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数学讲座:如何学好数学
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数学讲座:如何学好数学
  
       同学们,今天这个讲座的主要目的就是希望同学们知道学习数学对我们每一个人一生的会产生重大的影响。当然,每个同学都会有学习数学的愿望。可是,为什么有些人学习数学就显得很简单,有些有学习就非常吃力呢?同学们一定想知道学好数学有没有什么法宝?我想法宝还是有的,这个法宝就是“兴趣”,兴趣是最好的老师,有了兴趣,你就有了学习,探索的动力,你就有了学习的方向。同学们,如果你的学习是被动的,被老师牵着鼻子走的,那么就不会学得很出色。兴趣如何才能培养呢?这可能是同学们很想知道的,我想通过听今天的讲座,我会告诉同学们一些启示的。下面就从三个方面给同学们讲述一下。
       一、为什么要学习数学?(数学来源于生活,生活离不开数学。数学对个人,社会,世界都会产生影响)
       数学与人类文明一样古老,有文明就一定有数学。数学在其发展的早期就与人类的生活及社会活动有着密切的关系,解决着各种各样的问题:食物、牲畜、工具以及其他生活用品的分配与交换,房屋、仓库的建造,丈量土地,兴修水利,编制历法等。随着数学的发展和人类文明的进步,数学的应用逐渐扩展到更一般的技术和科学领域。从古希腊开始,数学就与哲学建立了密切的联系。近代以来,数学又进入了人文科学领域,并使人文科学的数学化成为一种强大的趋势。
       当今社会,数学的发展,计算机技术的广泛应用,可以说数学的足迹已经遍及人类知识体系的全部领域。从卫星到核电站,高技术的高精度、高速度、高自动、高质量、高效率等特点,无不是通过数学模型和数学方法并借助计算机的控制来实现的。产品、工程的设计与制造,产品的质量控制,经济和科技中的预测和管理,信息处理,资源开发和环境保护,经济决策等,无不需要数学的应用。数学在现代社会中有许多出人意料的应用,在许多场合,它已经不再单纯是一种辅助性的工具,它已成为许多重大问题的关键性的思想与方法,由此产生的许多成果,又悄悄的遍布在我们身边,改变着我们的生活方式。可以说数学对现代社会已产生了深远的影响,我们生活在数学的时代。数学对社会发展的影响,一方面说明了数学在社会发展中的地位和作用,同时,也反映出在未来社会中,社会的主体——人在数学方面所应具备的素养和素质。
       1.数学与军事、战争
       军事与战争是人们所厌恶的,是人类追求和平的敌人。但是它却一直伴随着社会的发展,自从有了社会以来,战争一直连绵不断。而数学在军事与战争中也扮演了无法定义的角色。数学对武器的制造及改进起着很大的作用,16世纪后,许多数学家也是弹道学家,在第一次世界大战乃至第二次世界大战时,计算计算射击火力表一直是数学家的主要任务。数学在战争中发挥重要作用的另一个领域是密码破译,密码加密和破译完全是数学的工作。
       2.数学与艺术
       当你与从事音乐、美术等艺术的人交谈时,只要他们对数学有一定的认识和了解,他们会说,音乐、美术中蕴藏在着数学。绘画艺术中三维现实世界在二维平面上的真实再现,需要依据几何学中的透视理论,因此,艺术家们对透视理论进行了研究,提出了将几何原理应用于绘画的数学透视法。同时,对同一物体在不同平面上的投影的特征的思考,成为射影几何的出发点。
       以分形几何学为理论基础的计算机图形学为艺术家的创作和想像提供了更广阔的空间。利用它创作出的作品是一些形态逼真、充满魅力的分形图形,如分形山脉、分形海岸线、分形云彩、分形湖泊、分形树林,这些作品所表现出来的精湛的技艺,令人赞叹不已。面对分形艺术的巨大冲击,一些美术学院的教授不得不在教案中编入一些分形的内容。不难预料,分形理论及其应用将进一步对绘画、雕塑、建筑设计、广告设计产生深远影响。
       3.数学与生活
       如果说自然科学科学领域和社会科学领域对数学的需求和百姓的生活还有一段距离的话,那么我们看一看在我们的日常生活中,是否也需要数学,数学到底在哪里?事实上,数学对整个社会发展的影响不仅仅局限在上述这些比较专门的领域中,数学在现代社会生产、生活中各个方面的应用越来越广泛,它已渗透到人们的日常生活、工作的方方面面,从每日的天气预报到个人的投资方式(购买股票、购房、保险),从旅游到房屋的布局和装修,到每天电视报纸等新闻媒介中带给人们的各种各样的信息,都与数学有着密切的联系。
衣、食、住、行是社会生活的基础,过去,人们追求的是吃饱、穿暖、实现小康。随着生活水平的提高,人们的目标是均衡的营养、设计新颖的服装、土地的合理利用、舒适的房屋等等,事实上,在日常生活中,就学、就业、住房、医疗、退休、养老等模式,都在发生变化,变得可选择性越来越强,变得越来越需要减少依赖,增强自主,需要百姓运用自己的头脑,分析批判,作出决策。在众多的选择面前,有人如鱼得水,有人无所适从,无论你是否习惯,是否能够接受,“降水概率”已经赫然与电视和报端。有人设想,不久的将来,新闻报道中每一条消息旁都会注明“真实概率”;电视节目的预告中,每个节目旁都会写上“可视度概率”;另外,还有西瓜成熟概率、火车正点概率、药方疗效概率、广告可靠概率等。总之,世间万物本来如此,人们只是借助于数学帮助恢复其本来面目。西方发达国家的人们体会最深的是机会与选择,申请助学金要选择类别;申请住房要选择房间大小;听课要选择教师、教室和时间;看病要选择医生;甚至考试内容、考试方式也都由你选择。不同的选择意味着不同的机会,风险大小来源于你的决策分析。这些决策的作出,需要我们以高率统计等数学知识来武装,人们有了这些数学知识,就可以认识到我们面临的许多问题的条件是变化的、结论不总是唯一的、结论不是绝对可靠的,实物的多样性是普遍的,而必然性、绝对性则是相对的、有条件的。
       在选择中,人们常常考虑的是这样一类问题,即怎样才能达到“最近、最省时间、最短距离、最佳效益”等优化问题。寻求优化是人类的一种本能,一个没有受过任何教育的孩子也知道两点间的距离最短,而且不仅是人类,整个大自然都充斥着这一现象。在我们周围,优化问题几乎随处可见。例如,如何利用有限的空间储存或运送更多的货物;如何在激烈的市场竞争中调整商品的价格,薄利多销,获得最多利润;如何合理安排人员配置,使全员劳动生产率最高;如何使有限的生产资料得到最充分的利用;如何选择出行的最佳路线;等等。把这些问题抽象为一个理论问题,就是如何使系统在给定的情况下,达到最理想的效果。这就需要数学中的最优化理论。
       随着信息时代的到来,每个部门的工作人员都需要懂得计算机控制过程。现在大多数职业都要求从业人员具有分析能力而不单纯是机械的操作技能,所以学校的学生需要更多更强的数学能力作为普通职业的准备。同样在每天的报纸和公众的政策讨论中都广泛使用图表、统计数据。为了更好地参加社会生活不能不要求普通公民具有跟高标准的数量意识。市场经济需要人们掌握更多的数学,随着承包制、股份制、租赁制的进一步推行,市场经济的逐步完善,无论是城市还是广大农村,生产者也是经营者,因而,成本、利润、投入、产出、贷款、效益、股份、市场预测、风险评估等一系列经济词汇频繁使用,买与卖、存款与保险、股票与债券……,几乎每天都会碰到。相应的与这些经济活动相关的数学,例如,比和比例,利息与利率、运筹与优化以及系统分析与决策……,就应当成为中小学数学的必不可少的内容了。
       数学语言的生活化,从另一方面说明了数学在生活中的作用。可以说数学语言是迄今为止唯一的世界通用语言。以准确、简明、抽象著称的数学语言正越来越多地进入人们的日常生活。“+,—”号,降水概率通过电视进入千千万万的家庭;各种统计图表、比例、分数、小数、百分数符号频繁见于报端;各种各样的商品使用说明书中包含有大量的数字信息,诸如商品的体积为***×***×***;商品的重量为1000g±5g。铁道部门的一条规定为旅客所携行李外观大小限于长、宽、高之和不超过160cm,这是一个典型的不定方程问题,这意味着南来北往的每一位旅客应对物体的长、宽、高的概念有准确的理解,并能灵活运用。再如,以往学校的成绩报告单上只有各学科的百分制成绩,现在却有相当多的学校引进了标准分,就是说,作为学生家长的普通公民,应具有更多的统计常识;至于高考语文、数学以120分计分,体现了数学中的加权思想,这样的例子比比皆是。
       科学时代的迅速发展,特别是信息时代的到来,要求人们具有更高的数学素养。现代技术越来越表现为一种数学技术。高科技的发展、应用,把现代数学以技术化的方式迅速辐射到人们日常生活的各个领域。智能机器人、办公自动化以及计算机储蓄、售货,计算机盲将像文盲一样难以适应现代的生活。生活中需要越来越多的数学语言,各种统计图表、数学符号向各行各业普通老百姓传递着大量的信息。
二、数学家的传奇故事(数学家成功的秘决就是对数学如痴如醉的兴趣,数学家为数学事业付出了一生,数学也给了他们很大的回报)
       阿基米德的故事   阿基米德(Archimedes,约前287—212),诞生于希腊叙拉古附近的一个小村庄。他出生于贵族,与叙拉古的赫农王(King Hieron)有亲戚关系,家庭十分富有。阿基米德的父亲是天文学家兼数学家,学识渊博,为人谦逊。阿基米德受家庭的影响,从小就对数学、天文学特别是古希腊的几何学产生了浓厚的兴趣。
       金冠之谜  赫农王让金匠替他做了一顶纯金的王冠,做好后,国王疑心工匠在金冠中掺了银子,但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重,到底工匠有没有捣鬼呢?既想检验真假,又不能破坏王冠,这个问题不仅难倒了国王,也使诸大臣们面面相觑。后来,国王将它交给了阿基米德。阿基米德冥思苦想出很多方法,但都失败了。有一天,他去澡堂洗澡,他一边坐进澡盆里,一边看到水往外溢,同时感到身体被轻轻拖起。他突然恍然大悟,跳出澡盆,连衣服都顾不得穿就直向王宫奔去,一路大声很着“尤里卡”, “尤里卡”(Fureka,我知道了)原来他想到,如果王冠放入水中后,排出的水量不等于同等重量的金子排出的水量,那肯定是掺了别的金属。这就是有名的浮力定律,既浸在液体中的物体受到向上的浮力,其大小等于物体所排出液体的重量。后来,该定律就被命名为阿基米德定律。
       爱国者阿基米德   在阿基米德晚年时,罗马军队入侵叙拉古,阿基米德指导同胞们制造了很多攻击和防御的武器。当侵略军首领马塞勒塞率众攻城时,他设计的投石机把敌人打得哭爹喊娘。他制造的铁爪式起重机,能将敌船提起并倒转,抛至大海深处。传说他还率领叙拉古人民制作了一面大凹镜,将阳光聚焦在靠近的敌船上,使它们焚烧起来。罗马士兵在这频频的打击中已经心惊胆战,草木皆兵,一见到有绳索或木头从城里扔出,他们就惊呼“阿基米德来了”,随之抱头鼠窜。罗马军队被阻入城外达三年之久。最终,于公元前二一二年,罗马人趁叙拉古城防务稍有松懈,大举进攻闯入了城市。此时,阿基米德正在潜心研究一道深奥的数学题,一个罗马士兵闯入,用脚践踏他所画的图形,阿基米德愤怒地与之争论,残暴的士兵哪里肯听,只见他举刀一挥,一位璀璨的科学巨星就此陨落。
       八岁的高斯发现了数学定理
       德国著名大科学家高斯(1777~1855)出生在一个贫穷的家庭。高斯在还不会讲话就自己学计算,在三岁时有一天晚上他看着父亲在算工钱时,还纠正父亲计算的错误。
       长大后他成为当代最杰出的天文学家、数学家。他在物理的电磁学方面有一些贡献,现在电磁学的一个单位就是用他的名字命名。数学家们则称呼他为“数学王子”。
他八岁时进入乡村小学读书。教数学的老师是一个从城里来的人,觉得在一个穷乡僻壤教几个小猢狲读书,真是大材小用。而他又有些偏见:穷人的孩子天生都是笨蛋,教这些蠢笨的孩子念书不必认真,如果有机会还应该处罚他们,使自己在这枯燥的生活里添一些乐趣。这一天正是数学教师情绪低落的一天。同学们看到老师那抑郁的脸孔,心里畏缩起来,知道老师又会在今天捉这些学生处罚了。“你们今天替我算从1加2加3一直到100的和。谁算不出来就罚他不能回家吃午饭。”老师讲了这句话后就一言不发的拿起一本小说坐在椅子上看去了。教室里的小朋友们拿起石板开始计算:“1加2等于3,3加3等于6,6加4等于10……”一些小朋友加到一个数后就擦掉石板上的结果,再加下去,数越来越大,很不好算。有些孩子的小脸孔涨红了,有些手心、额上渗出了汗来。还不到半个小时,小高斯拿起了他的石板走上前去。“老师,答案是不是这样?” 老师头也不抬,挥着那肥厚的手,说:“去,回去再算!错了。”他想不可能这么快就会有答案了。
小欧拉智改羊圈       欧拉是数学史上著名的数学家,他在数论、几何学、天文数学、微积分等好几个数学的分支领域中都取得了出色的成就。不过,这个大数学家在孩提时代却一点也不讨老师的喜欢,他是一个被学校除了名的小学生。
       事情是因为星星而引起的。 当时,小欧拉在一个教会学校里读书。有一次,他向老师提问,天上有多少颗星星。老师是个神学的信徒,他不知道天上究竟有多少颗星,圣经上也没有回答过。其实,天上的星星数不清,是无限的。我们的肉眼可见的星星也有几千颗。这个老师不懂装懂,回答欧拉说:"天有有多少颗星星,这无关紧要,只要知道天上的星星是上帝镶嵌上去的就够了。"
       欧拉感到很奇怪:"天那么大,那么高,地上没有扶梯,上帝是怎么把星星一颗一颗镶嵌到一在幕上的呢?上帝亲自把它们一颗一颗地放在天幕,他为什么忘记了星星的数目呢?上帝会不会太粗心了呢?   他向老师提出了心中的疑问,老师又一次被问住了,涨红了脸,不知如何回答才好。老师的心中顿时升起一股怒气,这不仅是因为一个才上学的孩子向老师问出了这样的问题,使老师下不了台,更主要的是,老师把上帝看得高于一切。小欧拉居然责怪上帝为什么没有记住星星的数目,言外之意是对万能的上帝提出了怀疑。在老师的心目中,这可是个严重的问题。         在欧拉的年代,对上帝是绝对不能怀疑的,人们只能做思想的奴隶,绝对不允许自由思考。小欧拉没有与教会、与上帝"保持一致",老师就让他离开学校回家。但是,在小欧拉心中,上帝神圣的光环消失了。他想,上帝是个窝囊废,他怎么连天上的星星也记不住?他又想,上帝是个独裁者,连提出问题都成了罪。他又想,上帝也许是个别人编造出来的家伙,根本就不存在。         回家后无事,他就帮助爸爸放羊,成了一个牧童。他一面放羊,一面读书。他读的书中,有不少数学书。         爸爸的羊群渐渐增多了,达到了100只。原来的羊圈有点小了,爸爸决定建造一个新的羊圈。他用尺量出了一块长方形的土地,长40米,宽15米,他一算,面积正好是600平方米,平均每一头羊占地6平方米。正打算动工的时候,他发现他的材料只够围100米的篱笆,不够用。若要围成长40米,宽15米的羊圈,其周长将是110米(15+15+40+40=110)父亲感到很为难,若要按原计划建造,就要再添10米长的材料;要是缩小面积,每头羊的面积就会小于6平方米。       小欧拉却向父亲说,不用缩小羊圈,也不用担心每头羊的领地会小于原来的计划。他有办法。父亲不相信小欧拉会有办法,听了没有理他。小欧拉急了,大声说,只有稍稍移动一下羊圈的桩子就行了。       父亲听了直摇头,心想:"世界上哪有这样便宜的事情?"但是,小欧拉却坚持说,他一定能两全齐美。父亲终于同意让儿子试试看。         小欧拉见父亲同意了,站起身来,跑到准备动工的羊圈旁。他以一个木桩为中心,将原来的40米边长截短,缩短到25米。父亲着急了,说:"那怎么成呢?那怎么成呢?这个羊圈太小了,太小了。"小欧拉也不回答,跑到另一条边上,将原来15米的边长延长,又增加了10米,变成了25米。经这样一改,原来计划中的羊圈变成了一个25米边长的正方形。然后,小欧拉很自信地对爸爸说:"现在,篱笆也够了,面积也够了。"         父亲照着小欧拉设计的羊圈扎上了篱笆,100米长的篱笆真的够了,不多不少,全部用光。面积也足够了,而且还稍稍大了一些。父亲心里感到非常高兴。孩子比自己聪明,真会动脑筋,将来一定大有出息。       父亲感到,让这么聪明的孩子放羊实在是及可惜了。后来,他想办法让小欧拉认识了一个大数学家伯努利。通过这位数学家的推荐,1720年,小欧拉成了巴塞尔大学的大学生。这一年,小欧拉13岁,是这所大学最年轻的大学生。
       报效祖国宏愿------ 华罗庚的故事同学们都知道,华罗庚是一位靠自学成才的世界一流的数学家。他仅有初中文凭,因一篇论文在《科学》杂志上发表,得到数学家熊庆来的赏识,从此华罗庚北上清华园,开始了他的数学生涯。       1936年,经熊庆来教授推荐,华罗庚前往英国,留学剑桥。20世纪声名显赫的数学家哈代,早就听说华罗庚很有才气,他说:“你可以在两年之内获得博士学位。”可是华罗庚却说:“我不想获得博士学位,我只要求做一个访问者。”“我来剑桥是求学问的,不是为了学位。”两年中,他集中精力研究堆垒素数论,并就华林问题、他利问题、奇数哥德巴赫问题发表18篇论文,得出了著名的“华氏定理”,向全世界显示了中国数学家出众的智慧与能力。         1946年,华罗庚应邀去美国讲学,并被伊利诺大学高薪聘为终身教授,他的家属也随同到美国定居,有洋房和汽车,生活十分优裕。当时,不少人认为华罗庚是不会回来了。       新中国的诞生,牵动着热爱祖国的华罗庚的心。1950年,他毅然放弃在美国的优裕生活,回到了祖国,而且还给留美的中国学生写了一封公开信,动员大家回国参加社会主义建设。他在信中坦露出了一颗爱中华的赤子之心:“朋友们!梁园虽好,非久居之乡。归去来兮……为了国家民族,我们应当回去……”虽然数学没有国界,但数学家却有自己的祖国。         华罗庚从海外归来,受到党和人民的热烈欢迎,他回到清华园,被委任为数学系主任,不久又被任命为中国科学院数学研究所所长。从此,开始了他数学研究真正的黄金时期。他不但连续做出了令世界瞩目的突出成绩,同时满腔热情地关心、培养了一大批数学人才。为摘取数学王冠上的明珠,为应用数学研究、试验和推广,他倾注了大量心血。据不完全统计,数十年间,华罗庚共发表了152篇重要的数学论文,出版了9部数学著作、11本数学科普著作。他还被选为科学院的国外院士和第三世界科学家的院士。       从初中毕业到人民数学家,华罗庚走过了一条曲折而辉煌的人生道路,为祖国争得了极大的荣誉。 
         三、趣味数学(每当你遇到一个难题,选择前进,你就有可能战胜困难,享受成功的喜悦。你想不想试试?或许,你的兴趣就从这里培养了呢)
        1、(2-1)(2+1)(22+1)(24+1)……(232+1)+1的个位数字。
       2、概率主要研究不确定事件,它起源于博弈问题。15—16世纪,意大利数学家们曾讨论“如果两个人赌博提前结束,该如何分配赌金”的问题。比如两个人做掷硬币游戏,掷出正面甲得1分,掷出反面乙得1分,先得到10分的人,赢得一个大蛋糕。如果游戏因故中途结束,此时甲得了8分,乙得了7分,那么他们应如何分配这个蛋糕?
       3、有10个人,编号分别是①,②,③,④,⑤,⑥,⑦,⑧,⑨,⑩。10个人任意站成一排,①号站在②号前面的概率有多大?
       4、如何分牛
       很久以前,印度有个老人,他临死前把三个儿子叫到跟前说:“我就要去见真主了,没有其他东西留给你们,只有19头牛,你们哥三分吧!老大分总数的二分之一,老二分总数的四分之一,老三分总数的五分之一。”说完就断气了。这19头牛,怎么分才好呢?三个儿子正在发愁,这时,有个农民牵着一头牛从门前经过,看到这三兄弟在唉声叹气,问明原因后,他思索了片刻就说:“这个问题很容易解决。”按照这个农民的办法,果然很圆满地解决了。同学们,你们能想出这个农民用的什么办法吗?
       四、树立信心,培养兴趣,学好数学。(学好数学需要信心,兴趣,毅力)    
        同学们,你们都是祖国未来的建设者,为了自己,为了父母,为了国家,学好数学吧!相信自己一定能学好,遇到难题敢于动手动脑,自己解决不了时,向老师和同学请教。
       总之,相信同学们会和数学成为朋友,多做些数学题,就是对数学最大的礼物,数学会根据礼物的多少,给你们奖励和回报的。快快行动,比一比谁的奖品最多,谁和数学是最好的朋友!
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