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985之路,由数学计算铺就

985之路,由数学计算铺就

作者: 连三炮 | 来源:发表于2018-12-11 15:00 被阅读451次

    灯下漫笔——谈谈数学计算(一)

    有一种有趣的现象,本不应该成为问题,但是到了最后,就是成了一个严重的问题,就像国足,留给我们的对手真的不多了。

    数学计算也中招了。不少理科老师会说,现在学生的计算能力真是不忍直视,令人无语,不知道数学老师是怎么教的,等等。数学老师真的难辞其咎吗?俗语讲,教不严,师之惰。但是数学老师心中苦啊。可以毫不避讳地说,过半数的高中生的计算能力是不达标的。以宁波地区为例,普高录取率只有50%,这意味着九年义务教育之后,近七成的学生,数学计算都没有学好。

    笛卡尔说:每一现象必有原因。我非常珍惜这句话,因为它可以促进反思。学生的计算能力普遍不达标,到底是什么原因造成的?问题出在了哪里?首先,高中数学老师一脸蒙圈,我们不教计算了啊,计算是练出来的;初中老师两手一摊,请看看中考数学的平均分,我们教出的成绩足够优秀。锅是没人接的,只能继续找原因。我的观点是,中考降低了考试难度,同样会降低学习要求,导致学生计算能力的普遍下滑。

    计算的标准是什么呢?计算无它,唯既快又准尔。今天就认真而又严肃地聊聊数学计算。

    一旦接触到数学,两条必走之路,一条是计算之路,另一条是被计算缠绕之路。一直走,没有尽头。这应该成为一种常识,就像饿了需要吃饭一样。如果你没有这种常识,并不怪你,这是数学工作者的失误,我不自量力的尽微薄之力,弥补一些。一言以蔽之,计算是数学有机整体中重要的一部分,计算也决定了数学解题的效率和准确率,快与慢,错与对,都是通过计算展现出结果的。

    而关于计算本身又有哪些特性呢?

    一是易错性。对人而言,大脑容易犯错,也决定了计算的易错性,无法否认,这几乎是一个必然事件。最常听到家长和学生说:都是会的,粗心算错了,太可惜了。久而久之,易错带来家长辅导孩子作业的矛盾,更严重的是给学生带来信心上的打击,甚至出现厌学情绪。粗心只是一种表象,会的也不是真的会了,算不出正确的结果,就不是真会。没有做到快和准,就要继续努力,如果做到了快和准,完全可以放弃一些重复的作业,空出的时间加大学习难度即可。努力的意义在于,将易错的必然事件转化为小概率事件,基本的计算正确率提升到95%以上,甚至100%。最好的办法是不断的练习,其次要统计出自己经常犯错误的地方,每个人都有特点,会在某个点上惯性的犯错。学生的例子特别多,那就举一个我最近备课的例子。这是镇海高三期中考试题,如下:

    二是机械性。是的,计算具有机械性。就像很多学生解一元二次方程,一步一步配方去解;学了空间坐标系,按照步骤有条不紊计算。机械性也有先进和落后之分,解一元二次方程优先因式分解,不能因式分解的,直接公式法一步到位,这样至少要比配方先进一些。也正是计算具有机械性,会给人单调乏味的感觉,结合易错性,引来不少口诛笔伐。

    我们需要提防的,正是这样一拨埋怨数学的人,而且顽固的很,危害很大,危害的直接后果就是,它会使不懂分辨的孩子们对数学产生偏见。这一拨人可以大致分两类,一类是一直被数学打击,从没有入数学门的人。他们的表现形式,即是他们的反击方式,就是大谈数学的实用性:学这些,买菜都用不到!既然学习是为了买菜,出门右拐就是菜市场,您先买一桌下酒菜,我们尝尝咸淡,再接着聊呗。可以友情提醒,小学四年级毕业就能满足日常生活的数学需求,连九年义务都不需要。其实他们就是被数学计算打击的,一直算不对,多点耐心就可以了,但就是缺乏耐心。另外一类,就更有意思了,有些小聪明,偶尔在数学考试中取得不错的分数,就沾沾自喜,沾沾自喜的是他们没有付出多少努力,考得还不错,然后总想着些捷径学习数学。数学是没有捷径的,当遇到些闭门羹时,他们首先开始厌烦起数学计算,总觉得那么多机械计算令他们的智商无处发挥,数学有足够多的问题来匹配智商。事实上他们学会列方程就再也不会列算式解应用题了,学会空间坐标系就再也不会几何法了,然后三角变换、圆锥曲线、导数就成为被攻击的主要对象(三角函数在高中已经缩减到不能再少的地步了)。遇到些灵活性强和有些小技巧的题,可以施展一下了,却把这类题归为偏题和怪题,不值得一做。这类人反而危害更大,毕竟有些小聪明,偶尔有人会取得某些方面的小成功,成功者说话会有些分量,但他们对数学的理解,真的限制了他们想象力,而且没有理论基础,也没有实践经验,他们的话不值一听。在浙江,这类人几乎遇不到,因为凭借小聪明,150分的卷子,100分都过不了,甚至跌破90,无法得瑟。反而有时候会安慰一些学生,你们用全国卷,至少可以多考20分。

    三是推理性。推理性是计算的价值所在,计算的推理性更具普遍性。平面几何足够伟大,在古希腊盛行几百年,催生公理化系统的诞生,但是到后期作为解决问题的工具,使用起来难度太大,每一步的操作对图形依赖程度太高,对智力水平要求也是到了令人发指的地步,只能是阿基米德等大神能够耍的动,求曲边形面积,不论是小聪明还是大聪明,只能成为看客。又过了1300多年之后,代数运算(字母,符号运算)的诞生及其不断地发展,才迎来新的曙光,这场瑞雪确实来得有些晚。代数运算使人的大脑摆脱了图形的依赖,只需要懂得运算的规则,一步一步算下去,就可以得到意想不到的结果。现在绝大部分的公式,都可以用运算得到。中学里常用的公式:一元二次方程求根公式,指数和对数运算公式,数列性质公式,三角变换公式,求导运算公式等等,不少学生都可以随时推导出来,你可以任意挑一些,算算看。为什么不难掌握,还是要感谢计算的机械性。机械性要求不高,使计算的推理性更具普遍性,能让更多的人掌握。举个例子,比如求曲边形面积,只要记住些积分公式就成,甚至不知道原理都不会影响计算出正确结果。这放在500年前,可是顶端技术。

    不能因为计算的优越性,而忽略平面几何,平面几何几百年的发展史,客观存在的,每一现象必有原因,应反思其存在的价值,对我们每个个体能起到什么样的帮助?但我们真的大大降低了平面几何知识的要求,不良后果非常明显,这会在以后的文章中详细讨论。

    四是技巧性。代数运算更是形式运算,是形式就会有变形,有变形就有技巧,有技巧就

    考虑问题呢?这些技巧对提升运算的效率和准确率有很大的帮助,比如小学的的简便计算,初中的因式分解,是很好的技巧入门。高中的三角变换,不等式的应用和证明,这些都是技巧的进阶过程。不过这些都降低了学习要求,但是技巧也是数学知识的一部分,需要去积累的,就像积累汉语成语,英语句型一样。如果不引起重视,学数学会越学越辛苦,你对技巧没感觉,它怎会主动出来帮助你呢?之所以说是数学技巧,因为这些技巧之能解决一小类问题,如果能解决一大类问题,就要上升到数学思想了。事实上,创造技巧,要比积累技巧难度大多了。这些技巧也不是凭空诞生的,是数学大师或者数学工作者在解决某类问题时,渐悟或者顿悟出的,而成为解决某类问题的关键桥梁。

    五是可发展性。计算是数学两项基本功之一。谁也无法否认,任何一门技术活,都是有基本功的。比如练习书法,老师会教手法的基本功,简单笔画横竖撇捺的基本功,这些要不断重复练出来的。记得和一位舞蹈老师聊天,他说有一名学生的基本功练了很多年都没练好,他一个舞蹈动作都没教给他。而数学不仅仅技术含量非常高,而且还是人类心智的荣耀,我们有什么理由不好好练习她的基本功呢?

    为了劝学生、激发学生练好计算这项基本功,我想了很多种表达方式,无奈我的语文基本功拖了我的后腿。直到有一天和我的教英语的朋友邱老师聊天,聊到了这个话题,他说英语的基本功就是:1背诵,2背诵,3还是背诵。我问道:您是如何劝学的?邱老师把手机拿出,说道:请看,我是这样和学生以及家长说的。分享如下:背诵是学好英语的关键手段,在习惯养成的过程中可能觉得很苦,一旦养成了这种自觉的习惯,其效果和成就是远远超乎意料的。背诵,不能是临时抱佛脚,要每天抽点时间先读熟再背诵,就像飞机起飞的过程,达不到一定的速度,飞机就不能驶离地面。所以背诵东西,在读熟之前不可强行背诵。背诵的关键好处是培养语感,积累词汇,短语和句型,最终达到对语言的灵活使用。

    我心中窃喜,说道:您把这段话发给我吧,我要把这段话发给学生。邱老师诧异道:你教数学的,要它作甚?我打趣的说道:人类学习的科目有时并不相通,我只是觉得它们的痛点是一样的。邱老师还是有些蒙圈。我才一本正经说道:把你这段话里的英语改成数学,背诵改成计算,就是我想要的了。

    计算易错是它显性的一个坑,还有一个隐形的大坑,就是其可发展性,不是说笑,这可是大部分数学系学生的掉坑史。可发展性就是在学习数学的不同阶段,对基本功要求越来越高。从初中到高中,从高中到大学,学习数学的内容在变化,难度变加速加大,计算的要求自然更高,虽然标准还是快和准,但付出的努力,要多得多。一个不适应,措手不及掉坑里了,还很难爬出来。计算是一方面,而且思维方式也要跟着转变,这比计算要求更高。

    相对来说,数学在某些时候更残酷一些。就拿阅读量来说,不用读书破万卷,哪怕只有三、五百本,然后几年不读书,你在年均读书量不到5本的国家,依然可以横着走啊。可在数学里的某个阶段,若没能达到标准,就只能忍受痛击。为什么用数学系的学生作为例子,因为他们在成长的过程中,可能在小学和中学阶段计算都不需用练,就能达到当时的标准。可到了数学系,太多人掉坑里了。

    学数学没有捷径,学数学不能造次。

    当选择几何法来解答此题时,用线面垂直作为触发点,找不到想要的线面垂直,就不得不找面面垂直来过渡,而面面垂直也不是那么轻易发现的,就要用线线垂直作为起始点了。经这么一绕,你和立体几何里的所有垂直都怼了一遍,然后发现并不容易做出线面角。求出点E到面PBC的距离,来到了最后一步,要求出斜线CE的长度,或者在三角形PCD中求出中线CE的长度,而这时候你已经经历了中度烧脑,你会选择什么方法呢?是自然而然的来句XX,然后老老实实的用两次余弦定理呢,还是用平行四边形对角线的平方和等于相邻两边平方和的2倍这个定理呢?

    技巧的使用需要条件的,打铁还需自身硬。

    这人生的旅途,总会遇上彩虹。

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