直观与抽象

百科   2024-11-10 06:01   江苏  

上周说到数学的本质是抽象,意犹未尽,今天接着聊。

数学的本质是抽象,那么如何从众多表象中抽取本质的信息?具体与抽象有什么关系?

一、所有的符号都是一种抽象

文字是一种抽象符号,无论汉字还是拼音。

数学是表达数量关系和空间关系的抽象符号,数字、符号、图形都是抽象符号。

从人类文明的历史看,语言的抽象先于数学符号,语言是思维(抽象)的外壳,语言是数学的最近发展区,是数学抽象的工具。

例如:合唱团有女生30人,比男生多1/5,男生有多少人?

如何抽象出数量关系?我认为主要包含以下几个步骤

1. 提取

    提取关系信息,剔除无关信息,概括为:女生比男生多1/5。

2. 转化

    根据语言规则和逻辑,我们把男生看作比的标准(单位“1”),女生比1多1/5,所以女生对应的分率是6/5,也就是:女生是男生的6/5。

3. 数学化

    我们已经知道:一个数乘分数,表示求这个数的几分之几是多少。所以上面的数量关系可以用乘法表示:女生=男生×6/5

4. 符号化

为了便于演算和推理,我们需要进一步用符号表示数量关系,用数字表示已知量,用字母表示未知量:30=6/5X。

上面展示了一个数学问题抽象成等式(方程)的过程。语言是思维的外壳,没有语言的帮助抽象无法完成。

直观可以帮助我们理解抽象,例如我们在认识分数2/3的时候,将一个圆平均分成3份,取其中的2份。

直观无法代替抽象,例如六年级上册第三单元例2:小明2/3小时行了2千米,平均每小时行多少千米?

除法的本意是平均分,怎么解释把2千米平均分成2/3小时?线段图能解释吗?不能!六年级的儿童已经完成了对速度、时间、路程数量关系的抽象,不必再回到直观的阶段。可以借助文字进行意义的扩展,理解速度、时间和路程可以是整数,也可以是分数,它们之间的关系不变:速度×时间=路程。

如果不能进行抽象思考,一定是分数的问题,是数量关系的问题,不能把思维方式退到直观水平。

二、莫让直观限制了抽象

虽然直观是数学重要的工具和原则,但发展到一定的阶段,抽象就会代替直观,莫让直观限制了抽象。

继续以上题为例,课本呈现了如下图示

如果学生能看懂,得到的算法必然是2÷2×3,2段是2千米,那么每段是1千米,所以3段是3千米。

会有学生从中想到2÷2/3=2×3/2吗?

不太可能!

课本展示的推理过程是

2÷2/3=2÷2×3=2×1/2×3=2×3/2。

这很可能是编辑的一厢情愿,如果学生能完成这个推理,还需要线段图吗?

所以教学中我选择商不变规律,将分数除法转化为整数除法。能用抽象解决的问题,不能退到直观水平,这种后退不是稳健,不是保守,是温水煮青蛙,意识到问题的时候可能已经来不及了。例如

加工一批零件,甲单独做需要60分钟,乙单独做需要90分钟,甲乙合作完成任务,结果甲比乙多加工36个零件。这批零件共有多少个?

这是一个典型的工程问题,如果你仍然尝试用直观的方式帮助有困难的学生,如何直观展示1/60,1/90,1/5……

直观只会带给他更大的困惑,对分数产生更大的恐惧。

猿已经进化成人,已经学会了直立行走,为什么还要爬行?如果一直在地上爬行,将永远学不会奔跑。

三、抽象的意义在于不见而信

直观的意思是直接、可见,眼见为实,因为看见所以相信。

抽象与直观相反,抽象不可见。抽象需要不见而信,因为相信所以看见。

我们看不见历史,但我们相信历史存在;我们看不见银河,但我们相信身在其中。

如果我们只相信眼见为实,如何不被一叶障目?如何能一叶知秋?

一辆汽车每行6千米要耗油3/5升,照这样计算,1升油可行驶多少千米?行驶1千米要耗油多少升?

6千米要耗油3/5升,可操作吗?可见吗?

虽然不可见,但我们相信路程与油耗之间存在固定关系(照这样计算),无论耗油1升还是行驶1千米,这种关系不变,非常确信。

6千米耗油3/5升,6是3/5的10倍,里程数是油耗数的10倍,即路程=油耗×10。

当路程=1时,则有1=(油耗)×10,油耗=1/10升;

当油耗=1时,则有(路程)=1×10,路程=10千米。

简单吗?

抽象出数量关系,然后用数学关系解决现实中各种问题,这不正是数学的价值吗?


数学的价值在于抽象,抽象的意义在于不见而信!


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