为什么要学习数学
大学数学(包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计) 是高等院校理工类、经管类、农林类与医药类等各专业的公共基础课程. 如今, 即使以往一般不学数学的纯文科类专业也普遍开设了大学数学课程. 为什么现在对它的学习受到如此大的重视呢? 具体来说, 大致有以下两方面的原因:
首先是因为当代数学及其应用的发展. 进入20世纪以后, 数学向更加抽象的方向发展,各个学科更加系统化和结构化, 数学的各个分支学科之间交叉渗透, 彼此的界限已经逐渐模糊. 时至今日, 数学学科的所有分支都或多或少地联系在一起, 形成了一个复杂的、相互关联的网络. 纯粹数学和应用数学一度存在的分歧在更高的层面上趋于缓和, 并走向协调发展. 总而言之, 数学科学日益走向综合, 现在已经形成了一个包含上百个分支学科、各学科相互交融渗透的庞大的科学体系, 这充分显示了数学科学的统一性.
数学与其它学科之间的交叉、渗透与相互作用, 既使得数学领域在深度和广度上进一步扩大, 又促进众多新兴的交叉学科与边缘学科的蓬勃发展, 如金融数学、生物数学、控制数学、定量社会学、数理语言学、计量史学、军事运筹学,等等。这种交融大大促进了各相关学科的发展，使得数学的应用无处不在. 20世纪下半叶, 数学与计算机技术的结合产生了数学技术. 数学技术的迅速兴起, 使得数学对社会进步所起的作用从幕后走向台前. 计算机的迅速发展和普及, 仅为数学提供了强大的技术手段, 也极大地改变了数学的研究方法和思维模式. 所谓数学技术, 就是数学的思想方法与当代计算机技术相结合而成的一种高级的、可实现的技术. 数学的思想方法是数学技术的灵魂, 拿掉它数学技术就只剩下一个空壳. 数学技术对于人类社会的现代化起着极大的推动作用. 正是在这个意义上, 联合国教科文组织把21世纪的第一年定为“世界数学年”, 并指出“纯粹数学与应用数学是理解世界及其发展的一把主要钥匙”.
其次是因为数学能够很好地培养人的理性思维. 数学除了是科学的基础和工具外, 还是一种十分重要的思维方式与文化精神. 美国国家研究委员会在一份题为“人人关心数学教育的未来”的研究报告中指出: “除了定理和理论外, 数学提供了有特色的思考方式, 包括建立模型、抽象化、最优化、逻辑分析、由数据进行推断以及符号运算等. 它们是普遍适用的、强有力的思考方式. 应用这些数学思考方式经验构成了数学能力——在当今这个技术时代里日益重要的一种智力. 它使人们能批判地阅读, 能识别谬误, 能探索偏见, 能估计风险, 能提出变通办法. 数学能使我们更好地了解我们生活在其中的充满信息的世界.”数学在形成人类的理性思维方面起着核心的作用, 而我国的传统文化教育在这方面恰恰是不足的. 一位西方数学史家曾说过: “我们讲授数学不只是要教涉及量的推理, 不只是把它作为科学的语言来讲授——虽然这些都很重要——而且要让人们知道, 如果不从数学在西方思想史上所起的重要作用方面来了解它, 就不可能完全理解人文科学、自然科学、人的所有创造和人类世界.”
数学文化包括哪些方面
高中数学课程经过了二十多年持续性的教学改革，特别是经过了近年来新课改的冲击与洗礼，课堂教学整体面貌应该说已有了很大的改观。在一波又一波改革的推动下，各种新的教育理论、思想、观点纷至沓来，各种新的教育教学模式、方法、技术、手段不断涌进课堂。那么，在高中数学教学中如何贯彻新课程理念？
1.注重数学文化的培养。
数学是人类文化的重要组成部分。数学课程原本就应当与现实生活接轨，适当反映数学的历史、应用与发展趋势。在新教材中体现了数学的文化价值，提出了对“数学文化”的学习要求，对于数学文化,可作如下分类：体现科学价值的内容；体现应用价值的内容；体现人文价值的内容和体现美学价值的内容。教材中所体现的数学文化的不同分类是与不同的数学内容相关的，而选取的数学文化内容体现了以下价值取向：民族自豪感；热爱科学；热爱自然；重视历史；重视社会效益等。数学的思维方式更是教育学生理性分析问题，理智思考问题，三思而后行。通过这些内容体现数学对推动社会发展的作用、数学的社会需求、数学的美学价值、数学的思想体系、数学家的创新精神。如此美丽的数学文化，若能在数学课堂淋漓尽致地得到体现，那我们的课堂该有多精彩？我们的学生该有多喜爱数学？他们在习得技能的同时，还受到文化的熏陶，体会到数学的文化品位，那是多么美妙的境地。数学知识将不断地累积、沉淀于学习者的心中，并伴随着他的一生，支持他的工作和生活。
2.关注初高中衔接问题。
初教高一时，深感高中教材跨度大，知识难度、广度、深度的要求大幅提高。这种巨大的差异，使刚从初中升到高中的学生一下子无从适应，数学成绩出现严重的滑坡，总感数学难学，信心不足。由于大部分学生不适应这样的变化，又没有为此做好充分的准备，仍然按照初中的思维模式和学习方法来学习高中数学知识，不能适应高中的数学教学，于是在学习能力有差异的情况下出现了成绩分化，学习情绪急降。教师应特别关注此时的衔接，要充分了解学生在初中阶段学了哪些内容？要求学到什么程度？哪些内容在高中阶段还要继续学习？等等。注意初高中数学学习方式的衔接，重视培养学生正确对待困难和挫折的良好心理素质和适应性能力，重视知识形成过程的教学，激发学生主动的学习动机，加强学法指导，引导学生阅读、归纳、总结，提高学生的自学能力，善于思考、勇于钻研的意识。
3.创建有效的问题情境。
《数学课程标准》指出：“数学教学要紧密联系学生的生活环境，从学生的经验和已有知识出发，创设有助于学生自主学习、合作交流的情境。”一个好的问题情境，能激发学生的学习兴趣，引起学生的数学思考。因此，教师在创设问题情境时，一定要注意到情境创设的有效性。那么，如何创设有效的问题情境呢？首先，要构建真实的问题情境。“真实的问题”是指必须与学生生活直接相关的问题。其次，要为学生提供适当的思考空间。创设问题情境的核心是要激活学生的思维，引导学生进行创造性的思考。再次，问题情境要紧扣有关的数学学习内容。数学学习的最终目标是让学生在解决问题过程中获得对数学知识的理解与掌握，并形成数学思考的能力。最后，问题要有趣味性，即将问题置于生动有趣的情境中。如在讲线性规划之前，先引入如何在给定的资金下获得最大的利润，这样学生会觉得更有趣。此外，问题情境的呈现要根据高中生年龄特点和心理特点做出适当的选择。高中生一般对“有用、有挑战性”的任务感兴趣。因此，教学中结合教学内容可以从生活中的具体事实或有趣现象或数学知识的实际应用引出问题，让学生在生动具体而富有情趣的情境中发现问题、思考问题和解决问题。
4.组织有效的探究活动。
探究性学习是在教师的指导下和课堂集体教学的环境中进行的，是学生自己探索问题、研究问题、解决问题的一种学习方式，是新课程标准所倡导的重要理念之一。在探究性学习中，学生是主体。要在课堂有限的时间与空间里有效地开展探究性学习，教师的组织尤其重要。具体做法是：
首先，创设良好的探究情境。在课堂教学中，教师应尽量为学生创设仿真性的探究情境，帮助学生在真实的情境中通过解决一些相对复杂而灵活的挑战性问题来学习。
其次，灵活采用探究的形式。探究形式通常有学生个人独立探究、学生临时组合方式共同探究、既定的小组合作探究和班级集体探究等。课堂上，可根据不同的探究需要，采用一种形式，也可以几种方式交叉进行，使探究活动更加深入充分。
再次，热情地参与学生的探究。教师的参与会对学生产生巨大的支持与鼓励。教师的热情对学生有强烈的感染力，它能激发学生的探究动机和探究热情，促进学生主动探究。
最后，促进学生在探究中的互动与交流。在探究过程中，第一，教师要促进学生学习小组内部的交流与互动。第二，教师应鼓励学习小组与学习小组之间进行对话，并为这种交往、交流提供条件。第三，教师要组织好全班学生的交流，使全体学生在演示与观察、表达与交流中共同学习。
5.重视高中数学概念教学，寻找概念的根，理解概念的魂。
概念教学不能“就事论事”，只注重这个“点”，只会“见木不见林”，应该找到知识体系大树中，概念的根深藏于什么位置，围绕根来开展教学，这是概念生成的基础。
在进行 教学设计 前，先问自己几个问题：（1）概念的来源理清了吗？（2）概念的内涵与外延是什么？（3）与之相关概念的相互关系是什么？（4）概念有什么文化作用？例如，向量概念，高中阶段数学和物理所使用的传统定义是：向量是一种既有大小又有方向的量。物理中的向量概念又叫矢量，例如速度、加速度、力等就是这样的量，它们是有自己的准确含义的；数学中的向量概念，它舍弃了物理中的实际意义，抽象为数学中的概念，强调的是向量的几何意义，这是可以推广到高维空间或更为抽象的空间中去的。到了大学阶段，相关的定义发生了变化：理论力学中发现，有大小和方向的量不一定是向量，例如有限转动；泛函分析中实数集合按照加法和乘法构成了向量空间，没有大小方向的实数成了向量，所以对于向量又有了代数定义。
掌握了概念的根，就可以准确把握向量在不同教学阶段的不同含义和不同的教学要求：先从实际模型抽象出概念，然后用数学方法研究性质，最后运用模型解决问题，这样就体现了数学知识产生和发展的过程，突出了数学的来龙去脉，有助于学生理解数学的本质，从容形成对数学的完整认识。
什么是数学?曾经有一种非常普遍的说法,即“数学是锻炼思维的体操”,学数学就是为了培养逻辑思维能力.对于数学,绝大多数人的印象是严格、抽象,或者还有单调、枯燥,就象数学家G·波利亚所担忧的：“数学在各门课程中是最不得人心的一门功课,其名声不佳……”.那么,数学真的不过是一种“思维体操”,仅此而已?随着新世纪的到来,随着人们对数学更深层次的认识,数学的文化现象已明显的凸现了出来.“数学是一种文化”,已成为定论,而作为文化是可以被继承和发展的.细细想来,事实确是如此,世界上的语言、文字、宗教、党派都有地域之分,但世上只有一种数学,数学定理又能万世流传,数学确实是最具有文化特征的了.
数学确实是一种文化.
王梓坤先生在《今日数学与应用》一文中总结了数学在四个方面的巨大作用,其中一条就是“对全体人民的科学思维与文化素质的哺育”.他进一步指出：“数学文化具有比数学知识体系更为丰富和深邃的文化内涵,数学文化是对数学知识、技能、能力和素质等概念的高度概括.”我们学习数学不仅是为了获取知识,更能通过数学学习接受数学精神、数学思想和数学方法的熏陶,提高思维能力,锻炼思维品质.前苏联数学家辛钦也指出：数学教育不仅可以培养人正直与诚实的品质,也能锻炼人顽强的意志与勇气.难怪英国的法律大学,抑或美国西点军校,都开设了许多高深的数学课程,其目的不言而喻.
日本数学教育家米山国藏在从事了多年数学教育之后,说过一段意味深长的话：学生们在初中或高中所学到的数学知识,在进入了社会之后,如果没有什么机会应用,那么这种作为知识的数学,通常在出校门后不到一两年就会忘掉,然而他们不管从事什么工作,那种铭刻在人脑中的数学精神和数学思想方法,会长期的在他们的工作和生活中发挥着重要作用,这无疑是对数学文化内涵的一个精彩注释.
由此可见,数学的文化性体现在：它可以帮助我们更好的认识自然,了解世界,适应生活；它可以促进我们有条理的思考,有效的表达与交流,运用数学去分析问题和解决问题；它可以发展我们的主动性、责任感和自信心,培养我们实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神.可以这么说,良好的数学修养是人的一生的可持续发展的基础.在未来社会里,没有相当的数学知识,就是没有文化,就是“文盲”.
数学是一种文化,那么,数学究竟是精英文化还是大众文化?看看伟大的数学家庞加莱是怎么说的,庞加莱说：
科学家研究自然并不是因为它有用,他研究它是因为他喜爱它,他喜爱它是因为它美.如果它不美,它就不值得被人知道,而如果自然不值得知道,人也就不值得活下去.当然,我这里说的并不是那种激动感官的美———那种品质上和外观上的美；并不是我低估那种美,远远不是如此,但那种美跟科学不相干；我说的是各部分之间和谐有序的更深刻的美,是一个纯洁的心灵所能掌握的美.
显然,庞加莱指的“科学”主要是理论科学,包括数学.他似乎也支持科学（包括数学）是一种精英文化.
今天看来,庞加莱的观点似乎叫人难以接受.我们认为,数学过分地远离公众,并不是一件好事；数学所具有的客观性,是任何智慧生命所不可避免的“命运”；一个数学问题或理论,如果只有一个人或少数几个人研究过,无法继承下去,最终只能成为后人从陈年故纸堆中翻出来的思维调料,这样的数学就算不上是好的数学.数学作为一种文化要被继承和发展,并不是几个数学家的事,而是大众的事,这注定了数学是一种大众文化.
当我们打开现行数学新教材时,无论是初中教材还是高中教材,数学的“文化味”扑面而来,那一幅幅充满“人性化”的插图,那一篇篇“通俗化”的阅读材料,无不透射出当代数学教育的“人性化”、“通俗化”、“大众化”的教育理念.的确,以弘扬“数学文化”为核心的数学教育才是科学的数学教育,才是完整的数学教育.然而,由于长期受应试教育的影响,我们的数学教育依然存在着某些误区：数学课程过分强调它的“逻辑性”、“演绎性”、“封闭性”；课堂教学中,解题教学占据了主导地位.通过大量练习来学习数学,是当今我国数学教学的主旋律.通过大量模仿性练习,这对提高学生基本运算能力、逻辑推演能力和解题能力的确有效,但培养这样的学生除了暂时能解几道题,还能干什么呢?他们无法体会到数学的文化价值,更缺乏创新精神,这不能不说是数学教育的一个严重的缺陷.要彻底改变这种现状,教材的改革固然重要,但归根到底还是取决于选拔人才机制的变革,取决于教育理念的更新,而教师有着责无旁贷的责任.
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