如何利用數(shù)學(xué)的美激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

長(zhǎng)期以來，在數(shù)學(xué)教學(xué)中，人們重視基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的傳授與訓(xùn)練，而忽視了美育的滲透，不善于發(fā)掘數(shù)學(xué)本身所特有的美，不注意用數(shù)學(xué)美來誘發(fā)學(xué)生的求知欲，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣；不重視引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)美，鑒賞數(shù)學(xué)美，更談不上引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造數(shù)學(xué)美，以致使一些學(xué)生感到數(shù)學(xué)抽象、枯燥，失去學(xué)好的信心。著名數(shù)學(xué)家陳省身先生曾不止一次地提出：“數(shù)學(xué)是美的。”數(shù)學(xué)的美體現(xiàn)在方方面面，也許美在她是探求世間現(xiàn)象規(guī)律的出發(fā)點(diǎn)，也許美在她用幾個(gè)字母符號(hào)就能表示若干信息的簡(jiǎn)單明了，也許美在她大膽假設(shè)和嚴(yán)格論證的偉大結(jié)合，也許美在她對(duì)一個(gè)問題論證時(shí)殊途同歸的奇妙感受，也許美在數(shù)學(xué)家耗盡終生論證定理的鍥而不舍，也許美在她在幾乎所有學(xué)科中的廣泛應(yīng)用。那么什么是數(shù)學(xué)美，在教學(xué)中，如何發(fā)揮數(shù)學(xué)的美育功能呢？本文擬就這個(gè)問題做初步探討。

數(shù)學(xué)是研究客觀世界數(shù)量關(guān)系和空間形式的科學(xué)。數(shù)學(xué)美即是蘊(yùn)藏于她所特有的抽象概念、公式符號(hào)、命題模型、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、推理論證、思維方法之中以及自然、簡(jiǎn)單、嚴(yán)謹(jǐn)、和諧等形式當(dāng)中，她是數(shù)學(xué)創(chuàng)造的自由形式，她揭示了規(guī)律性，是一種科學(xué)的真實(shí)美。數(shù)學(xué)的魅力是多方面的、具體的、意義深刻的，其主要表現(xiàn)在以下4方面：

一、自然美

數(shù)學(xué)存在的意義，在于理性地揭示自然界的一些現(xiàn)象、規(guī)律，幫助人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然。可以這樣說，數(shù)學(xué)是取諸生活而用諸生活的。數(shù)學(xué)最早的起源，大概來自古代人們的結(jié)繩記事，一個(gè)一個(gè)的繩扣，把數(shù)學(xué)的根和生活從一開始就牢牢地系在了一起。后來出現(xiàn)的記數(shù)法，是牲畜養(yǎng)殖或商品買賣的需要，古代幾何學(xué)的產(chǎn)生，是為了丈量土地。中國(guó)古代的眾多數(shù)學(xué)著作（如：《九章算術(shù)》）中，幾乎全是對(duì)于某個(gè)具體問題的探究和推廣。阿基米德的數(shù)學(xué)成果，都用于當(dāng)時(shí)的軍事、建筑、工程等眾多科學(xué)領(lǐng)域，牛頓見物象而思數(shù)學(xué)之所出，即有微積分的創(chuàng)作。費(fèi)爾瑪和笛卡兒一起奠定的解析幾何的基礎(chǔ)理論及歐拉對(duì)變分法（最終尋求的是極值函數(shù)，使得泛函數(shù)取得極大或極小值）的開創(chuàng)性發(fā)明也是由探索自然界的現(xiàn)象而引起的。

二、簡(jiǎn)潔美

簡(jiǎn)單性是美的特征，也是數(shù)學(xué)美的基本內(nèi)容。數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)單美具有形式簡(jiǎn)潔、秩序規(guī)整和高度統(tǒng)一的特點(diǎn)，還具有數(shù)學(xué)規(guī)律的普遍性和應(yīng)用的廣泛性。例如，眾所周知的三角形、平行四邊形、梯形的面積公式，形式多么簡(jiǎn)潔規(guī)整，應(yīng)用又多么的廣泛普遍。在梯形的面積公式s=1/2(a+b)h(a為上底，b為下底，h為高）中，當(dāng)a=0時(shí)變成三角形的面積公式；當(dāng)a=b時(shí)，變成平行四邊形的面積公式，這種既有區(qū)別又有聯(lián)系、既對(duì)立又統(tǒng)一、從量變到質(zhì)變的辨證方法在數(shù)學(xué)中處處可見，其思維方式引人深思。

“數(shù)學(xué)是語言所能達(dá)到的最高境界。”如果說，詩歌的簡(jiǎn)潔是寫意的、是欲言還休的、是中國(guó)水墨畫中的留白，那么數(shù)學(xué)語言的微言大義則是寫實(shí)的、是簡(jiǎn)潔精確、抽象規(guī)范的，是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度的體現(xiàn)。數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)潔，不僅使人們更快、更準(zhǔn)確地把握理論的精髓，促進(jìn)自身學(xué)科的發(fā)展，也使數(shù)學(xué)學(xué)科具有了很強(qiáng)的通用性。目前，數(shù)學(xué)作為自然科學(xué)的語言和工具，已經(jīng)成了所有科學(xué)——包括社會(huì)科學(xué)在內(nèi)的語言和工具。最為典型的例子，莫過于二進(jìn)制在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用。試想，任何一個(gè)復(fù)雜的指令，都被譯做明確的01數(shù)字串，這是多么偉大的一個(gè)構(gòu)想。可以說，沒有數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)化，就沒有現(xiàn)在這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)四通八達(dá)、信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代。

三、嚴(yán)謹(jǐn)美

嚴(yán)謹(jǐn)性是數(shù)學(xué)的獨(dú)特之美。它表現(xiàn)在數(shù)學(xué)定義準(zhǔn)確地揭示了概念的本質(zhì)屬性；數(shù)學(xué)結(jié)論存在且唯一，對(duì)錯(cuò)分明，不模棱兩可；數(shù)學(xué)的邏輯推理嚴(yán)密，從它的公理開始到演繹的最后一個(gè)環(huán)節(jié)不允許有一句假話，即使錯(cuò)一個(gè)符號(hào)也不行。數(shù)學(xué)規(guī)律由一些基本定理出發(fā)，雅潔、鮮明地表達(dá)出來。大多數(shù)的數(shù)學(xué)論文都是艱澀難懂，但有些卻能令人流連再三。牛頓三大定律，非常簡(jiǎn)單，但可以解釋非常繁雜的現(xiàn)象，如天體運(yùn)行的規(guī)律。這就是數(shù)學(xué)家的口味，不夠嚴(yán)謹(jǐn)、經(jīng)不起推敲，就不入法眼。此外，數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)協(xié)調(diào)完備，數(shù)學(xué)圖形美麗和諧，數(shù)學(xué)語言生動(dòng)嚴(yán)密等都表現(xiàn)了數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，例如，極限過程，是一個(gè)無限接近的過程，人們無法經(jīng)歷它的全過程，而極限理論卻使我們?cè)谕评硐胂笾型瓿蛇@個(gè)過程。對(duì)她所推出的結(jié)論的正確性人們確信無疑，達(dá)到盡善盡美，令人陶醉的境界。數(shù)學(xué)美的這種嚴(yán)謹(jǐn)性，要求數(shù)學(xué)工作者具有實(shí)事求是，謙虛謹(jǐn)慎，孜孜不倦地追求真理的美德，這正式數(shù)學(xué)美的倫理價(jià)值所在。

四、對(duì)稱美

中國(guó)的文學(xué)講究對(duì)稱，這點(diǎn)可以從歷時(shí)百年的楹聯(lián)文化中窺見一斑。而更勝一籌的對(duì)稱，就是回文。蘇軾有一首著名的七律《游金山寺》，便是這方面的上乘之作：

《游金山寺》

潮隨暗浪雪山傾，遠(yuǎn)浦漁舟釣月明。

橋?qū)λ麻T松徑小，檻當(dāng)泉眼石波清。

迢迢綠樹江天曉，靄靄紅霞晚日晴。

遙望四邊云接水，碧峰千點(diǎn)數(shù)鷗輕。

不難看出，把它倒轉(zhuǎn)過來，仍然是一首完整的七律：

輕鷗數(shù)點(diǎn)千峰碧，水接云邊四望遙。

晴日晚霞紅靄靄，曉天江樹綠迢迢。

清波石眼泉當(dāng)檻，小徑松門寺對(duì)橋。

明月釣舟漁浦遠(yuǎn)，傾山雪浪暗隨潮。

這首回文詩無論是順讀或倒讀，都是情景交融、清新可讀的好詩。類似的又如“香蓮碧水動(dòng)風(fēng)涼，水動(dòng)風(fēng)涼夏日長(zhǎng)。長(zhǎng)日夏涼風(fēng)動(dòng)水，涼風(fēng)動(dòng)水碧蓮香”。這些詩憑著精巧的構(gòu)思，給人以奇妙的感受，每每讀之，讀者都會(huì)暗自叫絕。

而數(shù)學(xué)中，也不乏這樣的回文現(xiàn)象，如：

12×12=144，21×21=441；

13×13=169，31×31=961；

102×102=10404，201×201=40401；

103×103=10609，301×301=90601；

而數(shù)學(xué)中更為一般的對(duì)稱，則體現(xiàn)在函數(shù)圖像的對(duì)稱性和幾何圖形上。前者給我們探求函數(shù)的性質(zhì)提供了方便，后者則運(yùn)用在建筑、美術(shù)領(lǐng)域后給人以無窮的美感。各種自然形態(tài)，特別是動(dòng)植物的生態(tài)以及人類的許多造物形態(tài)都蘊(yùn)涵豐富的數(shù)學(xué)關(guān)系，有豐富的對(duì)稱美、和諧美。作為反映和研究客觀規(guī)律的數(shù)學(xué)科學(xué)，集中反映了這種美的特征。

人的愛美天性在青少年時(shí)期表現(xiàn)尤為突出，數(shù)學(xué)教師理應(yīng)抓住這個(gè)最佳時(shí)期，不失時(shí)機(jī)地向?qū)W生揭示數(shù)學(xué)之美，在教學(xué)中可以遵循以下4點(diǎn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行審美教育，充分發(fā)揮數(shù)學(xué)的美育功能。

一、展示數(shù)學(xué)之美，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

心理學(xué)研究表明：沒有絲毫興趣的強(qiáng)制性學(xué)習(xí)，將會(huì)扼殺學(xué)生探求真理的欲望。興趣是思維的動(dòng)因之一，興趣是強(qiáng)烈而有持久的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。只有學(xué)生熱愛數(shù)學(xué)，才能產(chǎn)生積極而又持久的求學(xué)勁頭。因此，教師應(yīng)充分運(yùn)用數(shù)學(xué)美的誘發(fā)力引起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)烈的求知欲。具體方法如下：1.通過學(xué)生熟悉的實(shí)際事例、形象直觀的教具，組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作等引入數(shù)學(xué)概念、定理、公式，使學(xué)生感受到數(shù)學(xué)與日常生活密切相關(guān)；2.結(jié)合教材內(nèi)容，向?qū)W生介紹數(shù)學(xué)的發(fā)展史和進(jìn)展情況以及在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，使學(xué)生看到數(shù)學(xué)的用處，明確今天的學(xué)習(xí)是為了明天的應(yīng)用；3.根據(jù)教材內(nèi)容，經(jīng)常有選擇地向?qū)W生介紹一些形象生動(dòng)的數(shù)學(xué)典故、趣聞?shì)W事和中外數(shù)學(xué)家探索數(shù)學(xué)思維王國(guó)的故事；4.根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生的智力發(fā)展水平提出一些趣味性、思考性強(qiáng)的數(shù)學(xué)問題等。

二、融貫數(shù)學(xué)之美，加深知識(shí)理解

數(shù)學(xué)美是美的高級(jí)形式，它的特點(diǎn)在于抽象的理性形式中包含著無限豐富的感性內(nèi)容。在教學(xué)中，教師運(yùn)用大量生動(dòng)的感性材料給學(xué)生以美感直覺，把抽象枯燥的數(shù)學(xué)概念、公式、定理先給學(xué)生以具體的直觀形象，再上升為理性形象，成為字母與運(yùn)算符號(hào)間的造型藝術(shù)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)易于接受，便于理解。教師通過嚴(yán)密的推理、生動(dòng)的語言、優(yōu)美的圖形、科學(xué)的板書等作出審美示范，創(chuàng)設(shè)思維情境，把數(shù)學(xué)美的簡(jiǎn)單統(tǒng)一、和諧對(duì)稱等特征融貫在教學(xué)的整個(gè)過程中，使學(xué)生在美的享受中獲得知識(shí)、理解知識(shí)、掌握知識(shí)，在潛移默化中理解數(shù)學(xué)美的真正含義。

教師通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行前后比較，歸納總結(jié)，揭示內(nèi)在規(guī)律，形成有序結(jié)構(gòu)體系，并教給學(xué)生歸納整理的方法等手段融貫數(shù)學(xué)之美，既能促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用，也能提高教學(xué)質(zhì)量，起到事半功倍的效果。例如，教師帶領(lǐng)學(xué)生把正棱柱內(nèi)接于圓錐、圓柱內(nèi)接于圓錐、圓柱內(nèi)接于球、圓錐內(nèi)接于球、球內(nèi)切于圓柱、球內(nèi)切于圓錐等常見的特殊多面體與旋轉(zhuǎn)體的相“接”相“切”問題，畫出圖形、分析比較，區(qū)別異同。根據(jù)多面體與旋轉(zhuǎn)體的定義和性質(zhì)，歸納總結(jié)各種情況下“接”與“切”的空間位置關(guān)系和各個(gè)元素之間的相互數(shù)量關(guān)系，尋覓解決問題的截面和把空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題解決的途徑。這些優(yōu)美對(duì)稱的圖形使學(xué)生看到美的形象，領(lǐng)略到美的神韻。在感受美、鑒賞美的過程中建立起“知識(shí)鏈”，形成了知識(shí)的有序結(jié)構(gòu)和解題的方法體系，鞏固和加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

三、創(chuàng)造數(shù)學(xué)之美，培養(yǎng)思維能力

數(shù)學(xué)教學(xué)的基本任務(wù)之一是傳授數(shù)學(xué)知識(shí)和培養(yǎng)技能、技巧的過程中發(fā)展學(xué)生的思維能力。根據(jù)青少年“好想”、“好動(dòng)”的特點(diǎn)，在教學(xué)中教師應(yīng)通過一題多解（證）、一題多變、一法多用、一圖多變等數(shù)學(xué)的奇異美，鼓勵(lì)學(xué)生多向思維，標(biāo)新立異，找出最優(yōu)方法。教師要善于把握教學(xué)機(jī)制，創(chuàng)設(shè)思維情境，用數(shù)學(xué)的美啟發(fā)學(xué)生思維，當(dāng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)美感受最靈敏、最強(qiáng)烈、最深刻的時(shí)候，他們的思維也進(jìn)入最佳時(shí)期，邏輯思維和靈感思維交融促進(jìn)，聰明才智得到充分發(fā)揮，一旦靈感出現(xiàn)，他們就會(huì)感受到創(chuàng)造數(shù)學(xué)美的喜悅和成功后的樂趣。毫無疑問他們的思維能力也得到培養(yǎng)和提高。學(xué)生親身感受到數(shù)學(xué)的奇異之美，陶醉在創(chuàng)造數(shù)學(xué)美的愉悅之中。這個(gè)對(duì)學(xué)生來說，可視為創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)。此時(shí)，師生情感交融，學(xué)生思維的靈活性、發(fā)散性、深刻性、獨(dú)創(chuàng)性等諸方面得到培養(yǎng)和提高。

四、發(fā)掘數(shù)學(xué)之美，陶冶思想情操

數(shù)學(xué)中的審美教育同文學(xué)藝術(shù)一樣，具有潛在的思想教育功能。不過，數(shù)學(xué)美是美的高級(jí)形式，對(duì)缺乏數(shù)學(xué)素養(yǎng)的人來講，特別是青少年受閱歷、知識(shí)和審美能力的局限，不可能像文學(xué)藝術(shù)那樣輕易地感受和意識(shí)到，這就需要教師不斷提高自身的專業(yè)知識(shí)水平和美學(xué)修養(yǎng)，認(rèn)真鉆研教材，深入發(fā)掘和精心提煉教材中蘊(yùn)涵的美育因素，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)和諧、優(yōu)美、愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境和氣氛，引導(dǎo)學(xué)生按照美的規(guī)律去發(fā)現(xiàn)美、感受美、鑒賞美和創(chuàng)造美，進(jìn)行審美教育，提高審美能力，培養(yǎng)審美意識(shí)。它的核心是通過情感教育，讓學(xué)生在美的熏陶中開啟心靈，以自己的知、意、情去追求客觀世界的真、善、美，引起精神上的升華，產(chǎn)生共鳴，起到凈化感情，陶冶情操的效果，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的個(gè)性品質(zhì)和形成他們正確的人生觀、完美的世界觀也能起積極作用。例如，向?qū)W生介紹數(shù)學(xué)在祖國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)和最新科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用，既激勵(lì)了他們?yōu)檎衽d中華而努力學(xué)好數(shù)學(xué)的信心和決心，又美化了學(xué)生的心靈；向?qū)W生介紹我國(guó)數(shù)學(xué)發(fā)展的歷史，介紹我國(guó)古代數(shù)學(xué)家的杰出成就和現(xiàn)代數(shù)學(xué)家對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)，既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又對(duì)他們進(jìn)行了愛國(guó)主義教育，增強(qiáng)了他們的民族自尊心、自信心和自豪感。又如，數(shù)學(xué)美的嚴(yán)謹(jǐn)性可以培養(yǎng)學(xué)生言必有據(jù)，一絲不茍，堅(jiān)持真理，修正錯(cuò)誤，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和高尚品德；尋覓數(shù)學(xué)結(jié)論完美和接替方法最優(yōu)，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、標(biāo)新立異、勇于探索、堅(jiān)韌不拔、頑強(qiáng)拼搏的意識(shí)。

總之，數(shù)學(xué)并不像有些人認(rèn)為的那般枯燥乏味，它不是長(zhǎng)篇的定理公式的累積，而是一種美的學(xué)科。希望廣大的數(shù)學(xué)教師在課堂上能積極地為學(xué)生營(yíng)造數(shù)學(xué)美的氛圍，使學(xué)生能了解數(shù)學(xué)之美，發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)之美，從而建立起學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情和自信心。

（作者單位： 大慶市第23中學(xué)）