选取应当以反映未来社会对公民素质所必须的数学思想方法为主线。以与学生年龄特征相适应的、结合日常生活的普遍文化的方式呈现数学内容，从而使学生在活动中、在现实生活中学习数学文化、发展数学文化、提高数学文化素质。数学教育只有建立在学生主动、积极地参与实践活动的基础上，数学才能从现实生活中产生和发展，成为人们日常生活中的一种文化。因此，在数学文化的背景下。数学课程内容的选择应尽量来源于自然、生活、社会与科学的现象和实际问题，不仅要反映数学自身内在的知识价值，还要反映出数学作为方法、思想、思维、精神、语言、工具的文化，重视数学史料的教学，强调从日常活动中引出数学内容，删除那些与社会需要相脱节、与科学发展相背离、与实现有效的智力活动相冲突的内容；同时，在突出思想方法、紧密联系生活的原则下，增加估算、统计、抽样、数据分析、线性规则、图论、运筹等知识，增强学生学好数学的自信心。

3.改变学生的数学学习方式

值得借鉴的是，20世纪80年代末90年代初，世界发达国家纷纷提出数学教育的改革目标和内容，强调数学交流，把数学作为一种有力的、简洁的和准确的交流信息的手段；强调数学发展人的一般能力的价值；大多数国家倾向于通过解决实际问题使学生在掌握所要求的数学内容的同时，形成那些对人的素质有促进作用的基本的思想方法，如实验、猜测、模型化、合情推理、系统分析等。从数学的角度来看，“以数学文化关怀人，以数学精神培养人”是数学教育改革的一个方向。数学作为一种文化形态的本质涵义在于数学是一种动态的活动过程。数学文化下的数学教学应着力于数学活动的展开。教师应改变传统的“填鸭式”教学，倡导探索型和发展型的教学，学生也应改变那些传统的、被动的学习方式，应积极地鼓励学生走进社会。走进日常生活，参与社会调查和实践活动，搜集相关资料。在具体的教学过程中则可采用“问题情景——建立模型——求解——解释与应用”的模式展开。让学生经历数学知识的形成与应用过程，从而更好地理解数学知识的意义。掌握必要的基础知识和基本技能，发展应用数学的意识和能力，增强学生学好数学的愿望和决心，鼓励学生自主探索与合作交流，认真体会数学知识的联系，发展思维能力，获得一些研究问题的经验和方法。

总之，当数学文化的魅力真正渗入教材、到达课堂、溶入教学时，数学就会更加平易近人，数学教学就会通过文化层面让学生进一步理解数学、喜欢数学、热爱数学。使学生在接受数学知识与技能的同时，得到更多的数学文化熏陶。

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