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前作9.3分,麻省理工博士为中学生写下这本数学书

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数学家和中学数学,这似乎八竿子打不着,正如很多人认为数学不过是不断刷题……

其实,越是基础的东西越难讲清楚,正如数学家陈省身先生指出的,把数学讲得干巴巴的,扼杀了孩子的好奇心,数学再简单也难了。

近些年来,中小学的数学教育引起了世界各国的数学家的广泛关注,美籍华人伍鸿熙的《数学家讲解小学数学》正是其中的一本代表作。





豆瓣网友对《数学家讲解小学数学》的评价

时隔近十年,这本书的续作《数学家讲解中学数学——代数》终于出版。它以高维的视角,彻底讲透中学代数的逻辑本质。

看过这本书,将学会用精确的语言和精确的推理得到逻辑严密的结论。正确的数学比不正确的要好学,正如一篇好文章比一篇差文章要容易读。


伍鸿熙,国际著名微分几何学家,他不仅在数学研究上取得了令人瞩目的成就,还致力于将深奥的数学理论加以普及。

01

数学学习的一个主要障碍

是学会应对抽象的增加

中学代数常常让孩子和家长都头疼:字母x、y一出现,孩子就莫名紧张;函数概念抽象难懂,公式定理记了忘、忘了记;解方程靠死记硬背步骤,课后还要埋头刷题无数……

这样的场景是否似曾相识?事实上,“杂交水稻之父”袁隆平院士就曾回忆,自己中学时不理解为什么负数乘以负数等于正数,问老师原因却被要求硬背结论,他从此对数学提不起兴趣。

袁隆平:记得当时学“负数乘以负数得正数”时,我很不理解,说正数乘以正数得到的是正数,这还好理解,为什么负数乘以负数也得正数?我就问老师为什么,老师不讲,只要我呆记。我不懂,那怎么呆记呢?要讲道理呀!从此我便对数学不感兴趣了。

数学家伍鸿熙一针见血地指出,如果不讲清背后的逻辑,让学生死记硬背规则,只会让他们以为数学就是一堆不可理喻的规定,久而久之完全丧失继续深造的信心。

更糟糕的是,一些教材还要求学生在正式学代数前就“理解变量是什么”,结果孩子每看到一个符号就提心吊胆,仿佛那真是本子上会跳动的“变量”妖怪!在这种氛围下,数学学习怎能不变得枯燥困难?

1.变量概念含糊:把“变量”作为核心,却没有严密数学定义,初学者被排除在代数门外。

2.方程等式本质模糊:变量表达式相等到底是什么意思?没有说清楚。

3.斜率概念机械:只让学生背“升程比行程”,完全没有数学推理,甚至教材本身都存在根本性错误。

4.方程与图像的关联混乱:为什么线性方程的图像是直线?教材没有严密解释,学生只能死记硬背公式和方法。

5.平行与垂直的定义突兀:从生活概念突然转为“斜率”等式,导致学生困惑。

6.恒定速率无定义:教材缺乏把比例推理和线性函数联系起来的严密论证。

7.方程图像未准确定义:学生对解的几何意义只是死记硬背,无法进行真正推理。

8.不等式无定义:导致后续学习变成“踩地雷”,只靠记忆跨越难点。

9.有理指数与指数函数逻辑混乱:指数法则变成机械记忆,没有内在联系和推理。

10.二次函数表述零散:没有统一的概念框架,学生只能记一堆公式。

上下滑动查看伍鸿熙针对中学数学教学的一些批评

02

突破传统教学限制

代数难点也能迎刃而解

经过多年潜心分析中小学数学体系、亲身参与教师培训,伍鸿熙用浅显、生动的讲解将代数变得前所未有的清晰。有了数学家的指点,曾经令孩子困惑的概念与题目也变得迎刃而解:

变量不再神秘:全书反复强调“正确使用符号”的重要性。别小看这一点,这正是破解“变量恐惧症”的钥匙——当符号用得恰当,孩子就会明白,所谓“变量”其实只是表示数的一个惯用名词,并非高深莫测的数学实体。

以线性方程2x-3=4x为例,教学上通常配合“天平平衡”或“代数瓦片”等直观类比,帮助学生接受每一步的合法性,然而它过于直观,学生将来难以胜任更高阶的数学思维。



线性方程2x-3=4x 的“类比”教学。

正确做法是假设解存在,即设x0是方程的解,然后逐步用代数运算法则(加法交换律、结合律、分配律等)推导和化简。每一步都明确说明,变量在此时已经固定为某个数,这保证了每一个变换都是关于具体数的操作,完全合乎逻辑。


完全不需要去死记硬背一个叫做“变量”的东西。

函数概念一通百通:针对函数概念抽象难懂的问题,伍鸿熙用贴近生活的比喻和严谨的定义相结合的方法,帮孩子建立对“函数就是一种对应关系”的直观理解。书中循序渐进地讲解了一次函数、二次函数等不同类型函数及其图像,让学生在理解概念的同时掌握函数的应用。


书中让孩子想象一杯咖啡在变凉,如果只关心起点和终点的温度,就像只看了一张“快照”;但如果想知道每一分钟,甚至每一秒钟的温度,就需要一张越来越大的表格,最后发现其实一个函数 f(t) 就能把每个时刻的温度都描述清楚。

解方程讲逻辑:书中特别注重培养孩子解方程的逻辑思维。例如,为什么一元一次方程的解在坐标系中形成一条直线?书中给出了深入浅出的原因解释。再如,让许多学生疑惑的“一负一正”规则(负负得正),可以基于分配律等数学原理推导出这个结论的合理性。

用图像辅助理解:针对代数学习中“只会算不会看”的通病,伍教授在书中大量引入“代数图形化”的思想。例如,他详细说明了一元二次函数的抛物线图像如何由代数式推导而来,并通过图形变化直观展示二次项系数、常数项对曲线开口和位置的影响。这种图形与代数结合的直观教学,使学生在大脑中建立起“代数—几何”双重理解,看问题更加全面,学起来也更有趣。

掌握关键技巧:在代数解题技巧方面,书中点出了“配方法”作为连接代数恒等式、方程求解、图像变换以及函数性质的精髓。掌握了配方法,就掌握了解决二次方程和二次函数各种问题的基本工具。与其让孩子刷几十道求根公式的习题,不如让他们真正吃透原理与应用,举一反三的能力由此培养起来。

相比之下,传统教学中那些繁冗的公式推导、呆板的规则记忆,在这里都被更直观、更具启发性的讲解所取代。

03

基础不牢地动山摇

数学思维比刷题更重要

伍鸿熙教授指出,许多时候教师的解释可能对学生起不到任何作用:设想一位教师在给母语非英语的学生上英语课,一个学生问到“huge”是什么意思,教师回答:“enormous”。他是否解释清楚了呢?当然没有!

这个例子就是用“神秘的”还未定义的概念(分数乘法)去解释更初等的结论,显然不符合逻辑。因此,这样的解释是无效的。数学语言是有一定等级的,并非随机放在一起的,某些概念和技巧必须出现在其他概念和技巧之前,因为逻辑推理要求这么做。


这本书的每一页都在努力告诉孩子:“数学是讲道理的,你也完全可以把它学懂!”

代数并不可怕,可怕的是让孩子在不解其意的状态下一味做题。培养了逻辑推理能力和对数学原理的深刻认识,即便在不具备高深数学基础的情况下,也能掌握数学的核心知识。最终,孩子不仅能感受到思维的严密性和数学推理的乐趣,更将具备应对复杂数学问题的能力。

-End-


观点资料来源:《数学家讲解中学数学》


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