A. 数学的主要特征有哪些
数学是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科.透过抽象化和逻辑推理的使用,由计数、计算、量度和对物体形状及运动的观察中产生.数学家们拓展这些概念,为了公式化新的猜想以及从合适选定的公理及定义中建立起严谨推导出的真理.
B. 数学特征是指哪些特质
数学的定义即是数学的特征
数学是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科.透过抽象化和逻辑推理的使用,由计数、计算、量度和对物体形状及运动的观察中产生.数学家们拓展这些概念,为了公式化新的猜想以及从合适选定的公理及定义中建立起严谨推导出的真理.
名称来源
数学(mathematics;希腊语:μαθηματικά)这一词在西方源自于古希腊语的μάθημα(máthēma),其有学习、学问、科学,以及另外还有个较狭意且技术性的意义-“数学研究”,即使在其语源内.其形容词μαθηματικός(mathēmatikós),意义为和学习有关的或用功的,亦会被用来指数学的.其在英语中表面上的复数形式,及在法语中的表面复数形式les mathématiques,可溯至拉丁文的中性复数mathematica,由西塞罗译自希腊文复数τα μαθηματικά(ta mathēmatiká),此一希腊语被亚里士多德拿来指“万物皆数”的概念.(拉丁文:Mathemetica)原意是数和数数的技术.
数学的本质
数学的本质是什么?为什么数学可以运用在所有的其它科目上?
数学是研究事物数量和形状规律的科目.
如果要深入的研究其本质及其扩展问题,就必须引入【全集然文明】专有名词了.
其实数学的本质是:一门研究【储空】的科目.
自然万物都有其存储的空间,这种现象称之为【储空】.
要判断一个事物是否为“储空”其实很简单:只要能够套入“在××里”的××就是“储空”(包括具体和抽象).于是大家将会发现,所有的事物都可以套入其中,也就是说:自然万物都只是不同的“储空”而已.
于是人们也发现:【代数】就是研究【储空量】的科目;【几何】就是研究【储空形状】的科目.而既然自然万物都只是不同的储空而已,那么数学当然也就可以通用于所有的科目之中了!
C. 数学有哪些特点
提问者你好。
数学的抽象,在对象上、程度上都不同于其他学科的抽象,数学是借助于抽象建立并发展起来的.数学的抽象撇开了对象的具体内容,而仅仅保留数量关系和空间形式.在数学家看来,五个石头、五座大山、五朵金花与五条毒蛇之间,并没有什么区别.数学家关心的只是“五”.又如几何中的“点”、“线”、“面”的概念,代数中的“集合”、“方程”、“函数”等概念都是抽象思维的产物.“点”被看作没有大小的东西,无长无宽无高;“线”被看作无限延长而无宽无高,“面”则被认为是可无限伸展的无高地面.实际上,理论上的“点”、“线”、“面”在现实中是不存在的,只有充分发挥自己的空间想象力才能真正理解。
有的同学因数学的抽象而感觉数学枯燥、难学,其实“抽象”是数学的武器,是数学的优势.我们应该喜爱“抽象”,在数学的抽象过程中保留量的关系和空间形式,而舍弃其他一切,学会运用“抽象”的手段来解决问题。
D. 简述数学知识的特点
数学知识的特点
1.数学,其英文是mathematics,这是一个复数名词,“数学曾经是四门学科:算术、几何、天文学和音乐,处于一种比语法、修辞和辩证法这三门学科更高的地位。”自古以来,多数人把数学看成是一种知识体系,是经过严密的逻辑推理而形成的系统化的理论知识总和,它既反映了人们对“现实世界的空间形式和数量关系”的认识,又反映了人们对“可能的量的关系和形式”的认识。数学既可以来自现实世界的直接抽象,也可以来自人类思维的能动创造。
2.从人类社会的发展史看,人们对数学本质特征的认识在不断变化和深化。“数学的根源在于普通的常识,最显着的例子是非负整数。"欧几里德的算术来源于普通常识中的非负整数,而且直到19世纪中叶,对于数的科学探索还停留在普通的常识,”另一个例子是几何中的相似性,“在个体发展中几何学甚至先于算术”,其“最早的征兆之一是相似性的知识,”相似性知识被发现得如此之早,“就象是大生的。”因此,19世纪以前,人们普遍认为数学是一门自然科学、经验科学,因为那时的数学与现实之间的联系非常密切,随着数学研究的不断深入,从19世纪中叶以后,数学是一门演绎科学的观点逐渐占据主导地位,这种观点在布尔巴基学派的研究中得到发展,他们认为数学是研究结构的科学,一切数学都建立在代数结构、序结构和拓扑结构这三种母结构之上。与这种观点相对应,从古希腊的柏拉图开始,许多人认为数学是研究模式的学问,数学家怀特海(A. N. Whiiehead,186----1947)在《数学与善》中说,“数学的本质特征就是:在从模式化的个体作抽象的过程中对模式进行研究,”数学对于理解模式和分析模式之间的关系,是最强有力的技术。”1931年,歌德尔(K,G0de1,1978)不完全性定理的证明,宣告了公理化逻辑演绎系统中存在的缺憾,这样,人们又想到了数学是经验科学的观点,着名数学家冯·诺伊曼就认为,数学兼有演绎科学和经验科学两种特性。
3.对于上述关于数学本质特征的看法,我们应当以历史的眼光来分析,实际上,对数本质特征的认识是随数学的发展而发展的。由于数学源于分配物品、计算时间、丈量土地和容积等实践,因而这时的数学对象(作为抽象思维的产物)与客观实在是非常接近的,人们能够很容易地找到数学概念的现实原型,这样,人们自然地认为数学是一种经验科学;随着数学研究的深入,非欧几何、抽象代数和集合论等的产生,特别是现代数学向抽象、多元、高维发展,人们的注意力集中在这些抽象对象上,数学与现实之间的距离越来越远,而且数学证明(作为一种演绎推理)在数学研究中占据了重要地位,因此,出现了认为数学是人类思维的自由创造物,是研究量的关系的科学,是研究抽象结构的理论,是关于模式的学问,等等观点。这些认识,既反映了人们对数学理解的深化,也是人们从不同侧面对数学进行认识的结果。正如有人所说的,“恩格斯的关于数学是研究现实世界的数量关系和空间形式的提法与布尔巴基的结构观点是不矛盾的,前者反映了数学的来源,后者反映了现代数学的水平,现代数学是一座由一系列抽象结构建成的大厦。”而关于数学是研究模式的学问的说法,则是从数学的抽象过程和抽象水平的角度对数学本质特征的阐释,另外,从思想根源上来看,人们之所以把数学看成是演绎科学、研究结构的科学,是基于人类对数学推理的必然性、准确性的那种与生俱来的信念,是对人类自身理性的能力、根源和力量的信心的集中体现,因此人们认为,发展数学理论的这套方法,即从不证自明的公理出发进行演绎推理,是绝对可靠的,也即如果公理是真的,那么由它演绎出来的结论也一定是真的,通过应用这些看起来清晰、正确、完美的逻辑,数学家们得出的结论显然是毋庸置疑的、无可辩驳的。
4.事实上,上述对数学本质特征的认识是从数学的来源、存在方式、抽象水平等方面进行的,并且主要是从数学研究的结果来看数学的本质特征的。显然,结果(作为一种理论的演绎体系)并不能反映数学的全貌,组成数学整体的另一个非常重要的方面是数学研究的过程,而且从总体上来说,数学是一个动态的过程,是一个“思维的实验过程”,是数学真理的抽象概括过程。逻辑演绎体系则是这个过程的一种自然结果。在数学研究的过程中,数学对象的丰富、生动且富于变化的一面才得以充分展示。波利亚(G. Poliva,1888一1985)认为,“数学有两个侧面,它是欧几里德式的严谨科学,但也是别的什么东西。由欧几里德方法提出来的数学看来象是一门系统的演绎科学,但在创造过程中的数学看来却像是一门实验性的归纳科学。”弗赖登塔尔说,“数学是一种相当特殊的活动,这种观点“是区别于数学作为印在书上和铭,记在脑子里的东西。”他认为,数学家或者数学教科书喜欢把数学表示成“一种组织得很好的状态,”也即“数学的形式”是数学家将数学(活动)内容经过自己的组织(活动)而形成的;但对大多数人来说,他们是把数学当成一种工具,他们不能没有数学是因为他们需要应用数学,这就是,对于大众来说,是要通过数学的形式来学习数学的内容,从而学会相应的(应用数学的)活动。这大概就是弗赖登塔尔所说的“数学是在内容和形式的互相影响之中的一种发现和组织的活动”的含义。菲茨拜因(Efraim Fischbein)说,“数学家的理想是要获得严谨的、条理清楚的、具有逻辑结构的知识实体,这一事实并不排除必须将数学看成是个创造性过程:数学本质上是人类活动,数学是由人类发明的,”数学活动由形式的、算法的与直觉的等三个基本成分之间的相互作用构成。库朗和罗宾逊(Courani Robbins)也说,“数学是人类意志的表达,反映积极的意愿、深思熟虑的推理,以及精美而完善的愿望,它的基本要素是逻辑与直觉、分析与构造、一般性与个别性。虽然不同的传统可能强调不同的侧面,但只有这些对立势力的相互作用,以及为它们的综合所作的奋斗,才构成数学科学的生命、效用与高度的价值。”
5.另外,对数学还有一些更加广义的理解。如,有人认为,“数学是一种文化体系”,“数学是一种语言”,数学活动是社会性的,它是在人类文明发展的历史进程中,人类认识自然、适应和改造自然、完善自我与社会的一种高度智慧的结晶。数学对人类的思维方式产生了关键性的影响.也有人认为,数学是一门艺术,“和把数学看作一门学科相比,我几乎更喜欢把它看作一门艺术,因为数学家在理性世界指导下(虽然不是控制下)所表现出的经久的创造性活动,具有和艺术家的,例如画家的活动相似之处,这是真实的而并非臆造的。数学家的严格的演绎推理在这里可以比作专门注技巧。就像一个人若不具备一定量的技能就不能成为画家一样,不具备一定水平的精确推理能力就不能成为数学家,这些品质是最基本的,……,它与其它一些要微妙得多的品质共同构成一个优秀的艺术家或优秀的数学家的素质,其中最主要的一条在两种情况下都是想象力。”“数学是推理的音乐,”而“音乐是形象的数学”.这是从数学研究的过程和数学家应具备的品质来论述数学的本质,还有人把数学看成是一种对待事物的基本态度和方法,一种精神和观念,即数学精神、数学观念和态度。尼斯(Mogens Niss)等在《社会中的数学》一文中认为,数学是一门学科,“在认识论的意义上它是一门科学,目标是要建立、描述和理解某些领域中的对象、现象、关系和机制等。如果这个领域是由我们通常认为的数学实体所构成的,数学就扮演着纯粹科学的角色。在这种情况下,数学以内在的自我发展和自我理解为目标,独立于外部世界,…,另一方面,如果所考虑的领域存在于数学之外,…,数学就起着用科学的作用…·,数学的这两个侧面之间的差异并非数学内容本身的问题,而是人们所关注的焦点不同。无论是纯粹的还是应用的,作为科学的数学有助于产生知识和洞察力。数学也是一个工具、产品以及过程构成的系统,它有助于我们作出与掌握数学以外的实践领域有关的决定和行动…·,数学是美学的一个领域,能为许多醉心其中的人们提供对美感、愉悦和激动的体验…·,作为一门学科,数学的传播和发展都要求它能被新一代的人们所掌握。数学的学习不会同时而自动地进行,需要靠人来传授,所以,数学也是我们社会的教育体系中的一个教学科目.”
从上所述可以看出,人们是从数学内部(又从数学的内容、表现形式及研究过程等几个角度)。数学与社会的关系、数学与其它学科的关系、数学与人的发展的关系等几个方面来讨论数学的性质的。它们都从一个侧面反映了数学的本质特征,为我们全面认识数学的性质提供了一个视角。
6.基于对数学本质特征的上述认识,人们也从不同侧面讨论了数学的具体特点。比较普遍的观点是,数学有抽象性、精确性和应用的广泛性等特点,其中最本质的特点是抽象性。A,。亚历山大洛夫说,“甚至对数学只有很肤浅的知识就能容易地觉察到数学的这些特点:第一是它的抽象性,第二是精确性,或者更好他说是逻辑的严格性以及它的结论的确定性,最后是它的应用的极端广泛、性,”“5”王粹坤说,“数学的特点是:内容的抽象性、应用的广泛性、推理的严谨性和结论的明确必”这种看法主要从数学的内容、表现形式和数学的作用等方面来理解数学的特点,是数学特点的一个方面。另外,从数学研究的过程方面、数学与其它学科之间的关系方面来看,数学还有形象性、似真性、拟经验性。“可证伪性”的特点。对数学特点的认识也是有时代特征的,例如,关于数学的严谨性,在各个数学历史发展时期有不同的标准,从欧氏几何到罗巴切夫斯基几何再到希尔伯特公理体系,关于严谨性的评价标准有很大差异,尤其是哥德尔提出并证明了“不完备性定理…以后,人们发现即使是公理化这一曾经被极度推崇的严谨的科学方法也是有缺陷的。因此,数学的严谨性是在数学发展历史中表现出来的,具有相对性。关于数学的似真性,波利亚在他的《数学与猜想》中指出,“数学被人看作是一门论证科学。然而这仅仅是它的一个方面,以最后确定的形式出现的定型的数学,好像是仅含证明的纯论证性的材料,然而,数学的创造过程是与任何其它知识的创造过程一样的,在证明一个数学定理之前,你先得猜测这个定理的内容,在你完全作出详细证明之前,你先得推测证明的思路,你先得把观察到的结果加以综合然后加以类比.你得一次又一次地进行尝试。数学家的创造性工作成果是论证推理,即证明;但是这个证明是通过合情推理,通过猜想而发现的。只要数学的学习过程稍能反映出数学的发明过程的话,那么就应当让猜测、合情推理占有适当的位置。”正是从这个角度,我们说数学的确定性是相对的,有条件的,对数学的形象性、似真性、拟经验性。“可证伪性”特点的强调,实际上是突出了数学研究中观察、实验、分析。比较、类比、归纳、联想等思维过程的重要性。
综上所述,对数学本质特征的认识是发展的。变化的,用历史的、发展的观点来看待数学的本质特征,恩格斯的“纯数学的对象是现实世界的空间形式和数量关系”的论断并不过时,对初等数学来说就更是如此,当然,对“空间形式和数量关系”的内涵,我们应当作适当的拓展和深化。顺便指出,对数学本质特征的讨论中,采取现象与本质并重、过程与结果并重、形式与内容并重的观点:,对数学教学具有重要的指导意义。
关于数学所具有的特点,可以把数学和其他学科相比较,这种特点就十分明显了。
同其他学科相比,数学是比较抽象的。数学的抽象性表现在哪里呢?那就是暂时撇开事物的具体内容,仅仅从抽象的数方面去进行研究。比如在简单的计算中,2+3既可以理解成两棵树加三棵树,也可以理解成两部机床加三台机床。在数学里,我们撇开树、机床的具体内容,而只是研究2+3的运算规律,掌握了这个规律,那就不论是树、机床,还是汽车或者别的什么事物都可以按加法的运算规律进行计算。乘法、除法等运算也都是研究抽象的数,而撇开了具体的内容。
数学中的许多概念都是从现实世界抽象出来的。比如几何学中的“直线”这一概念,并不是指现实世界中的拉紧的线,而是把现实的线的质量、弹性、粗细等性质都撇开了,只留下了“向两方无限伸长”这一属性,但是现实世界中是没有向两方无限伸长的线的。几何图形的概念、函数概念都是比较抽象的。但是,抽象并不是数学独有的属性,它是任何一门科学乃至全部人类思维都具有的特性。只是数学的抽象性有它不同于其他学科抽象的特征罢了。
数学的抽象性具有下列三个特征:第一,它保留了数量关系或者空间形式。第二,数学的抽象是经过一系列的阶段形成的,它达到的抽象程度大大超过了自然科学中的一般抽象。从最原始的概念一直到像函数、复数、微分、积分、泛函、n维甚至无限维空间等抽象的概念都是从简单到复杂、从具体到抽象这样不断深化的过程。当然,形式是抽象的,但是内容却是非常现实的。正如列宁所说的那样:“一切科学的(正确的、郑重的、不是荒唐的)抽象,都更深刻、更正确、更完全地反映着自然。”(《黑格尔〈逻辑学〉一书摘要》,《列宁全集》第38卷第181页)第三,不仅数学的概念是抽象的,而数学方法本身也是抽象的。物理或化学家为了证明自己的理论,总是通过实验的方法;而数学家证明一个定理却不能用实验的方法,必须用推理和计算。比如虽然我们千百次地精确测量等腰三角形的两底角都是相等的,但是还不能说已经证明了等腰三角形的底角相等,而必须用逻辑推理的方法严格地给予证明。在数学里证明一个定理,必须利用已经学过或者已经证过的概念、定理用推理的方法导出这个新定理来。我们都知道数学归纳法,它就是一种比较抽象的数学证明方法。它的原理是把研究的元素排成一个序列,某种性质对于这个序列的首项是成立的,假设当第k项成立,如果能证明第k+1项也能成立,那么这一性质对这序列的任何一项都是成立的,即使这一序列是无穷序列。
数学的第二个特点是准确性,或者说逻辑的严密性,结论的确定性。
数学的推理和它的结论是无可争辩、毋容置疑的。数学证明的精确性、确定性从中学课本中就充分显示出来了。
欧几里得的几何经典着作《几何原本》可以作为逻辑的严密性的一个很好的例子。它从少数定义、公理出发,利用逻辑推理的方法,推演出整个几何体系,把丰富而零散的几何材料整理成了系统严明的整体,成为人类历史上的科学杰作之一,一直被后世推崇。两千多年来,所有初等几何教科书以及19世纪以前一切有关初等几何的论着都以《几何原本》作为根据。“欧几里得”成为几何学的代名词,人们并且把这种体系的几何学叫做欧几里得几何学。
但是数学的严密性不是绝对的,数学的原则也不是一成不变的,它也在发展着。比如,前面已经讲过《几何原本》也有不完美的地方,某些概念定义得不明确,采用了本身应该定义的概念,基本命题中还缺乏严密的逻辑根据。因此,后来又逐步建立了更严密的希尔伯特公理体系。
第三个特点是应用的广泛性。
我们几乎每时每刻都要在生产和日常生活中用到数学,丈量土地、计算产量、制订计划、设计建筑都离不开数学。没有数学,现代科学技术的进步也是不可能的,从简单的技术革新到复杂的人造卫星的发射都离不开数学。
而且,几乎所有的精密科学、力学、天文学、物理学甚至化学通常都是以一些数学公式来表达自己的定律的,并且在发展自己的理论的时候,广泛地应用数学这一工具。当然,力学、天文学和物理学对数学的需要也促进了数学本身的发展,比如力学的研究就促使了微积分的建立和发展。
数学的抽象性往往和应用的广泛性紧密相连,某一个数量关系,往往代表一切具有这样数量关系的实际问题。比如,一个力学系统的振动和一个电路的振荡等用同一个微分方程来描述。撇开具体的物理现象中的意义来研究这一公式,所得的结果又可用于类似的物理现象中,这样,我们掌握了一种方法就能解决许多类似的问题。对于不同性质的现象具有相同的数学形式,就是相同的数量关系,是反映了物质世界的统一性,因为量的关系不只是存在于某一种特定的物质形态或者它的特定的运动形式中,而是普遍存在于各种物质形态和各种运动形式中,所以数学的应用是很广泛的。
正因为数学来自现实世界,正确地反映了客观世界联系形式的一部分,所以它才能被应用,才能指导实践,才表现出数学的预见性。比如,在火箭、导弹发射之前,可以通过精密的计算,预测它的飞行轨道和着陆地点;在天体中的未知行星未被直接观察到以前,就从天文计算上预测它的存在。同样的道理也才使得数学成为工程技术中的重要工具。
下面举几个应用数学的光辉例子。
第一,海王星的发现。太阳系中的行星之一的海王星是在1846年在数学计算的基础上发现的。1781年发现了天王星以后,观察它的运行轨道总是和预测的结果有相当程度的差异,是万有引力定律不正确呢,还是有其他的原因?有人怀疑在它周围有另一颗行星存在,影响了它的运行轨道。1844年英国的亚当斯(1819—1892)利用引力定律和对天王星的观察资料,推算这颗未知行星的轨道,花了很长的时间计算出这颗未知行星的位置,以及它出现在天空中的方位。亚当斯于1845年9~10月把结果分别寄给了剑桥大学天文台台长查理士和英国格林尼治天文台台长艾里,但是查理士和艾里迷信权威,把它束之高阁,不予理睬。
1845年,法国一个年轻的天文学家、数学家勒维烈(1811—1877)经过一年多的计算,于1846年9月写了一封信给德国柏林天文台助理员加勒(1812—1910),信中说:“请你把望远镜对准黄道上的宝瓶星座,就是经度326°的地方,那时你将在那个地方1°之内,见到一颗九等亮度的星。”加勒按勒维烈所指出的方位进行观察,果然在离所指出的位置相差不到1°的地方找到了一颗在星图上没有的星——海王星。海王星的发现不仅是力学和天文学特别是哥白尼日尔爾心学说的伟大胜利,而且也是数学计算的伟大胜利。
第二,谷神星的发现。1801年元旦,意大利天文学家皮亚齐(1746—1826)发现了一颗新的小行星——谷神星。不过它很快又躲藏起来,皮亚齐只记下了这颗小行星是沿着9°的弧运动的,对于它的整个轨道,皮亚齐和其他天文学家都没有办法求得。德国的24岁的高斯根据观察的结果进行了计算,求得了这颗小行星的轨道。天文学家们在这一年的12月7日在高斯预先指出的方位又重新发现了谷神星。
第三,电磁波的发现。英国物理学家麦克斯韦(1831—1879)概括了由实验建立起来的电磁现象,呈现为二阶微分方程的形式。他用纯数学的观点,从这些方程推导出存在着电磁波,这种波以光速传播着。根据这一点,他提出了光的电磁理论,这理论后来被全面发展和论证了。麦克斯韦的结论还推动了人们去寻找纯电起源的电磁波,比如由振动放电所发射的电磁波。这样的电磁波后来果然被德国物理学家赫兹(1857—1894)发现了。这就是现代无线电技术的起源。
第四,1930年,英国理论物理学家狄拉克(1902—1984)利用数学演绎法和计算预言了正电子的存在。1932年,美国物理学家安德逊在宇宙射线实验中发现了正电子。类似的例子不胜枚举。总之,在天体力学中,在声学中,在流体力学中,在材料力学中,在光学中,在电磁学中,在工程科学中,数学都作出了异常准确的预言。
E. 理解并解释数学知识有什么特点
数学学科特点:高度的抽象性、结论的确定性和应用的广泛性是数学的特点.要想学好数学必须具备三大能力,即运算能力、空间想象能力及逻辑思维能力,其中逻辑思维能力是核心。运算能力是基础,空间想象能力主要用于立几题中,逻辑思维能力包括,判断能力、逻辑推理能力、数学建模能力以及对数学解的分析能力,
同时学习好数学要抓住“四个三”:
1.内容上要充分领悟三个方面:理论、方法、思维;
2.解题上要抓好三个字:数、式、形;3.阅读、审题和表述上要实现数学的三种语言自如转化(文字语言、符号语言、图形语言);4.学习中要驾驭好三条线:知识(结构)是明线(要清晰),方法(能力)是暗线(要领悟、要提练),思维(训练)是主线(思维能力是数学诸能力的核心,创造性的思维能力是最强大的创新动力,是检验自己大脑潜能开发好坏的试金石。)
方法;一、掌握基础知识。把课本上的知识点全部弄懂弄熟,把课本上的例题,练习题也要研究透彻。二、能够,灵活运用。对于公式、定理、推论要理解透彻,在解题时分析题意,联系相关知识点,运用到解题步骤中。三、举一反三,勿搞题海战。做题不要求多,而要精,只要掌握一种类型的一道题,那么这种类型的其它题就可迎刃而解,万变不离其宗。四、考前复习要有侧重点。I,分值大的主要有函数,圆椎曲线,概率排列组合。分值小的有数列,三角函数,不等式,集合。
数学是一切科学之母"、"数学是思维的体操",它是一门研究数与形的科学,它不处不在。要掌握技术,先要学好数学,想攀登科学的高峰,更要学好数学。
数学的三大特点严谨性、抽象性、广泛的应用性所谓数学的严谨性,指数学具有很强的逻辑性和较高的精通性,一般以公理化体系来体现。
什么是公理化体系呢?指得是选用少数几个不加定义的概念和不加逻辑证明的命题为基础,推出一些定理,使之成为数学体系,在这方面,古希腊数学家欧几里得是个典范,他所着的《几何原本》就是在几个公理的基础上研究了平面几何中的大多数问题。在这里,哪怕是最基本的常用的原始概念都不能直观描述,而要用公理加以确认或证明。
数学的抽象性表现在对空间形式和数量关系这一特性的抽象。它在抽象过程中抛开较多的事物的具体的特性,因而具有十分抽象的形式。它表现为高度的概括性,并将具体过程符号化,当然,抽象必须要以具体为基础。
至于数学的广泛的应用性,更是尽人皆知的。只是在以往的教学、学习中,往往过于注重定理、概念的抽象意义,有时却抛却了它的广泛的应用性。
F. 数学科学的特殊性表现在哪些方面
一般认为,数学有三个显着特点,这就是抽象性,逻辑严密性,应用广泛性,数学的以上三个特点是互相联系,互相影响,密不可分的,认识数学的以上特点,并注意在中学数学教学中正确把握好数学的特点,具有重要意义。
1.抽象性
所谓抽象就是在思想中分出事物的一些属性和联系而撇开另一些属性和联系的过程。抽象有助于我们撇开各种次要的影响,抽取事物的主要的、本质的特征并在“纯粹的”形式中单独地考察它们,从而确定这些事物的发展规律,数学以高度抽象的形式出现,首先是其研究的基本对象的高度抽象性。数学抽象最早发生于一些最基本概念的形成过程中,恩格斯对此作了极其精辟地论述:“数和形的概念不是从其他任何地方,而是从现实世界中得到来的。人们用来学习计数,也就是作第一次算术运算的十个指头,可以是任何别的东西,但总不是知性的自由创造物。为了计数,不仅要有可以计数的对象,而且还要有一种在考察对象时撇开它们的数以外的其他一切特性的能力,而这种能力是长期以经验为依据的历史发展的结果。和数的概念一样,形的概念也完全是从外部世界得来的,而不是从头脑中由纯粹的思维产生出来的。必须先存在具有一定形状的物体,把这些形状加以比较,然后才能构成形的概念。纯数学是以现实世界的空间形式和数量关系,也就是说,以非常现实的材料为对象的。这种材料以极度抽象的形式出现,这只能在表面上掩盖它来源于外部世界。但是,为了对这些形式和关系能从它们的纯粹形态来加以研究,必须使它们完全脱离自己的内容,把内容作为无关紧要的东西放在一边;这样就得到没有长宽高的点,没有厚度和宽度的线,a和b与x和y,常数和变数;只是在最后才得到知性自身的自由创造物和想象物,即虚数,[1]数的概念,点、线、面等几何图形的概念属于最原始的数学概念。在原始概念的基础上又形成有理数、无理数、复数、函数、微分、积分、n维空间以至无穷维空间这样一些抽象程度更高的概念。从数学研究的问题来看,数学研究的问题的原始素材可以来自任何领域,着眼点不是素材的内容而是素材的形式,不相干的事物在最的侧面,形的侧面可以呈现类似的模式,比如代数的演算可以描述逻辑的推理以至计算机的运行;流体力学的方程也可能出现在金融领域,数学强大的生命力就在于能够把一个领域的思想经过抽象过程的提炼而转移到别的领域,纯数学的研究成果常常能在意想不到的地方开花结果。有些外国数学家由于数学研究对象的抽象性,就认为数学是不知其所云为何物,这种认识是不妥的。
数学科学的高度抽象性,决定数学教育应该把发展学生的抽象思维能力规定为其曰标。从具体事物抽象出数量关系和空间形式,把实际问题转化为数学问题的科学抽象过程中,可以培养学生的抽象能力。
在培养学生的抽象思维能力的过程中,应该注意从现实实际事物中抽象出数学概念的提炼过程的教学,又要注意不使数学概念陷入某一具体原型的探讨纠缠。例如,对于直线概念,就要从学生常见并可以理解的实际背景,如拉紧的线,笔直的树干和电线杆等事物中抽象出这个概念,说明直线概念是从许多实际原型中抽象出来的一个数学概念,但不要使这个概念的教学变成对直线的某一具体背景的探讨。光是直线的一个重要实际原型,但如果对于直线概念的教学陷入到对于光的概念的探究,就会导致对直线概念纠缠不清。光的概念涉及了大量数学和物理的问题,牵涉了近现代几何学与物理学的概念,其中包括对欧几里得几何第五公设的漫长研究历史,非欧几何的产生,以及光学,电磁学,时间,空间,从牛顿力学的绝对时空观,到爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论,等等。试图从光的实际背景角度去讲直线的概念,陷入对于光的本质的讨论,就使直线的概念教学走入歧途。应该清楚,光不是直线唯一的实际原型,直线的实际原型是极其丰富的。
在培养中学生的抽象思维能力方面,要注意的一个问题是应根据中学生的年龄心理特点,对中学数学教学内容的抽象程度有所控制,过度抽象的内容对普通中学生来说是不适宜的(如某些近代数学的概念)。另外,对于抽象概念的学习应该以抽象概念借以建立起来的大最具体概念作为前提和基础,否则,具体知识准备不够,抽象概念就成为一个实际内容不多的空洞的事物,学生对于学习这样的抽象概念的重要性和必要性就会认识不足。
2.严密性
所谓数学的严密性,就是要求对于任何数学结论,必须严格按照正确的推理规则,根据数学中已经证明和确认的正确的结论(公理、定理、定律、法则、公式等),经过逻辑推理得到,这就要求得到的结论不能有丝毫的主观臆断性和片面性。数学的严密性与数学的抽象性有紧密的联系,正因为数学有高度的抽象性,所以它的结论是否正确,就不能像物理、化学等学科那样,对于一些结论可以用实验来加以确认,而是依靠严格的推理来证明;而且一旦由推理证明了结论,这个结论也就是正确的。
数学科学具有普遍的严格逻辑性特点,而在数学发展历史中则有许多非常典型的例子。例如,对于无限概念逐步深入的认识,毕达哥拉斯学派对于无理数的发现,牛顿、莱布尼兹的微积分及其严格化,处处连续却处处不可导的函数的构造,集合论悖论的构造,都很好地说明了数学的这种严格的风格和精神。
数学中严谨的推理使得每一个数学结论不可动摇。数学的严格性是数学作为一门科学的要求和保证,数学中的严格推理方法是广泛需要并有广泛应用的。学习数学,不仅学习数学结论,也强调让学生理解数学结论,知道数学结论是怎么证明的,学习数学科学的方法,包括其中丰富蕴涵的严格推理方法以及其他的思维方法。如果数学教学对于一些重要结论不讲证明过程,就使教学价值大为降低。学生也常常因为对于一些重要而基本的数学结论的理解产生困难而不能及时得到教师的指导解惑而对数学学习失去兴趣和信心。根据对于新高中数学课程教学的一些调查,新教材中对于某些公式的推导,某些内容的讲解方面过于简单,不能满足同学的学习要求,特别典型的立体几何中的一些关系判定定理只给出结论,不给出证明,方法上采用了实验科学验证实验结论的方法进行操作确认,就与数学科学的精神和方法不一致,老师们的意见比较多,是日前数学教学实践面临的一个问题。数学教学的一个重要目标是教学生思维的过程与方法,让学生充分认识数学结论的真理性、科学性,发展严密的逻辑思维能力。
严密性程度的教学把握当然应该贯彻因材施教的原则,根据学生和教学实际作调适,数学教材(包括在教师教学用书中)可提供严密程度不同的教学方案,备作选择和参考。例如,对于平面几何中的平行线分线段成比例定理,在实际教学中就可以根据教学实际情况采用三种不同的教学方案,第一种是初中数学教材(如人民教育出版社中学数学室编写的《九年义务教育三年制初级中学教科书几何第二册》)普遍采用的,即从特殊的情形作说理,不加证明把结论推广到一般情形;第二种是用面积方法来得到定理的证明(如任命教育出版社中学数学室编写的《义务教育初中数学实验课本几何第二册》的证明方法);第三种则分别就比值是有理数、无理数的不同情况来加以证明,是严密性要求较高,对学生的思维能力要求也较高的一种教学方案(如前苏联的某些初中数学教材的教学要求)。可以肯定,长期不同程度的教学要求的差异也自然导致学生数学能力的较大差异。从培养人才的角度认识,当然应该为不同的学生设计不同的教学方案,才能有利于学生得到充分的发展。
此外,数学科学中逻辑的严密性不是绝对的,在数学发展历史中严密性的程度也是逐步加强的,例如欧几里得的《几何原本》曾经被作为逻辑严密性的一个典范,但后人也发现其中存在不严格,证明过程中也常常依赖于图形的直观。在中学数学教学中培养学生逻辑思维能力的问题上,要注意严密的适度性问题,在这方面,我国中学数学教材工作者和广大教师在初等数学内容的教学处理上作了许多研究,许多处理方式反映了中学生的认识水平,具有重要价值,例如,中学代数教学中许多运算性质的教学,其逻辑严格性不可能达到作为科学意义下数学理论的严格程度,一直以来的处理方法是基本合理的。
此外,在数学教学上追求逻辑上的严密性需要有教学时间的保证,中学生学习时间有限。目前,在实施高中数学新课程以后,各地实际教学反映教学内容多而课时紧的矛盾比较突出,教学中适当地减少了一些对中学生来说比较抽象,或难度较大,或综合性较强的教学内容,使教学时间比较充裕以利于学生消化吸收知识。在目前的高中数学新课程试验中,教学内容的量怎样才比较合理,让一部分高中学生能够学得了的新增的数学选修课内容(尤其是选修系列四的部分专题)切实得到实施,以贯彻落实新高中课程的多样性和选择性,也是值得继续探讨的重要问题。
与此相关的一个问题,数学教学要处理好过程与结果的关系。学习数学基本而重要的日标是会解决各种问题,过分地强调数学教学中的逻辑与证明又会导致知识面不宽,以致对于许多影响深远、应用广泛的数学方法了解不够。这说明,数学教育一方面应该重视逻辑思维能力的培养,还应该重视科学精神的培养,数学思想方法的领会。就数学结论的严格性和严密性,严格和严密的态度是需要的,但是,在一些特定的教学阶段,只要不导致逻辑思维能力的降低,不影响学生对于结论的理解,对于某些类同的数学定理的证明应该可以省略,这应该不会影响数学能力的培养。
其他科学工作为了证明自己的论断常常求助于实验,而数学则依靠推理和计算来得到结论。计算是数学研究的一种重要途径,所以,中学数学教学必须培养学生的数量观念和运算能力。现在的计算工具更加先进,还可以借助于大型的计算系统,这使计算能力可以大大加强。新的高中数学课程增设了算法的内容,充实了概率统计、数据处理的内容,在高中技术课程中又增加了“算法与程序设计”模块,这体现了计算机和信息时代对于培养运算能力的新要求。从目前中学数学实际教学情况看,算法内容的教学由于技术条件的限制而存在落实不够的情况,应该解决教学中存在的实际困难,如算法在计算机上真正实现运算,使教学落到实处,这就涉及计算机语言的问题,但在中学数学课程中直接引入计算机程序设计语言又似乎使中学数学教学的内容过于技术化和专门化,这是值得研究的一个问题。
3.应用广泛性
在日常生活、工作和生产劳动以及科学研究中,数量关系和空间形式方面的问题是普遍存在的,数学应用具有普遍性。数学这门历史悠久的学科,在第二次世界大战以来出现了空前的繁荣。在各分支的研究取得重大突破的同时,数学各分支之间、数学与其他学科之间的新的联系不断涌现,更显着地改变了数学科学的面貌。而意义最为深远的是数学在社会生活的作用的革命性变化,尤为显着的是在技术领域,随着计算机的发展,数学渗入各行各业,并且物化到各种先进设备中。从卫星到核电站,从天气预报到家用电器,新技术的高精度、高速度、高自动、高安全、高质量、高效率等特点,无一不是通过数学模型和数学方法并借助计算机的计算控制来实现的。计算机软件技术在高新技术中占了很大比重,而软件技术说到底实际上就是数学技术,数字式电视系统,先进民航飞机的全数字化开发过程,大量的例子说明了,在世界范围数学已经显示出第一生产力的本性,她不但是支撑其他科学的“幕后英雄”,也直接活跃在技术革命第一线。数学对于当代科学也是至关重要的,各门学科越来越走向定量化,越来越需要用数学来表达其定量和定性的规律。计算机本身的产生和进步就强烈地依赖于数学科学的进展。几乎所有重要的学科,如在名称前面加上“数学”或“计算”二字,就是现有的一种国际学术杂志的名字,这表明大量的交叉领域不断涌现,各学科正在充分利用数学方法和成就来加速本学科的发展。关于数学应用的广泛性问题,哈佛大学数学物理教授阿瑟·杰佛(Arthur Jaffe)在着名的长篇论文《整理出宇宙的秩序──数学的作用》(此文是美国国家研究委员会的报告《进一步繁荣美国数学》的一个附录)中作了精辟的论述,他充分肯定了数学在现代社会中的重要作用;“过去的四分之一世纪中,数学和数理技术已经渗透到科学技术和生产中去,并成为其中不可分割的组成部分。在现今这个技术发达的社会里,扫除数学盲’的任务已经替代了昔日扫除文盲’的任务而成为当今教育的重要曰标,人们可以把数学对于我们社会的贡献比喻成空气和食物对于生命的作用。事实上,可以说,我们大家都生活在数学的时代──我们的文化已经数学化。在我们周围,神通广大的计算机最能反映出数学的存在,……,若要把数学研究对我们社会的实用价值写出来,并说明一些具体的数学思想怎样影响这一世界,那就可以写出几部书来。”他指出:“(1)高明的数学不管怎么抽象,它在白然界中最终必能得到实际的应用;(2)要准确地预测一个数学领域到底在那些地方有用场是不可能的。”[2]有许多数学家常常对自己的思想得到的应用感到意外。例如,英国数学家哈代(G H Hardy)研究数学纯粹是为了追求数学的美,而不是因为数学有什么实际用处,他曾自信地声称数论不会有什么实际用处,但四十年后质数的性质成了编制新密码的基础,抽象的数论与国家安全发生了紧密关系。“计算机科学家报告说每一点数学都以这样或那样的方式在实际应用中帮了忙,物理学家则对于数学在自然科学中异乎寻常的有效性’赞叹不已。”
其次,数学教育应该注意培养学生应用数学的意识和能力,这已经成为我国数学教育界的共识。但应该注意的另一方面,数学的应用极其广泛,在中小学有限时间内,介绍数学应用就必须把握好度。数学的应用具有极端的广泛性,任何一个数学概念、定理、公式、法则都有极广的应用。而过量和过度的数学应用问题的教学必然影响数学基础理论的教学,而削弱基础理论的学习又将导致数学应用的削弱。在中学数学教学中,重在让学生初步了解数学在某些领域中的应用,认识数学学习的价值从而重视数学学习。另外,数学的应用也不仅限于具体知识的实际应用,很重要的是一些数学观念和思想在实际工作中的运用。中小学是打基础的时候,所谓打基础主要是打数学基本知识和技能的基础,要让学生有较宽广的数学视野,不应该以在实际中是否直接有用作为标准来决定教学内容的取舍,也不应该要求学生数学学得并不多的时候就去考虑过最的应用问题。初中数学教学实践反映,一些传统的教学内容被删减对于学生数学学习产生了不良影响;高中数学新教材实验回访也反映,高中数学教科书中某些部分实际问题份量“过重”,不少实际问题的例、习题背景太复杂,教学中需花很多时间帮助学生理解实际背景,冲淡了对主要数学知识的学习。实际上,学生参加工作后面临的实际问题会有很大的差异,学生的工作生活背景差异也很大,学生对于实际背景、实际问题的兴趣会有很大的差异,另外实际问题涉及因素常常较多,对于中小学生,尤其是对于义务教育中的学生而言常常显得比较复杂。数学在某一个特殊领域的应用就必然涉及这个领域的许多专门化的知识,对于学生成为较大的困难。此外,学校教育虽然是为学生今后参加工作和生产作的准备,但也不必让学生化过多时间去思考成人阶段才会遇到的一些实际问题,有些实际问题不如留给成年人去考虑。2001年,人民教育出版社中学数学室邀请北京大学数学科学学院田刚教授等谈数学教育的有关问题,他们在谈到对于数学科学及其教学的看法时指出:数学主要还是计算与推理,从数学中能学到的,最重要的是逻辑思维,抽象化的方法,这是一些普遍有用的东西;数学教育中逻辑思维能力的培养要加强,就应用而言,目前的信息技术中就非常需要很强的逻辑思维能力,尤其是编写程序,编程有长有短,短的出错的可能性小一些,怎样才能短一些又解决问题,不出现错误,这就需要逻辑思维;美国进行微积分的教学改革,用高级的图形计算器,能直观地看,用逼近的方法;技术能对直观地把握数学有一定的帮助,不过真正重要、有用的还是用逻辑推导公式;数学教育要教一些基本的东西。
第三方面,数学具有广泛应用,但并非所有学生都会去从事需要很深奥的数学知识的工作,单就直接应用数学的角度而言,不必每个学生都学习很高深的数学理论。普通百姓经常应用的是最基本的数学知识,学习数学很重要的目的是通过学习提高思维能力。所以,在中小学阶段,一方面数学教学要面向全体学生,使人人都有机会获得良好的数学教育,另一方面也应该根据学生的实际和他们的兴趣爱好,根据每个学生的学业、智能发展特长,让不同的学生在不同的方面得到不同的发展,当然,对于规划在科学和技术领域发展的学生必然应该打下良好的数学基础。大家注意到,大量在中学阶段打下了良好数学基础的学生,包括部分国际国内中学数学竞赛中的优胜者,却没有在后续学习阶段继续以数学作为自己的主要发展方向而选择其他的领域,而选择理工科专业的学生常常在大学阶段仍学习很多的数学科学的课程,这也说明了数学应用的广泛性和数学对于学生发展的重要价值。
G. 数学这门学科的特点是什么
数学学科的特点
数学是一门研究数量关系和空间形式的科学,具有严密的符号体系,独特的公式结构,形象的图像语言。它有三个显着的特点:高度抽象,逻辑严密,广泛应用。
1.高度抽象性 .
数学的抽象,在对象上、程度上都不同于其它学科的抽象,数学是借助于抽象建立起来 并借助于抽象发展的。
数学的抽象撇开了对象的具体内容,而仅仅保留数量关系和空间形式。在数学家看来,五个石头、五座大山、五朵金花与五条毒蛇之间,并没有什么区别。数学家关心的只是“五”。
又如几何中的“点”、“线”、“面”的概念,代数中的“集合”、“方程”、“函数”等概念都是抽象思维的产物。“点”被看作没有大小的东西,禾长无宽无高;“线”被看作无限延长而无宽无高,“面”则被认为是可无限伸展的无高的面。实际上,理论上的“点”、“线”、“面”在现实中是不存在的,只有充分发挥自己的空间想象力才能真正理解。
2.严密逻辑性 .
数学具有严密的逻辑性,任何数学结论都必须经过逻辑推理的严格证明才能被承认。逻辑严密也并非数学所独有。任何一门科学,都要应用逻辑工具,都有它严谨的一面。但数学对逻辑的要求不同于其它科学 因为数学的研究对象是具有高度抽象性的数量关系和空间形式,是一种形式化的思想材料。许多数学结果,很难找到具有直观意义的现实原型,往往是在理想情况下进行研究的。如一元二次方程求根公式的得出,两条直线位置关系的确定,无穷小量的得出,等等。数学运算、数学推理、数学证明、数学理论的正确性等,不能像自然科学那样借助于可重复的实验来检验,而只能借助于严密的逻辑方法来实现。
3.广泛应用性 . 数学作为一种工具或手段,几乎在任何一门科学技术及一切社会领域中都被运用。各门科学的“数学化”,是现代科学发展的一大趋势。我国已故着名数学家华罗庚教授曾指出:“宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,生物之谜,日用之繁,无处不用数学”。 这是对数学应用的广泛性的精辟概括。
数学应用的例证不胜枚举,太阳系九大行星之一的海王星的发现,电磁波的发现,都是 历史上数学应用的光辉范例。
数学的这三个显着特点是互相联系的,数学的高度抽象性,决定了其逻辑的严密性,同时又保证其广泛的应用性。这些特点也深刻地反映了:实践是数学的源泉,实践应用的需要正是学习数学的目的。
H. 数学的主要特征是什么
数学源自于古希腊语,是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科。透过抽象化和逻辑推理的使用,由计数、计算、量度和对物体形状及运动的观察中产生。数学的基本要素是:逻辑和直观、分析和推理、共性和个性。
希望可以帮到你哦
I. 数学学科有什么特点
1.明确的表述概念
2.抽象
3.理想化
4.有推理方法
5.有独特的符号体系
6.数学的二元性:归纳+推理=创造