讲好数学故事 教好高等数学
摘要：在高等数学的教学中，应该重视对数学故事的讲述。通过数学故事，帮助学生树立辩证唯物主义的世界观，激发学生的爱国主义热情，健全学生人格，吸引学生兴趣，加深对数学知识的理解，培养学生的创新意识。
关键词：数学故事；高等数学；兴趣；创新意识
高等数学是高等院校学生的一门重要基础课程，它直接影响着学生许多专业课程的学习，是构成大学生智能结构的重要组成部分。但由于内容的抽象性和逻辑性，高等数学课堂气氛总是严肃而沉闷，思维难以活跃，知识学习难以深入，久而久之，学生容易产生乏味感，特别是一些文科类专业的学生，对它更是有一种畏惧感。
我们常常有这样的回忆：小时候常常缠着爸爸妈妈讲故事，到现在，对故事中的情节还念念不忘。奥地利物理学家弗里希（O.R.Frisch）也说过“科学家必定有孩童般的好奇心。要成为一个成功的科学家，必须保持这种孩提时的天性”。教师在为学生的数学学习而大伤脑筋的时候，不妨借助起伏跌宕的数学故事来演绎数学，调节数学课堂的气氛，调动学生的学习积极性，为学生以后的学习和生活打下良好的基础。
引发学习兴趣
兴趣是学习最有效的动力。孔子说：“知之者，不如好之者；好之者，不如乐之者”。当代著名科学家爱因斯坦也说过：“兴趣是最好的老师”。对于学生来说，兴趣是推动学习活动的内在动力。学生一旦对某一学科有了浓厚兴趣，就会产生强烈的求知欲望，诱使其主动地去学习，只有感兴趣的东西，才能想方设法去了解它、掌握它。高等数学被人们认为是严格的硬性思维活动，如果教师在课堂上讲述数学家的趣闻轶事、数学概念的起源和发展过程、古今数学方法的对比等数学故事，就能激发学生学习的兴趣，收到“化腐朽为神奇”的功效，让学生充分感受到数学的魅力，提高学习效率。如在《无穷级数》新课的引入中，先讲述蠕虫与橡皮绳的故事：一条蠕虫在长为1公里的橡皮绳的一端点上。蠕虫以每秒1厘米的速度沿橡皮绳匀速向另一端爬行，而橡皮绳以每秒1公里的速度均匀伸长，如此下去，蠕虫能否到达橡皮绳的另一端点?凭直觉，几乎所有的学生都认为蠕虫的爬行速度与橡皮绳拉长的速度差距太大，蠕虫绝不能爬到另一端。这时，教师给予适当的提示：由于橡皮绳是均匀伸长的，所以蠕虫随着拉伸也向前位移。1公里等于100，000厘米，所以在第一秒末，爬行了整个橡皮绳的1/100000，在第二秒内，蠕虫在2公里长的橡皮绳上爬行了它的1/200000，在第三秒内，它又爬行了3公里长的橡皮绳的1/300000……，所以，在第n秒末，蠕虫的爬行长度为1/1000001+(1+1/2+1/3+1/4…+1/n)。当n充分大时，这个数能否大于1？也就是括号里的和式能否大于100000呢？停顿一下，告诉学生，我们可以找到这个正整数N，使上述结果成立。也就是说蠕虫在第N秒时已经爬到了橡皮绳的另一端点。这时同学肯定议论纷纷，因为这个结论出乎意料，使人无不惊奇。然后问为什么会这样？引入正题：这是因为无穷数列是一个发散数列，它可以大于任一个有限的数值。这样引出课题，枯燥的数学内容就变得有趣、生动，使学生乐于接受，变“要学生学”为“学生要学”，学生兴趣盎然，回味无穷，且印象深刻，难以忘怀，学习效率因此而得到了显著的提高，这样讲效果好得多。
加深对数学知识的理解
数学知识引用了大量的数学语言，这使得数学知识理解起来相对困难。在数学教学时讲述数学故事还可以帮助学生克服学习中的畏难情绪、加深对数学知识的理解。如极限是高等数学中研究函数的方法，极限的概念是高等数学中许多概念的基础，但是极限的定义却是摆在所有学习高等数学的学子面前的一道难题。在讲极限的时候不妨讲述芝诺“阿基里斯和乌龟赛跑”的故事：乌龟和阿基里斯赛跑，乌龟提前跑了一段，不妨设为100米，而阿基里斯的速度比乌龟快得多，假设他的速度为乌龟的10倍，这样当阿基里斯跑了100米到乌龟的出发点时，乌龟向前跑了10米；当阿基里斯再追了这10米时，乌龟又向前跑了1米，……如此继续下去，因为追赶者必须首先到达被追赶者的原来位置，所以被追赶者总是在追赶者的前面，由此得出阿基里斯永远追不上乌龟。这显然与生活中的实际情况不相符合。古希腊人之所以被这个问题困惑了两千多年，主要是他们将运动中的“无限过程”与“无限时间”混为一谈。因为一个无限过程固然需要无限个时间段，但这无限个时间段的总和却可以是一个“有限值”。这个问题说明了古希腊人已经发现了“无穷小量”与“很小的量”这两概念间的矛盾。这个矛盾只有在人们掌握了极限知识之后，才能真正地了解。通过讲述极限理论建立过程的故事，使学生对极限定义的产生过程有清楚的了解，同时也认识到极限理论对于微积分的重要性，从而加深了对极限概念的理解。
激发爱国主义热情
在讲述函数极限时，可以向学生介绍我国庄子《天下篇》中“一尺之捶,日取其半,万世不竭”的记载和三国时期著名的数学家刘微的“割圆求周”(简称割圆术)对极限概念的贡献的故事；在介绍定积分定义时，向学生讲我国隋代建造的跨度达37米的大石桥——赵州桥，它是用一条条长方形条石砌成，一段段直的条石却砌成了一整条弧形曲线的拱圈，这也就是微积分中“以直代曲”(“以常代变”)基本思想的生动原型；讲授线性代数线性方程组的求解问题时，向学生介绍中国古代《九章算术》的历史成就，它在世界上最早提出线性方程组的概念并系统总结了一次方程的解法，实际上为在线性代数中用矩阵的初等变换法提供了雏形等。还有我国近代数学家华罗庚、陈景润等人的故事等等。由此可以看到，我们的祖国是一个历史悠久的文明古国，我们中华民族是一个对世界文明的发展做出许多贡献的伟大民族。我国在数学方面所取得的辉煌业绩，必将彪炳千秋，从而激励学生做一个德才兼备、对国家、对人民有用的人。
树立辩证唯物主义的世界观
在数学的发生与发展的过程中，概念的形成和演变，重要思想方法诸如函数、微积分、公理化、悖论等数学思想的确立与发展或重大理论的创立与沿革等，无不体现唯物辩证法的核心思想：发展、运动与变化，对立与统一。因此讲好数学故事有利于学生形成科学的辩证观、唯物观，接受辩证唯物主义思想的教育。
如在无穷小量的教学中，可以讲述“数学的第二次危机”的故事：随着牛顿莱布尼茨微积分的诞生，一方面给传统数学方法带来巨大的变革，另一方面也给传统数学带来无法理解的概念与方法，突出表现在对“无穷小”概念的理解。1734年，英国哲学家、大主教贝克莱发表《分析学家或者向一个不信正教数学家的进言》，矛头指向微积分的基础——无穷小的问题，提出了所谓贝克莱悖论。他指出：牛顿在求得导数时，采取了先给x以增量０，应用二项式，从中减去以求得增量，并除以０以求出的增量与x的增量之比，然后又让０消逝，这样得出增量的最终比。这里牛顿做了违反矛盾律的手续──先设x有增量，又令增量为零，也即假设x没有增量。他认为无穷小dx既等于零又不等于零，召之即来，挥之即去，这是荒谬，“dx为逝去量的灵魂”。这就是贝克莱悖论，微积分由此而变得“神秘”。无穷小量究竟是不是零？无穷小及其分析是否合理？这个问题引发了数学的第二次危机，直到一个半世纪以后，柯西把无穷小定义为一个以零为极限的变量才解决。对这个悖论的解释归根结底是人们对变量及有限、无限的认识缺陷，这样通过数学故事的讲述，辩证唯物主义的思想直接深入到学生的头脑中。
健全人格
“书山有路勤为径，学海无涯苦作舟”。任何一门知识的掌握，方法的获得都必须通过艰苦的努力。如今，我国大学生大部分为独生子女，在父母的宠爱下，吃苦能力大大降低，刻苦钻研，积极进取的思想也少了。数学理论是数学家们经过几百万年艰苦卓绝的工作，几乎是付出了全部的心血乃至整个生命才发展至今，在教学中结合教学内容，适当给学生介绍些数学家艰苦创业的故事能帮助学生树立正确的人生观、价值观，健全学生人格。
如讲授欧拉公式时，可以穿插欧拉的感人事迹：欧拉是有史以来最著名的四大数学家之一，他一生共写了886篇论文和专著，其中400篇左右的论文和《积分运动原理》等经典名著是他在失明后的17年中完成的，用这个生动的实例说明“天才就是勤奋”的道理；讲述无穷级数一章中，穿插阿基米德为他的几何研究付出了宝贵的生命的故事：公元前212年，阿基米德的家乡叙拉古被罗马人攻陷。当时，阿基米德仍在专心致志地研究一个几何问题，丝毫不知死神的临近。当一个罗马士兵走近他时，阿基米德让他走开，不要踩坏了他的图形，罗马士兵残忍地用刺刀杀害了他；讲“柯西中值定理”时，介绍柯西的故事；讲“拉格朗日中值定理”时，介绍拉格朗日的故事；……通过介绍这些伟大数学家生平事迹及他们对数学的贡献，不仅使学生了解了数学家的情况，更主要的是数学家艰苦创业、献身数学研究的光辉事迹，可以给学生以启迪：每一种数学方法的提出、数学定理的证明都凝聚着数学家们多少辛勤的劳动，多少心血的付出，从而激励学生在今后的学习及未来工作中刻苦钻研，敢于开拓，勇于进取。
培养创新意识
创新教育是全面实施素质教育的重要组成部分。在数学教学中，如何培养学生的创新能力，已成为当前数学教学最紧迫的问题。传统的数学教学方式往往是“数学知识的教学”，教师只介绍数学研究的结果，课堂讲的是定义、定理证明、公式、法则及例题，历史上许许多多精彩的思想方法被排斥于我们的教材和教学之外。学生常常误认为数学知识都是靠逻辑推理出来的。这样的数学教学只会往学生头脑里装知识，学生对知识“只知其然，不知其所以然”。对于学生来说，数学学习不仅意味着掌握数学知识，形成数学技能，而且是在教师引导和帮助下的一种“再创造”的过程。在数学教学过程中，要逐步实现由传授知识的教学观向培养学生学会学习，主动思考转变。德国数学家与教育家F•克莱因（F•Klein）认为：学生在课堂上遇到的困难，在历史上一定也被数学家所遇到。在数学教学时，教师除了讲授定义、定理证明、公式、法则及例题外，还应讲述这些理论是如何被发现的，也就是说不光要讲创造的结果更要讲创造的过程，这样可以帮助学生了解教科书中所没有的数学创造的真实过程，拓宽学生的视野，对学生创新兴趣的引导，创新潜能的开发，创新意识的培养以及创新能力的提高起到积极的促进作用。
例如，在讲定积分时，可以讲述“莱布尼茨与牛顿的故事”：莱布尼茨与英国数学家、大物理学家牛顿分别独立地创立了微积分学，牛顿建立微积分学主要是从物理学、运动学的观点出发，而莱布尼茨则从哲学、几何学的角度去考虑。今天的积分号∫、微分号d都是莱布尼茨首先使用的。这样将数学故事穿插在教学中，不仅使教材内容更加生动，而且也是培养学生创新精神的好方法。因为通过教师对鲜活过程的叙述与分析，学生从中领悟到抽象的创造性思维的形成及不断向前推进的过程是怎样的情形，怎样进行创造性思维。学生从中可以学到数学发明创造的经验和方法。这正如波利亚所说:“数学发现是一种技巧，发现的能力可以通过灵活的教学加以培养，从而使学生学会发现的原则并付诸实践。”
总之，我们在高等数学教学过程中，应该结合具体教学内容，适当讲述一些数学故事。通过数学故事，让学生感受数学的美感、价值及意义，引发学生兴趣；改变数学课枯燥乏味的形象，展现数学的无穷魅力，加深对数学知识的理解；讲述我国在数学方面的成就，激发学生的爱国主义热情；让学生了解数学思想的确立与发展的过程，树立学生辩证唯物主义的世界观；让学生了解古今中外数学家和科学家的事迹，健全学生人格；再现数学知识的形成过程，培养学生的创新意识。
参考文献：
[1]袁亚湘.大学数学重在介绍思想[J].高等数学研究，2002，（3）.
[2]苏英俊，汪晓勤.略论数学史对数学教育的意义[J].数学通讯，2005，（5）.
[3]师琼，王保红.悖论及其意义[J].中共山西省委党校学报，2005，（4）.
