滲透數學文化 培育時代新人
作者:?劉許友 史曉霞
發布時間:2021-12-06 10:49:00 來源:陜西教育報刊社
《普通高中數學課程標準》中明確指出,高中數學課程要處理好數學學科核心素養與知識技能之間的關系,強調數學與生活以及其他學科的聯系,提升學生應用數學解決實際問題的能力,同時注重數學文化的滲透。以此為導向,近幾年的高考試題中融入了大量的以數學文化為背景的好題,不但考查學生的數學知識,而且有意識地培養學生的數學素養、道德情操,真正做到了全程育人、全方位育人。這些試題頻見于期刊,這里不再贅述。筆者主要收集了一些在高三教學中發現的好題,以饗讀者。
一、滲透數學文化,體現數學人文價值
1.數學文化滲透在立體幾何中
例1.(2020年東北師大附中二模)我國古代勞動人民在筑城、筑堤、挖溝、挖渠、建倉、建囤等工程中,積累了豐富的經驗,總結出了一套有關體積、容積計算的方法,這些方法以實際問題的形式被收入我國古代數學名著《九章算術》中。《九章算術·商功》中有:“斜解立方,得兩塹堵。斜解塹堵,其一為陽馬,一為鱉臑。陽馬居二,鱉臑居一,不易之率也。合兩鱉臑三而一,驗之以棊,其形露矣。” 下圖解釋了這段話中由一個長方體得到塹堵、陽馬、鱉臑的過程。已知塹堵的內切球半徑為1,則鱉臑的體積的最小值為______。
評析:我國古代有著非常輝煌的數學研究成果,涌現出了許多數學家和數學專著。《九章算術》是我國古代第一部數學專著,是《算經十書》中最重要的一部,其內容十分豐富:全書不但總結了戰國、秦、漢時期的數學成就,而且在數學史上首次闡述了負數及其加減運算法則。它的出現標志著我國古代數學形成了完整的知識體系。近幾年的高考卷中有很多試題都是從數學名著中選取素材,考查知識的同時,也讓學生了解中國燦爛的數學文化,培養學生的數學素養與情懷。
2.數學文化滲透在概率運算中
例2.(2020年山西太原模擬)七巧板是中國古代勞動人民發明的一種傳統智力玩具,由五塊等腰直角三角形、一塊正方形和一塊平行四邊形共七塊板組成。(清)陸以湉《冷廬雜識》卷一中寫道:“近又有七巧圖,其式五,其數七,其變化之式多至千余。體物肖形,隨手變幻,蓋游戲之具,足以排悶破寂,故世俗皆喜為之。”如圖是一個用七巧板拼成的正方形,若在此正方形中任取一點,則此點取自陰影部分的概率為______。
評析:七巧板游戲是大家喜聞樂見的,更是許多學生喜歡玩的智力游戲。該試題以七巧板為背景,考查幾何概型概率的計算。將這種蘊含著數學原理的智力游戲改編成試題,增強了考題的趣味性,也加深了學生對數學的重新認識:數學是好玩的!
3.數學文化滲透在導數運算中
例3.(2020年重慶八中月考)我們把分子、分母同時趨近于0的分式結構稱為[0/0]型。比如當[x→0]時,[ex-1/x]即為[0/0]型。兩個無窮小之比的極限可能存在,也可能不存在。因此,求這類極限時往往需要適當的變形,轉化為利用極限運算法則或重要極限的形式進行計算。洛必達法則是在一定條件下通過對分子、分母分別求導再求極限來確定未定式值的方法。如,
評析:該試題給出洛必達法則的內容和運算方法,讓學生快速理解并遷移到試題中,考查學生的讀題能力、數學理解能力以及對知識的遷移能力。這一類試題大都取材于一些高等數學知識,比如一些特殊的函數高斯函數、黎曼函數、狄利克雷函數等,一些獨特的數學概念泰勒級數、費馬數、阿波羅尼斯圓、皮克定理、凹凸函數等,一些特殊的數學思想極限理論、逼近思想、分割思想等。這些知識激發了學生的學習興趣,同時也讓學生對數學未知領域充滿了向往。
4.數學文化滲透于解析幾何中
例4.(2020年陜西銅川一中期末)圖1為陜西歷史博物館的藏品金筐寶鈿團花紋金杯,杯身曲線內斂,玲瓏嬌美。該杯形幾何體的主體部分可以近似看作雙曲線C:[x23]-[y29]=1的右支與直線[x=0,y=4,y=-2]所圍成的曲邊四邊形MABQ繞[y]軸旋轉一周得到的幾何體。如圖2所示,N、P分別為雙曲線C的漸近線與直線[y=4,y=-2]的交點,曲邊五邊形MNOPQ繞y軸旋轉一周得到的幾何體的體積可由祖暅原理(冪勢既同,則積不容異。意思是兩等高的幾何體,如果在同高處被截得的兩幾何體的截面面積均相等,那么這兩個幾何體的體積相等)求得,據此求得該金杯的容積是(杯壁厚度忽略不計)______ 。
評析:該試題是從歷史文物入手,提煉出解析幾何與立體幾何知識相融合的數學試題,具有一定的綜合性。前人為我們留下的一些經典音樂、繪畫、雕塑、建筑等藝術作品作為人類文化的瑰寶,具有非凡的魅力,也常常蘊含著深刻的數學內容、經典的數學方法,許多學者從中持續不斷地開發出一些新型的數學試題。這些試題提升了學生的審美情趣和藝術修養,同時也讓學生了解到數學是無處不在的,數學的應用是多元的,數學的魅力是無限的,數學是美的!
5.數學文化滲透于數列綜合應用中
例5.(2020年吉林第二次調研試題)牛頓(1643.1.4—1727.3.31),英國皇家學會會長,著名物理學家,同時在數學上也有許多杰出貢獻。牛頓用“作切線”的方法求函數f(x)的零點時給出一個數列[xn]:滿足[xn+1=xn-fxnfxn],我們把該數列稱為牛頓數列。如果函數[f(x)=ax2+bx+c(a>0)]有兩個零點1、2,數列[xn]為牛頓數列,設[an=1nxn-2xn-1],已知[a1=2],[xn>2,]則[an]的通項公式為______。
評析:該試題以偉大的物理學家牛頓命名的牛頓數列為試題背景,綜合考查函數與數列知識,具有一定的難度,同時也讓我們認識到牛頓不僅是一位杰出的物理學家,而且在數學領域也頗有建樹,是一位百科全書式的“天才”。
6.數學文化滲透于程序框圖應用中
例6.(2020年桂林調研考試)很多關于整數規律的猜想都通俗易懂,吸引了大量的數學家和數學愛好者,有些猜想已經被數學家證明,如“費馬大定理”,但大多數猜想還未被證明,如“哥德巴赫猜想”“角谷猜想”。“角谷猜想”的內容是:對于每一個正整數,如果它是奇數,就將它乘以3再加1;如果它是偶數,則將它除以2。如此循環,最終都能得到1。下圖為研究“角谷猜想”的一個程序框圖,若輸入n的值為10,則輸出的i的值_____。
評析:數學史上,長時期未能解決的數學猜想特別多,并且很多都是世界級的難題!這些猜想如同鑲嵌在數學皇冠上的明珠,千百年來吸引著眾多數學家為其不懈努力!本題以著名的“角谷猜想”為背景,讓學生了解“角谷猜想”的基本內容并進行簡單的應用,提升了學生的數學興趣和解決這些猜想的無限動力!
二、 結合時政新聞,體現數學德育功能
例7.(2020年陜西省高三二模)2019年底,武漢突發新冠肺炎疫情,2020年初開始擴散。黨中央、國務院面對“突發災難”果斷采取措施,舉國上下,萬眾一心支持武漢,全國各地醫療隊陸續增援湖北,紛紛投身疫情防控與救治病人之中。為了分擔“抗疫英雄”的后顧之憂,某校教師志愿者開展“愛心輔導”活動,為抗疫前線醫務工作者子女進行在線輔導。春節期間隨機安排甲、乙兩位志愿者為一位初中生輔導功課共3次,每位志愿者至少輔導1次,每一次只有1位志愿者輔導,則甲恰好輔導2次的概率為_____。
評析:這類試題往往以國家正在發生的時事新聞、新方針政策、公眾共同關注的熱點問題等為背景,甄選一個角度,抽象出數學模型,提煉出數學問題。既能達到一般試題的考查效果,也能達到育人的目的。這道試題解決起來并不難,學生可以很快地將題干部分轉化成熟悉的概率模型。似乎前面的“情境”無關緊要、可有可無,但正如前面所言“我們要借助一切機會進行全程育人、全方位育人,將我國眾志成城、萬眾一心、合力抗疫的英雄壯舉融入到數學試題中去,培育學生的大愛大德大情懷”!
筆者引用幾例以此說明數學文化越來越多地被我們數學工作者重視,正“潤物細無聲”地滲透到教學的各個環節中去!筆者也呼吁:讓我們攜起手來,共同挖掘數學文化,將其運用到教學中去,為培養新時代新人共同努力!
作者單位 陜西省西安市第七十中學 西安市慶安初級中學
