数学中的审美直觉

  法国数学家庞加莱认为“逻辑起始于直觉”,而直觉往往是受思维主体的审美情感所支配的.在解题训练中,如能运用美学观点考察对象和思考问题,就会形成数学思维的美学方法和解题策略.美学观点一旦与数学问题的条件和特征相结合,思维主体就能凭借已有的知识和经验产生审美直觉,而数学审美直觉孕育着解题思路,有启迪解题灵感的作用.

  数学美的表现形式是简单的、和谐的、对称的.对学生来说,数学的审美直觉对他们的思维活动影响是潜在的、不被觉察的,但这种审美情感却是驱动学生直觉思维的一股强大的力量.

  一、简单审美直觉的指向性

  简单性审美直觉是优化解题策略的内驱力因素之一,简洁美不仅揭示了数学理论的高度抽象性,同时包含着数学解题思维方法的敏捷性.对于一道题目,如何尽快地从各个方面选择新的信息,并有效地联系已知信息,进行组合、编码,获得最佳解题方案,简单性审美直觉有着明确的指向性.

  片段一:已知a是实数,函数f(x)=6x2-(6+a)x+3a-a2,若函数y=f(x)在区间[-1,1]上至少有一个零点,求实数a的取值范围.

  对于此题,在实际操作中思维主体一般直接联系“函数的零点存在定理”解决该题,在推导过程中我们会发现越推导越复杂,此时我们就会自然而然地考虑到思路是否正确或可能不当,此时审美直觉就告诉我们应该另辟蹊径

  数学的简洁美不仅表现在它的公式、定理、符号的表述之中,更重要的是体现在数学理论基础的逻辑简单性上.在解题过程中需将不同的认知结构与具体题目内容结合起来,共同组成精确化、具体化的情境,同时,在推理过程中往往需要提取新的认知结构,改变新的解题情境,再提取认知结构的循环往复,最终达到深入浅出的效果.

  二、和谐审美直觉的统一性

  和谐性美感是促使解题成功的重要因素之一.“美的意识力越强,发现和辨认隐蔽的和谐关系的直觉也就越强.”一个严谨的数学题是一个有机的整体,其各部分之间具有和谐性.但是,这些和谐关系和外部表现形式可以是多种多样的,有的甚至是繁杂的.我们拟订解题计划时要善于运用审美直觉洞察其内在的、隐蔽的相依关系,从“繁杂”中区分简洁明了的、实质性的东西,从而发现解题途径.

  片段二:对于函数y=f(x),若存在区间[a,b],当x∈[a,b]时f(x)的值域为[ka,kb](k>0),则称y=f(x)为k倍值函数.若f(x)=lnx+x是k倍值函数,求实数k的取值范围.

  本题中思维主体面对的条件有两个:“值域”,“k倍值函数”.根据具体的数学情境本题可以将条件具化为整体印象:“方程lnx+x=kx在[0,+∞)有两个相异的实根.”在拟订解题计划时我们需要完成两个部分的感知:如何将根的个数与k的范围联系起来?如何判断此方程的根的个数?对于第一部分,思维主体面对的是“联系方程的根的个数与k的范围”,此时思维主体能选择的有“函数零点存在定理”与“分离参数,化归为图像交点个数”,即画出函数y=与函数y=k的图像,寻找其交点个数.对于第二部分,思维主体面对的是“判断方程根的个数方法”这个认知结构.此时,结合第一部分的感知及通过“回视”题目条件lnx,思维主体通过甄选,自然会联系起“导数的应用”这个认知结构.

  在现实解题中,甚至会出现有些数学题的条件与条件、条件与结论之间的和谐关系不够明显,需要我们凭美的意识去发掘.直觉的感知是在对问题获得认知的整体后完成的.感知中整体大于部分之和,为了获得感知的整体性,就需要通过不停的“回视”,联系各个关键情境,从而寻找出最恰当的认知结构来联系题目,同时通过反复的“回视”寻找前后关系来甄别直觉的感知,从而使得后续的思维可以得以继续并趋于完整.

  三、对称性审美直觉的创造性

  对称美是创造解题策略的重要手段之一,数学对称包括狭义对称、常义对称与泛对称等,内容十分丰富.狭义对称可分为代数对称(共轭根式、共轭复数、对称多项式、轮换对称多项式等)与几何对称(轴对称、中心对称等);同时,对称又上升为一种解题的数学思想方法,即在解题时,充分利用问题自身的某些对称性,“对称性地处理具有对称性的问题”,或积极构造问题的某些对称性,简练灵活地解决问题.创造对称性,体验数学美.

  四、结 语

  通过对近几年的中学生在数学解题中遇到的问题的分析,应重视对相关知识所涉及的基本概念、基本性质、基本定理、基本方法的复习和基本能力的提高,尤其是观察能力、分析能力和运算能力的培养和训练.教师在组织课堂教学过程中要应用美的手段去揭示数学美,创造美的意境,让学生参与美的创造,进行数学加情感加美感的教育.由于认知过程的感知,表象属于形象思维的低级形式,只能给学生以快感,而理性阶段的概念、判断、推理,才属于逻辑思维过程,是认知各种数学内容,体验各种数学美的认知过程.为引发学生学习需要,诱发学习动机,要利用数学美创设问题情景,启动学生逻辑思维,使之逐渐在解题中体验到美感.

  法国数学家庞加莱认为“逻辑起始于直觉”,而直觉往往是受思维主体的审美情感所支配的.在解题训练中,如能运用美学观点考察对象和思考问题,就会形成数学思维的美学方法和解题策略.美学观点一旦与数学问题的条件和特征相结合,思维主体就能凭借已有的知识和经验产生审美直觉,而数学审美直觉孕育着解题思路,有启迪解题灵感的作用.

  数学美的表现形式是简单的、和谐的、对称的.对学生来说,数学的审美直觉对他们的思维活动影响是潜在的、不被觉察的,但这种审美情感却是驱动学生直觉思维的一股强大的力量.

  一、简单审美直觉的指向性

  简单性审美直觉是优化解题策略的内驱力因素之一,简洁美不仅揭示了数学理论的高度抽象性,同时包含着数学解题思维方法的敏捷性.对于一道题目,如何尽快地从各个方面选择新的信息,并有效地联系已知信息,进行组合、编码,获得最佳解题方案,简单性审美直觉有着明确的指向性.

  片段一:已知a是实数,函数f(x)=6x2-(6+a)x+3a-a2,若函数y=f(x)在区间[-1,1]上至少有一个零点,求实数a的取值范围.

  对于此题,在实际操作中思维主体一般直接联系“函数的零点存在定理”解决该题,在推导过程中我们会发现越推导越复杂,此时我们就会自然而然地考虑到思路是否正确或可能不当,此时审美直觉就告诉我们应该另辟蹊径

  数学的简洁美不仅表现在它的公式、定理、符号的表述之中,更重要的是体现在数学理论基础的逻辑简单性上.在解题过程中需将不同的认知结构与具体题目内容结合起来,共同组成精确化、具体化的情境,同时,在推理过程中往往需要提取新的认知结构,改变新的解题情境,再提取认知结构的循环往复,最终达到深入浅出的效果.

  二、和谐审美直觉的统一性

  和谐性美感是促使解题成功的重要因素之一.“美的意识力越强,发现和辨认隐蔽的和谐关系的直觉也就越强.”一个严谨的数学题是一个有机的整体,其各部分之间具有和谐性.但是,这些和谐关系和外部表现形式可以是多种多样的,有的甚至是繁杂的.我们拟订解题计划时要善于运用审美直觉洞察其内在的、隐蔽的相依关系,从“繁杂”中区分简洁明了的、实质性的东西,从而发现解题途径.

  片段二:对于函数y=f(x),若存在区间[a,b],当x∈[a,b]时f(x)的值域为[ka,kb](k>0),则称y=f(x)为k倍值函数.若f(x)=lnx+x是k倍值函数,求实数k的取值范围.

  本题中思维主体面对的条件有两个:“值域”,“k倍值函数”.根据具体的数学情境本题可以将条件具化为整体印象:“方程lnx+x=kx在[0,+∞)有两个相异的实根.”在拟订解题计划时我们需要完成两个部分的感知:如何将根的个数与k的范围联系起来?如何判断此方程的根的个数?对于第一部分,思维主体面对的是“联系方程的根的个数与k的范围”,此时思维主体能选择的有“函数零点存在定理”与“分离参数,化归为图像交点个数”,即画出函数y=与函数y=k的图像,寻找其交点个数.对于第二部分,思维主体面对的是“判断方程根的个数方法”这个认知结构.此时,结合第一部分的感知及通过“回视”题目条件lnx,思维主体通过甄选,自然会联系起“导数的应用”这个认知结构.

  在现实解题中,甚至会出现有些数学题的条件与条件、条件与结论之间的和谐关系不够明显,需要我们凭美的意识去发掘.直觉的感知是在对问题获得认知的整体后完成的.感知中整体大于部分之和,为了获得感知的整体性,就需要通过不停的“回视”,联系各个关键情境,从而寻找出最恰当的认知结构来联系题目,同时通过反复的“回视”寻找前后关系来甄别直觉的感知,从而使得后续的思维可以得以继续并趋于完整.

  三、对称性审美直觉的创造性

  对称美是创造解题策略的重要手段之一,数学对称包括狭义对称、常义对称与泛对称等,内容十分丰富.狭义对称可分为代数对称(共轭根式、共轭复数、对称多项式、轮换对称多项式等)与几何对称(轴对称、中心对称等);同时,对称又上升为一种解题的数学思想方法,即在解题时,充分利用问题自身的某些对称性,“对称性地处理具有对称性的问题”,或积极构造问题的某些对称性,简练灵活地解决问题.创造对称性,体验数学美.

  四、结 语

  通过对近几年的中学生在数学解题中遇到的问题的分析,应重视对相关知识所涉及的基本概念、基本性质、基本定理、基本方法的复习和基本能力的提高,尤其是观察能力、分析能力和运算能力的培养和训练.教师在组织课堂教学过程中要应用美的手段去揭示数学美,创造美的意境,让学生参与美的创造,进行数学加情感加美感的教育.由于认知过程的感知,表象属于形象思维的低级形式,只能给学生以快感,而理性阶段的概念、判断、推理,才属于逻辑思维过程,是认知各种数学内容,体验各种数学美的认知过程.为引发学生学习需要,诱发学习动机,要利用数学美创设问题情景,启动学生逻辑思维,使之逐渐在解题中体验到美感.


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