⑴ 什麼是數學概念,
數學概念是現實生活中某一數量關系和空間形式的本質屬性在人的思維中的反映。按概念的抽象水平可以將概念分為描述性概念和定義性概念兩類。描述性概念是可以直接通過觀察獲得的概念,如「長方形」等;定義性概念的本質性特徵不能通過直接觀察獲得,必須通過下定義來揭示,如「偶數」就是通過定義「能被2整除的數叫做偶數」來揭示偶數的本質特徵的。不管是哪一類概念,都是小學生掌握數學基本知識和基本技能的基石,都將直接影響以後繼續學習及思維能力的發展。
⑵ 數學特徵是指哪些特質
數學的定義即是數學的特徵
數學是研究數量、結構、變化以及空間模型等概念的一門學科.透過抽象化和邏輯推理的使用,由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察中產生.數學家們拓展這些概念,為了公式化新的猜想以及從合適選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的真理.
名稱來源
數學(mathematics;希臘語:μαθηματικά)這一詞在西方源自於古希臘語的μάθημα(máthēma),其有學習、學問、科學,以及另外還有個較狹意且技術性的意義-「數學研究」,即使在其語源內.其形容詞μαθηματικός(mathēmatikós),意義為和學習有關的或用功的,亦會被用來指數學的.其在英語中表面上的復數形式,及在法語中的表面復數形式les mathématiques,可溯至拉丁文的中性復數mathematica,由西塞羅譯自希臘文復數τα μαθηματικά(ta mathēmatiká),此一希臘語被亞里士多德拿來指「萬物皆數」的概念.(拉丁文:Mathemetica)原意是數和數數的技術.
數學的本質
數學的本質是什麼?為什麼數學可以運用在所有的其它科目上?
數學是研究事物數量和形狀規律的科目.
如果要深入的研究其本質及其擴展問題,就必須引入【全集然文明】專有名詞了.
其實數學的本質是:一門研究【儲空】的科目.
自然萬物都有其存儲的空間,這種現象稱之為【儲空】.
要判斷一個事物是否為「儲空」其實很簡單:只要能夠套入「在××里」的××就是「儲空」(包括具體和抽象).於是大家將會發現,所有的事物都可以套入其中,也就是說:自然萬物都只是不同的「儲空」而已.
於是人們也發現:【代數】就是研究【儲空量】的科目;【幾何】就是研究【儲空形狀】的科目.而既然自然萬物都只是不同的儲空而已,那麼數學當然也就可以通用於所有的科目之中了!
⑶ 數學有哪些特點
提問者你好。
數學的抽象,在對象上、程度上都不同於其他學科的抽象,數學是藉助於抽象建立並發展起來的.數學的抽象撇開了對象的具體內容,而僅僅保留數量關系和空間形式.在數學家看來,五個石頭、五座大山、五朵金花與五條毒蛇之間,並沒有什麼區別.數學家關心的只是「五」.又如幾何中的「點」、「線」、「面」的概念,代數中的「集合」、「方程」、「函數」等概念都是抽象思維的產物.「點」被看作沒有大小的東西,無長無寬無高;「線」被看作無限延長而無寬無高,「面」則被認為是可無限伸展的無高地面.實際上,理論上的「點」、「線」、「面」在現實中是不存在的,只有充分發揮自己的空間想像力才能真正理解。
有的同學因數學的抽象而感覺數學枯燥、難學,其實「抽象」是數學的武器,是數學的優勢.我們應該喜愛「抽象」,在數學的抽象過程中保留量的關系和空間形式,而舍棄其他一切,學會運用「抽象」的手段來解決問題。
⑷ 數學的主要特徵是什麼
數學的定義即是數學的特徵
數學是研究數量、結構、變化以及空間模型等概念的一門學科。透過抽象化和邏輯推理的使用,由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察中產生。數學家們拓展這些概念,為了公式化新的猜想以及從合適選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的真理。
名稱來源
數學(mathematics;希臘語:μαθηματικά)這一詞在西方源自於古希臘語的μάθημα(máthēma),其有學習、學問、科學,以及另外還有個較狹意且技術性的意義-「數學研究」,即使在其語源內。其形容詞μαθηματικός(mathēmatikós),意義為和學習有關的或用功的,亦會被用來指數學的。其在英語中表面上的復數形式,及在法語中的表面復數形式les mathématiques,可溯至拉丁文的中性復數mathematica,由西塞羅譯自希臘文復數τα μαθηματικά(ta mathēmatiká),此一希臘語被亞里士多德拿來指「萬物皆數」的概念。(拉丁文:Mathemetica)原意是數和數數的技術。
數學的本質
數學的本質是什麼?為什麼數學可以運用在所有的其它科目上?
數學是研究事物數量和形狀規律的科目。
如果要深入的研究其本質及其擴展問題,就必須引入【全集然文明】專有名詞了。
其實數學的本質是:一門研究【儲空】的科目。
自然萬物都有其存儲的空間,這種現象稱之為【儲空】。
要判斷一個事物是否為「儲空」其實很簡單:只要能夠套入「在××里」的××就是「儲空」(包括具體和抽象)。於是大家將會發現,所有的事物都可以套入其中,也就是說:自然萬物都只是不同的「儲空」而已。
於是人們也發現:【代數】就是研究【儲空量】的科目;【幾何】就是研究【儲空形狀】的科目。而既然自然萬物都只是不同的儲空而已,那麼數學當然也就可以通用於所有的科目之中了!
1.更多的證據
因為一個除真空外的儲空都是有【儲隔】(儲空隔膜)的,於是人們在其它科目中使用數字就必須用【單位】來區分各種不同的儲空,如:個、頭、條、小時、牛、焦耳、歐姆、安培等等,可以說離開了單位,數字幾乎毫無意義。
並且各種名詞的【定義】也是相關儲空的儲隔,就是區別於其他事物的地方。
2.新數學等式和計算模型
異儲空計算模型
異儲空等式【異儲空等式】比如:1個人 異等於 5個蘋果 ,就是說:一個人可以得到5個蘋果,或一個人和5個蘋果相聯系(任何聯系都可以);異等號就是等號=下面加個o(儲空標志);這樣就可以簡單的描述很多日常生活中碰到的計算。而且您還可以通過右圖的【異儲空計算模型】(最簡單的模型),來計算一些事物。
3.其他幾何領域
當然有,其實一直都有兩個巨大的幾何領域被人們長期的忽視,那就是【文字幾何】與【功能幾何】。
(1)文字幾何:當一些有特定含義的文字按照特殊的組合和形狀排列下來就會出現各種特殊的功能和特性。就像我們最常見的「化學元素周期表」、「文字圖表」、「數學計算模型」等等。
(2)功能幾何:各種形狀都是擁有各種不同的功能的!如球形可以做大容量的容納物質,交叉有利於物質傳播等等。所以我們應該仔細研究和探討各種形狀的各種特殊功能!
使用全集然文明邏輯:如果自然萬物有共同的本質和規律,那麼它們必然可以用來推導各個科目的本質和規律,並推理出該科目內的新內容。於是我們發現了數學就是研究「儲空」的一個科目,並推理出了各種新領域。
註:等式、四則運算、解方程式的本質都可以用【儲空】內部規律推理出來
數學研究的各領域
數學主要的學科首要產生於商業上計算的需要、了解數字間的關系、測量土地及預測天文事件。這四種需要大致地與數量、結構、空間及變化(即算術、代數、幾何及分析)等數學上廣泛的子領域相關連著。除了上述主要的關注之外,亦有用來探索由數學核心至其他領域上之間的連結的子領域:至邏輯、至集合論(基礎)、至不同科學的經驗上的數學(應用數學)、及較近代的至不確定性的嚴格學習。
數量
數量的學習起於數,一開始為熟悉的自然數及整數與被描述在算術內的自然數及整數的算術運算。整數更深的性質被研究於數論中,此一理論包括了如費馬最後定理之著名的結果。數論還包括兩個被廣為探討的未解問題:孿生素數猜想及哥德巴赫猜想。
當數系更進一步發展時,整數被承認為有理數的子集,而有理數則包含於實數中,連續的數量即是以實數來表示的。實數則可以被進一步廣義化成復數。數的進一步廣義化可以持續至包含四元數及八元數。自然數的考慮亦可導致超限數,它公式化了計數至無限的這一概念。另一個研究的領域為其大小,這個導致了基數和之後對無限的另外一種概念:艾禮富數,它允許無限集合之間的大小可以做有意義的比較。
結構
許多如數及函數的集合等數學物件都有著內含的結構。這些物件的結構性質被探討於群、環、體及其他本身即為此物件的抽象系統中。此為抽象代數的領域。在此有一個很重要的概念,即向量,且廣義化至向量空間,並研究於線性代數中。向量的研究結合了數學的三個基本領域:數量、結構及空間。向量分析則將其擴展至第四個基本的領域內,即變化。
空間
空間的研究源自於幾何-尤其是歐式幾何。三角學則結合了空間及數,且包含有著名的勾股定理。現今對空間的研究更推廣到了更高維的幾何、非歐幾何(其在廣義相對論中扮演著核心的角色)及拓撲學。數和空間在解析幾何、微分幾何和代數幾何中都有著很重要的角色。在微分幾何中有著纖維叢及流形上的計算等概念。在代數幾何中有著如多項式方程的解集等幾何物件的描述,結合了數和空間的概念;亦有著拓撲群的研究,結合了結構與空間。李群被用來研究空間、結構及變化。在其許多分支中,拓撲學可能是二十世紀數學中有著最大進展的領域,並包含有存在久遠的龐加萊猜想及有爭議的四色定理,其只被電腦證明,而從來沒有由人力來驗證過。
基礎與哲學
為了搞清楚數學基礎,數學邏輯和集合論等領域被發展了出來。康托(Georg Cantor,1845-1918)首創集合論,大膽地向「無窮大」進軍,為的是給數學各分支提供一個堅實的基礎,而它本身的內容也是相當豐富的,提出了實無窮的存在,為以後的數學發展作出了不可估量的貢獻。Cantor的工作給數學發展帶來了一場革命。由於他的理論超越直觀,所以曾受到當時一些大數學家的反對,就連被譽為「博大精深,富於創舉」的數學家Pioncare也把集合論比作有趣的「病理情形」,甚至他的老師Kronecker還擊Cantor是「神經質」,「走進了超越數的地獄」.對於這些非難和指責,Cantor仍充滿信心,他說:「我的理論猶如磐石一般堅固,任何反對它的人都將搬起石頭砸自己的腳.」他還指出:「數學的本質在於它的自由性,不必受傳統觀念束縛。」這種爭辯持續了十年之久。Cantor由於經常處於精神壓抑之中,致使他1884年患了精神分裂症,最後死於精神病院。
然而,歷史終究公平地評價了他的創造,集合論在20世紀初已逐漸滲透到了各個數學分支,成為了分析理論,測度論,拓撲學及數理科學中必不可少的工具。20世紀初世界上最偉大的數學家Hilbert在德國傳播了Cantor的思想,把他稱為「數學家的樂園」和「數學思想最驚人的產物」。英國哲學家Russell把Cantor的工作譽為「這個時代所能誇耀的最巨大的工作」。
數學邏輯專注在將數學置於一堅固的公理架構上,並研究此一架構的成果。就其本身而言,其為哥德爾第二不完備定理的產地,而這或許是邏輯中最廣為流傳的成果-總存在一不能被證明的真實定理。現代邏輯被分成遞歸論、模型論和證明論,且和理論計算機科學有著密切的關連性。
恩格斯說:「數學是研究現定世界的數量關系與空間形式的科學。」
數學的分類
離散數學
模糊數學
數學分支
1.算術
2.初等代數
3.高等代數
4. 數論
5.歐式幾何
6.非歐式幾何
7.解析幾何
8.微分幾何
9.代數幾何
10.射影幾何學
11.幾何拓撲學
12.拓撲學
13.分形幾何
14.微積分學
15. 實變函數論
16.概率和統計學
17.復變函數論
18.泛函分析
19.偏微分方程
20.常微分方程
21.數理邏輯
22.模糊數學
23.運籌學
24.計算數學
25.突變理論
26.數學物理學
⑸ 關於數學概念
微積分裡面,餘弦函數的原函數是正弦函數。
望採納,謝謝
⑹ 小學數學概念的表現形式有哪些
數學概念是客觀現實中的數量關系和空間形式的本質屬性在人腦中中的反映。數學的研究對象是客觀事物的數量關系和空間形式。在數學中,客觀事物的顏色、材料、氣味等方面的屬性都被看作非本質屬性而被舍棄,只保留它們在形狀、大小、位置及數量關系等方面的共同屬性。在數學科學中,數學概念的含義都要給出精確的規定,因而數學概念比一般概念更准確。
中文名
小學數學概念
內
容
數的概念、運算的概念
表現形式
描述式和定義式
語
言
小學數學教材
⑺ 數學的主要特徵是什麼
數學源自於古希臘語,是研究數量、結構、變化以及空間模型等概念的一門學科。透過抽象化和邏輯推理的使用,由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察中產生。數學的基本要素是:邏輯和直觀、分析和推理、共性和個性。
希望可以幫到你哦
⑻ 簡述數學知識的特點
數學知識的特點
1.數學,其英文是mathematics,這是一個復數名詞,「數學曾經是四門學科:算術、幾何、天文學和音樂,處於一種比語法、修辭和辯證法這三門學科更高的地位。」自古以來,多數人把數學看成是一種知識體系,是經過嚴密的邏輯推理而形成的系統化的理論知識總和,它既反映了人們對「現實世界的空間形式和數量關系」的認識,又反映了人們對「可能的量的關系和形式」的認識。數學既可以來自現實世界的直接抽象,也可以來自人類思維的能動創造。
2.從人類社會的發展史看,人們對數學本質特徵的認識在不斷變化和深化。「數學的根源在於普通的常識,最顯著的例子是非負整數。"歐幾里德的算術來源於普通常識中的非負整數,而且直到19世紀中葉,對於數的科學探索還停留在普通的常識,」另一個例子是幾何中的相似性,「在個體發展中幾何學甚至先於算術」,其「最早的徵兆之一是相似性的知識,」相似性知識被發現得如此之早,「就象是大生的。」因此,19世紀以前,人們普遍認為數學是一門自然科學、經驗科學,因為那時的數學與現實之間的聯系非常密切,隨著數學研究的不斷深入,從19世紀中葉以後,數學是一門演繹科學的觀點逐漸占據主導地位,這種觀點在布爾巴基學派的研究中得到發展,他們認為數學是研究結構的科學,一切數學都建立在代數結構、序結構和拓撲結構這三種母結構之上。與這種觀點相對應,從古希臘的柏拉圖開始,許多人認為數學是研究模式的學問,數學家懷特海(A. N. Whiiehead,186----1947)在《數學與善》中說,「數學的本質特徵就是:在從模式化的個體作抽象的過程中對模式進行研究,」數學對於理解模式和分析模式之間的關系,是最強有力的技術。」1931年,歌德爾(K,G0de1,1978)不完全性定理的證明,宣告了公理化邏輯演繹系統中存在的缺憾,這樣,人們又想到了數學是經驗科學的觀點,著名數學家馮·諾伊曼就認為,數學兼有演繹科學和經驗科學兩種特性。
3.對於上述關於數學本質特徵的看法,我們應當以歷史的眼光來分析,實際上,對數本質特徵的認識是隨數學的發展而發展的。由於數學源於分配物品、計算時間、丈量土地和容積等實踐,因而這時的數學對象(作為抽象思維的產物)與客觀實在是非常接近的,人們能夠很容易地找到數學概念的現實原型,這樣,人們自然地認為數學是一種經驗科學;隨著數學研究的深入,非歐幾何、抽象代數和集合論等的產生,特別是現代數學向抽象、多元、高維發展,人們的注意力集中在這些抽象對象上,數學與現實之間的距離越來越遠,而且數學證明(作為一種演繹推理)在數學研究中占據了重要地位,因此,出現了認為數學是人類思維的自由創造物,是研究量的關系的科學,是研究抽象結構的理論,是關於模式的學問,等等觀點。這些認識,既反映了人們對數學理解的深化,也是人們從不同側面對數學進行認識的結果。正如有人所說的,「恩格斯的關於數學是研究現實世界的數量關系和空間形式的提法與布爾巴基的結構觀點是不矛盾的,前者反映了數學的來源,後者反映了現代數學的水平,現代數學是一座由一系列抽象結構建成的大廈。」而關於數學是研究模式的學問的說法,則是從數學的抽象過程和抽象水平的角度對數學本質特徵的闡釋,另外,從思想根源上來看,人們之所以把數學看成是演繹科學、研究結構的科學,是基於人類對數學推理的必然性、准確性的那種與生俱來的信念,是對人類自身理性的能力、根源和力量的信心的集中體現,因此人們認為,發展數學理論的這套方法,即從不證自明的公理出發進行演繹推理,是絕對可靠的,也即如果公理是真的,那麼由它演繹出來的結論也一定是真的,通過應用這些看起來清晰、正確、完美的邏輯,數學家們得出的結論顯然是毋庸置疑的、無可辯駁的。
4.事實上,上述對數學本質特徵的認識是從數學的來源、存在方式、抽象水平等方面進行的,並且主要是從數學研究的結果來看數學的本質特徵的。顯然,結果(作為一種理論的演繹體系)並不能反映數學的全貌,組成數學整體的另一個非常重要的方面是數學研究的過程,而且從總體上來說,數學是一個動態的過程,是一個「思維的實驗過程」,是數學真理的抽象概括過程。邏輯演繹體系則是這個過程的一種自然結果。在數學研究的過程中,數學對象的豐富、生動且富於變化的一面才得以充分展示。波利亞(G. Poliva,1888一1985)認為,「數學有兩個側面,它是歐幾里德式的嚴謹科學,但也是別的什麼東西。由歐幾里德方法提出來的數學看來象是一門系統的演繹科學,但在創造過程中的數學看來卻像是一門實驗性的歸納科學。」弗賴登塔爾說,「數學是一種相當特殊的活動,這種觀點「是區別於數學作為印在書上和銘,記在腦子里的東西。」他認為,數學家或者數學教科書喜歡把數學表示成「一種組織得很好的狀態,」也即「數學的形式」是數學家將數學(活動)內容經過自己的組織(活動)而形成的;但對大多數人來說,他們是把數學當成一種工具,他們不能沒有數學是因為他們需要應用數學,這就是,對於大眾來說,是要通過數學的形式來學習數學的內容,從而學會相應的(應用數學的)活動。這大概就是弗賴登塔爾所說的「數學是在內容和形式的互相影響之中的一種發現和組織的活動」的含義。菲茨拜因(Efraim Fischbein)說,「數學家的理想是要獲得嚴謹的、條理清楚的、具有邏輯結構的知識實體,這一事實並不排除必須將數學看成是個創造性過程:數學本質上是人類活動,數學是由人類發明的,」數學活動由形式的、演算法的與直覺的等三個基本成分之間的相互作用構成。庫朗和羅賓遜(Courani Robbins)也說,「數學是人類意志的表達,反映積極的意願、深思熟慮的推理,以及精美而完善的願望,它的基本要素是邏輯與直覺、分析與構造、一般性與個別性。雖然不同的傳統可能強調不同的側面,但只有這些對立勢力的相互作用,以及為它們的綜合所作的奮斗,才構成數學科學的生命、效用與高度的價值。」
5.另外,對數學還有一些更加廣義的理解。如,有人認為,「數學是一種文化體系」,「數學是一種語言」,數學活動是社會性的,它是在人類文明發展的歷史進程中,人類認識自然、適應和改造自然、完善自我與社會的一種高度智慧的結晶。數學對人類的思維方式產生了關鍵性的影響.也有人認為,數學是一門藝術,「和把數學看作一門學科相比,我幾乎更喜歡把它看作一門藝術,因為數學家在理性世界指導下(雖然不是控制下)所表現出的經久的創造性活動,具有和藝術家的,例如畫家的活動相似之處,這是真實的而並非臆造的。數學家的嚴格的演繹推理在這里可以比作專門注技巧。就像一個人若不具備一定量的技能就不能成為畫家一樣,不具備一定水平的精確推理能力就不能成為數學家,這些品質是最基本的,……,它與其它一些要微妙得多的品質共同構成一個優秀的藝術家或優秀的數學家的素質,其中最主要的一條在兩種情況下都是想像力。」「數學是推理的音樂,」而「音樂是形象的數學」.這是從數學研究的過程和數學家應具備的品質來論述數學的本質,還有人把數學看成是一種對待事物的基本態度和方法,一種精神和觀念,即數學精神、數學觀念和態度。尼斯(Mogens Niss)等在《社會中的數學》一文中認為,數學是一門學科,「在認識論的意義上它是一門科學,目標是要建立、描述和理解某些領域中的對象、現象、關系和機制等。如果這個領域是由我們通常認為的數學實體所構成的,數學就扮演著純粹科學的角色。在這種情況下,數學以內在的自我發展和自我理解為目標,獨立於外部世界,…,另一方面,如果所考慮的領域存在於數學之外,…,數學就起著用科學的作用…·,數學的這兩個側面之間的差異並非數學內容本身的問題,而是人們所關注的焦點不同。無論是純粹的還是應用的,作為科學的數學有助於產生知識和洞察力。數學也是一個工具、產品以及過程構成的系統,它有助於我們作出與掌握數學以外的實踐領域有關的決定和行動…·,數學是美學的一個領域,能為許多醉心其中的人們提供對美感、愉悅和激動的體驗…·,作為一門學科,數學的傳播和發展都要求它能被新一代的人們所掌握。數學的學習不會同時而自動地進行,需要靠人來傳授,所以,數學也是我們社會的教育體系中的一個教學科目.」
從上所述可以看出,人們是從數學內部(又從數學的內容、表現形式及研究過程等幾個角度)。數學與社會的關系、數學與其它學科的關系、數學與人的發展的關系等幾個方面來討論數學的性質的。它們都從一個側面反映了數學的本質特徵,為我們全面認識數學的性質提供了一個視角。
6.基於對數學本質特徵的上述認識,人們也從不同側面討論了數學的具體特點。比較普遍的觀點是,數學有抽象性、精確性和應用的廣泛性等特點,其中最本質的特點是抽象性。A,。亞歷山大洛夫說,「甚至對數學只有很膚淺的知識就能容易地覺察到數學的這些特點:第一是它的抽象性,第二是精確性,或者更好他說是邏輯的嚴格性以及它的結論的確定性,最後是它的應用的極端廣泛、性,」「5」王粹坤說,「數學的特點是:內容的抽象性、應用的廣泛性、推理的嚴謹性和結論的明確必」這種看法主要從數學的內容、表現形式和數學的作用等方面來理解數學的特點,是數學特點的一個方面。另外,從數學研究的過程方面、數學與其它學科之間的關系方面來看,數學還有形象性、似真性、擬經驗性。「可證偽性」的特點。對數學特點的認識也是有時代特徵的,例如,關於數學的嚴謹性,在各個數學歷史發展時期有不同的標准,從歐氏幾何到羅巴切夫斯基幾何再到希爾伯特公理體系,關於嚴謹性的評價標准有很大差異,尤其是哥德爾提出並證明了「不完備性定理…以後,人們發現即使是公理化這一曾經被極度推崇的嚴謹的科學方法也是有缺陷的。因此,數學的嚴謹性是在數學發展歷史中表現出來的,具有相對性。關於數學的似真性,波利亞在他的《數學與猜想》中指出,「數學被人看作是一門論證科學。然而這僅僅是它的一個方面,以最後確定的形式出現的定型的數學,好像是僅含證明的純論證性的材料,然而,數學的創造過程是與任何其它知識的創造過程一樣的,在證明一個數學定理之前,你先得猜測這個定理的內容,在你完全作出詳細證明之前,你先得推測證明的思路,你先得把觀察到的結果加以綜合然後加以類比.你得一次又一次地進行嘗試。數學家的創造性工作成果是論證推理,即證明;但是這個證明是通過合情推理,通過猜想而發現的。只要數學的學習過程稍能反映出數學的發明過程的話,那麼就應當讓猜測、合情推理佔有適當的位置。」正是從這個角度,我們說數學的確定性是相對的,有條件的,對數學的形象性、似真性、擬經驗性。「可證偽性」特點的強調,實際上是突出了數學研究中觀察、實驗、分析。比較、類比、歸納、聯想等思維過程的重要性。
綜上所述,對數學本質特徵的認識是發展的。變化的,用歷史的、發展的觀點來看待數學的本質特徵,恩格斯的「純數學的對象是現實世界的空間形式和數量關系」的論斷並不過時,對初等數學來說就更是如此,當然,對「空間形式和數量關系」的內涵,我們應當作適當的拓展和深化。順便指出,對數學本質特徵的討論中,採取現象與本質並重、過程與結果並重、形式與內容並重的觀點:,對數學教學具有重要的指導意義。
關於數學所具有的特點,可以把數學和其他學科相比較,這種特點就十分明顯了。
同其他學科相比,數學是比較抽象的。數學的抽象性表現在哪裡呢?那就是暫時撇開事物的具體內容,僅僅從抽象的數方面去進行研究。比如在簡單的計算中,2+3既可以理解成兩棵樹加三棵樹,也可以理解成兩部機床加三台機床。在數學里,我們撇開樹、機床的具體內容,而只是研究2+3的運算規律,掌握了這個規律,那就不論是樹、機床,還是汽車或者別的什麼事物都可以按加法的運算規律進行計算。乘法、除法等運算也都是研究抽象的數,而撇開了具體的內容。
數學中的許多概念都是從現實世界抽象出來的。比如幾何學中的「直線」這一概念,並不是指現實世界中的拉緊的線,而是把現實的線的質量、彈性、粗細等性質都撇開了,只留下了「向兩方無限伸長」這一屬性,但是現實世界中是沒有向兩方無限伸長的線的。幾何圖形的概念、函數概念都是比較抽象的。但是,抽象並不是數學獨有的屬性,它是任何一門科學乃至全部人類思維都具有的特性。只是數學的抽象性有它不同於其他學科抽象的特徵罷了。
數學的抽象性具有下列三個特徵:第一,它保留了數量關系或者空間形式。第二,數學的抽象是經過一系列的階段形成的,它達到的抽象程度大大超過了自然科學中的一般抽象。從最原始的概念一直到像函數、復數、微分、積分、泛函、n維甚至無限維空間等抽象的概念都是從簡單到復雜、從具體到抽象這樣不斷深化的過程。當然,形式是抽象的,但是內容卻是非常現實的。正如列寧所說的那樣:「一切科學的(正確的、鄭重的、不是荒唐的)抽象,都更深刻、更正確、更完全地反映著自然。」(《黑格爾〈邏輯學〉一書摘要》,《列寧全集》第38卷第181頁)第三,不僅數學的概念是抽象的,而數學方法本身也是抽象的。物理或化學家為了證明自己的理論,總是通過實驗的方法;而數學家證明一個定理卻不能用實驗的方法,必須用推理和計算。比如雖然我們千百次地精確測量等腰三角形的兩底角都是相等的,但是還不能說已經證明了等腰三角形的底角相等,而必須用邏輯推理的方法嚴格地給予證明。在數學里證明一個定理,必須利用已經學過或者已經證過的概念、定理用推理的方法導出這個新定理來。我們都知道數學歸納法,它就是一種比較抽象的數學證明方法。它的原理是把研究的元素排成一個序列,某種性質對於這個序列的首項是成立的,假設當第k項成立,如果能證明第k+1項也能成立,那麼這一性質對這序列的任何一項都是成立的,即使這一序列是無窮序列。
數學的第二個特點是准確性,或者說邏輯的嚴密性,結論的確定性。
數學的推理和它的結論是無可爭辯、毋容置疑的。數學證明的精確性、確定性從中學課本中就充分顯示出來了。
歐幾里得的幾何經典著作《幾何原本》可以作為邏輯的嚴密性的一個很好的例子。它從少數定義、公理出發,利用邏輯推理的方法,推演出整個幾何體系,把豐富而零散的幾何材料整理成了系統嚴明的整體,成為人類歷史上的科學傑作之一,一直被後世推崇。兩千多年來,所有初等幾何教科書以及19世紀以前一切有關初等幾何的論著都以《幾何原本》作為根據。「歐幾里得」成為幾何學的代名詞,人們並且把這種體系的幾何學叫做歐幾里得幾何學。
但是數學的嚴密性不是絕對的,數學的原則也不是一成不變的,它也在發展著。比如,前面已經講過《幾何原本》也有不完美的地方,某些概念定義得不明確,採用了本身應該定義的概念,基本命題中還缺乏嚴密的邏輯根據。因此,後來又逐步建立了更嚴密的希爾伯特公理體系。
第三個特點是應用的廣泛性。
我們幾乎每時每刻都要在生產和日常生活中用到數學,丈量土地、計算產量、制訂計劃、設計建築都離不開數學。沒有數學,現代科學技術的進步也是不可能的,從簡單的技術革新到復雜的人造衛星的發射都離不開數學。
而且,幾乎所有的精密科學、力學、天文學、物理學甚至化學通常都是以一些數學公式來表達自己的定律的,並且在發展自己的理論的時候,廣泛地應用數學這一工具。當然,力學、天文學和物理學對數學的需要也促進了數學本身的發展,比如力學的研究就促使了微積分的建立和發展。
數學的抽象性往往和應用的廣泛性緊密相連,某一個數量關系,往往代表一切具有這樣數量關系的實際問題。比如,一個力學系統的振動和一個電路的振盪等用同一個微分方程來描述。撇開具體的物理現象中的意義來研究這一公式,所得的結果又可用於類似的物理現象中,這樣,我們掌握了一種方法就能解決許多類似的問題。對於不同性質的現象具有相同的數學形式,就是相同的數量關系,是反映了物質世界的統一性,因為量的關系不只是存在於某一種特定的物質形態或者它的特定的運動形式中,而是普遍存在於各種物質形態和各種運動形式中,所以數學的應用是很廣泛的。
正因為數學來自現實世界,正確地反映了客觀世界聯系形式的一部分,所以它才能被應用,才能指導實踐,才表現出數學的預見性。比如,在火箭、導彈發射之前,可以通過精密的計算,預測它的飛行軌道和著陸地點;在天體中的未知行星未被直接觀察到以前,就從天文計算上預測它的存在。同樣的道理也才使得數學成為工程技術中的重要工具。
下面舉幾個應用數學的光輝例子。
第一,海王星的發現。太陽系中的行星之一的海王星是在1846年在數學計算的基礎上發現的。1781年發現了天王星以後,觀察它的運行軌道總是和預測的結果有相當程度的差異,是萬有引力定律不正確呢,還是有其他的原因?有人懷疑在它周圍有另一顆行星存在,影響了它的運行軌道。1844年英國的亞當斯(1819—1892)利用引力定律和對天王星的觀察資料,推算這顆未知行星的軌道,花了很長的時間計算出這顆未知行星的位置,以及它出現在天空中的方位。亞當斯於1845年9~10月把結果分別寄給了劍橋大學天文台台長查理士和英國格林尼治天文台台長艾里,但是查理士和艾里迷信權威,把它束之高閣,不予理睬。
1845年,法國一個年輕的天文學家、數學家勒維烈(1811—1877)經過一年多的計算,於1846年9月寫了一封信給德國柏林天文台助理員加勒(1812—1910),信中說:「請你把望遠鏡對准黃道上的寶瓶星座,就是經度326°的地方,那時你將在那個地方1°之內,見到一顆九等亮度的星。」加勒按勒維烈所指出的方位進行觀察,果然在離所指出的位置相差不到1°的地方找到了一顆在星圖上沒有的星——海王星。海王星的發現不僅是力學和天文學特別是哥白尼日心學說的偉大勝利,而且也是數學計算的偉大勝利。
第二,穀神星的發現。1801年元旦,義大利天文學家皮亞齊(1746—1826)發現了一顆新的小行星——穀神星。不過它很快又躲藏起來,皮亞齊只記下了這顆小行星是沿著9°的弧運動的,對於它的整個軌道,皮亞齊和其他天文學家都沒有辦法求得。德國的24歲的高斯根據觀察的結果進行了計算,求得了這顆小行星的軌道。天文學家們在這一年的12月7日在高斯預先指出的方位又重新發現了穀神星。
第三,電磁波的發現。英國物理學家麥克斯韋(1831—1879)概括了由實驗建立起來的電磁現象,呈現為二階微分方程的形式。他用純數學的觀點,從這些方程推導出存在著電磁波,這種波以光速傳播著。根據這一點,他提出了光的電磁理論,這理論後來被全面發展和論證了。麥克斯韋的結論還推動了人們去尋找純電起源的電磁波,比如由振動放電所發射的電磁波。這樣的電磁波後來果然被德國物理學家赫茲(1857—1894)發現了。這就是現代無線電技術的起源。
第四,1930年,英國理論物理學家狄拉克(1902—1984)利用數學演繹法和計算預言了正電子的存在。1932年,美國物理學家安德遜在宇宙射線實驗中發現了正電子。類似的例子不勝枚舉。總之,在天體力學中,在聲學中,在流體力學中,在材料力學中,在光學中,在電磁學中,在工程科學中,數學都作出了異常准確的預言。
⑼ 什麼叫做數學概念
數學概念(mathematical concepts)是人腦對現實對象的數量關系和空間形式的本質特徵的一種反映形式,即一種數學的思維形式。
在數學中,作為一般的思維形式的判斷與推理,以定理、法則、公式的方式表現出來,而數學概念則是構成它們的基礎。正確理解並靈活運用數學概念,是掌握數學基礎知識和運算技能、發展邏輯論證和空間想像能力的前提。