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学科特点系列之数学——一种思维工具

 秋叶别馆 2018-05-22

一、本质:人为科学,非自然科学,工具科学。数学的中心是模型,模型在现实中并不存在,概念来自于抽象的模型

二、特点:数学是一种思维工具。作为工具学科,独立于自然之外而存在,而又必须为自然研究服务,必然与自然产生互动。

它的概念在现实生活中均不存在,概念的产生主要有两种方式,一种是人为构造一个模型,赋予它一个概念,称为纯数学概念,这种概念是先有数学定义再到自然中找对应物,即先数学后自然,如代数概念,另一种是从自然抽象一个概念,先看到一个自然的实物,以其为依据,简化抽象成符合数学特点的模型,如一些几何概念,这些概念虽然来自于自然,但简化方式的不同会造成不同的模型,因此主观性仍很强。

数学概念既然是来自于人类头脑,有三个层面:

1   第一个层面是人类的思维模式在数学发展中起到了关键的作用,因此要学好数学,必须掌握思维方法。

2   第二个层面是数学家设立的概念,数学概念具有很强的主观性,必须准确理解概念产生的背景,以及概念的描述方式,要求非常严谨,所以数学概念要逐字记清。

3   第三个层面是语言符号系统,这是为了进行数学交流,作为学习者,必须掌握。

三、规律

数学作为学科自然有本身的规律,即定理,所有定理都是在某公设(包括数学猜想)的基础上严密推导出来的,有三个方面的情况:

1   第一方面,定理是否在公设的适用范围内,防止不适合套用。

2   第二方面,各定理本身都规定了本定理适应的范围,要防止超范围使用。

3   第三方面,是公设的改变,只要公设不变,定理就永远有效。代数的公设是1+1=2,欧式几何是欧式5条;而公设变化,则定理也部分失效,如非欧几何。

 既然定理是推导出来的,我们学习时不应满足于记忆定理,应着重从公设出发的推导。

 整个数学知识的构成是从数学概念出发,依据公设,严密推导出定理,再架构定理应用的环境及规则。

 最后,研究数学规律的目的是要应用到自然科学各领域,自然科学的研究学习无一不存在数学,包括思维方式、概念、符号系统再造,因此有必要建立一个观念,把所有的学科当作数学的应用。在学习物化生时,时刻要想到数学。

四、体系性分析

关于数学的体系性问题,从整个数学的完整知识来看,数学体系无疑是完美的,因为它是人类按照自己的理想编织成的,但具体分为纯数学和工具数学,工具数学是用来解决自然科学研究的,它的研究必然受自然科学发展的限制,工具数学出现头痛医头,脚痛医脚的现象。而数学家为了使数学有一个完整的体系,用纯数学作为补充,这些纯数学经数学家研究出来并作为完整体系的一环,暂时还没有应用的场合,这部分在学习时被略去,导致数学体系出现缺失,即我们学生所接触的体系只是相对完整。

五、数学学习的关键:

     数学是思维工具,不要把它作为一门知识学科,而是为了锻炼思维而学习,思考过程更重要,只要善于总结,错题反而不可怕,因为你的思考会增加。抛开原来的学习理念,你会有很大收获。

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