如何欣赏数学之美

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  【摘要】数学是理性思维和想象的结合,社会的需要促进了数学的发展,所以就有了数学的美.
  【关键词】应用;文化价值;结论;对称;简洁;奇异
  
  数学被誉为自然科学的皇后,是数和空间的组合,是科学与艺术的结合,是思维的体操,是这个世界之美的原型.新的课程标准,强调要让学生领会数学的美学价值,使学生欣赏、感受数学美已是当前新课改的明确目标之一.“作为从事数学教育的人们,应该尽自己的微薄之力,一方面要为数学宫殿的建设添砖加瓦;另一方面要利用这个思维道路网去指导后来子弟,伴随他们进入思维宫殿中去,让他们真正尝到它的真和美的滋味,并应用它来淳化我们的人格,培养我们适应现代社会的能力,奋力为人类的幸福和社会的繁荣作出贡献.”
  通过对数学美的进一步认识,我认为对数学的欣赏,主要概括为以下三个方面:
  1.广泛的应用
  世界著名大数学家霍格本认为:没有数学知识,我们就不能设计出一种人人都各得其所、没有人再受穷困之苦的合理社会.在人类社会发展中,数学不仅对科学技术的发展起到了巨大的推动作用,同样对社会科学、人文科学的发展都产生了不可低估的影响.数学为经济学论、社会学理论、医疗保健学理论提供了可靠的理论依据;数学甚至对音乐、绘画等等也都产生了一定的影响.数学理论、数学方法、数学观念、数学思想通过各种形式的应用,已广泛地渗透到人类社会的各个角落,指导人们的生产生活实践.
  数学是一门思维的科学,也是一种文化和艺术.数学知识和方法具有基础性、工具性和广泛的应用性.数学为自然科学提供对其进程进行描述、分析、模型化和模拟的概念和语言.数学还为工程技术的设计和模拟、为工业的组织过程和决策过程提供了有效的手段.数学思维的这些手段和功能,正在各行各业以至横跨整个技术劳动力的范围内日益显露出来.从牛顿力学的产生、海王星的发现、电磁波的天才预见,到今天已经相当准确的天气预报、高清晰电视、医学CT扫描、人造地球卫星的回收以及航天器的运行,诸如此类实例都清楚地表明,数学贯穿于人类社会的所有领域、一切过程.这种数学化现实世界无所不在的应用,已经形成了色彩斑斓的环境,使人类社会的每次进步都渗透着一种数学美的光辉.
  2.丰富的文化价值
  新课程标准对数学文化价值的要求:用数学悠久的文化历史来展现数学文化的背景,用数学的广泛应用来感受数学文化的博大精深,用现代文明成果来体现数学文化的功能价值,用数学的美学价值来展现数学文化的无穷魅力.使学生在演绎数学的过程中激发民族自豪感,在理解数学文化的现代文明成果中激发学生努力学习,树立今后能为社会作更大贡献的社会服务使命感.
  总之,认真严格的数学学习和训练,可以使学生树立正确的数学观念,凡是“心中有数”;可以提高学生的逻辑思维能力,思路清晰,条理分明;有助于培养学生认真细致、严谨踏实、一丝不苟的作风;可以使学生养成精益求精的风格;可以提高使用数学知识处理现实世界中各种复杂问题的意识和能力;可以使学生增强拼搏能力和应变能力;可以使学生具有数学上的直觉和想象力等等.这些特有的素质和能力是主要通过数学的学习才能逐步培养起来的,这就是数学教育对素质教育的特有的重要的贡献.
  3.美妙的结论
  数学是大千世界的主力,在有关数学的理论和图形研究中,只要我们注意到这个方面,我们就可以感受到数学的美,为给读者直观的感受,略举数例,和大家分享.
  (1)对称美
  对称的基本解释是指图形或物体两对的两边的各部分,在大小、形状和排列上具有一一对应的关系.比如,梯形的面积公式:S=(a+b)h2;电磁波的波动方程:2E-1c2•2Et2=0,2B-1c2•2Bt2=0,其中,B为磁场强度,E为电场强度,c为光速.这个方程中B与E是对称的,麦克斯韦用纯数学的方法从这些方程中推导出可能存在的电磁波,这种电磁波后来被赫兹发现,由此可得电场与磁场的统一性.
  (2)简洁美
  欧拉给出的公式:V-E+F=2,堪称“简单美”的典范.世间的多面体有多少?没有人能说清楚.但它们的顶点数V、棱数E、面数F,都必须服从欧拉给出的公式.一个如此简单的公式,概括了无数种多面体的共同特性,能不令人惊叹不已?由此还可派生出许多同样美妙的东西.如:平面图的点数V、边数E、区域数F满足V-E+F=2,这个公式成了近代数学两个重要分支——拓扑学与图论的基本公式.由这个公式可以得到许多深刻的结论,对拓扑学与图论的发展起了很大的作用.
  在数学中,像欧拉公式这样形式简洁、内容深刻、作用很大的定理还有许多.比如:
  勾股定理:直角三角形两直角边的平方和等于斜边平方.
  正弦定理:△ABC的外接圆半径为R,则asinA=bsinB=csinC=2R.
  (3)奇异美
  在高二数学(上)(人教版)中我们学习了圆锥曲线,其中我们介绍了三类曲线:椭圆、双曲线、抛物线.那如何判断这三类曲线呢?我们的判断方法就是看其离心率与1的大小关系.当e<1时,形成的是椭圆;当e>1时,形成的是双曲线;当e=1时,形成的是抛物线.虽然常数e由0.999变为1、变为0.001,相差很小,形成的却是形状、性质完全不同的曲线.而这几种曲线又完全可看作不同的平面去截圆锥面所得到的截线,从而体现了数学的奇异.
  数学是揭示宇宙万物基本规律的学科,其中包含的定理、定义、原理等内容都已经系统化和公式化,这种知识所体现的“真”就是科学性的含义,也是数学科学所具有的审美特征的基准.数学知识是“真”的成果,也是“美”的结晶,它往往在深层的内容上能够提高学生的审美能力.
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