如何培养数学小天才:真正建构式数学的精神(3-3)

Dr.Eternal Yen(数学教育博士)
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【大纪元8月15日讯】

第三章 世上只有五个数量:用“1~5”建构“6~20”

第四节:更进步的十进位(二十进位)

*美洲的马扬文化

美洲的马扬文化用二十进位,表示他们是智商很高的民族,曾经有过辉煌灿烂的文明,请看下图。不过也有用六十进位的,是埃及人,被公认是古代数学文明先驱。在这里透漏一个秘密,埃及的数学家是女人,直到希腊时代,数学家才成为男人。



有没有发现马杨的二十进位法,仍然和五有关,每一根棍子代表五,每一点代表一,所以我说的世界上只有五个量,所有的量都是这五个量的组合仍然成立。

在上图中,只列出一到十九,读者有无好奇,那么二十该怎样表示?

想想算盘,十是几颗珠子?一颗!

马扬的二十进位法亦然。



如果教师把数字加在颜色后面念,如黄色五、深绿六、黑色七、褐色八、蓝色九、橘色十,小朋友就会自然而然将颜色和数字连想在一起。

只要排过上图的积木,小朋友对六、七、八、九、十的概念将会如下:

绿=黄+白
黑=黄+红
蓝=黄+绿
褐=黄+紫
橘=黄+黄

绿、黑、蓝、褐、橘,比白、红、绿、紫、黄复杂,因为这五个颜色不是“基本色”。教师会发现,小朋友对这几个颜色不感兴趣,因为它们较黯淡,而且少用,就算用了,也引不起人的注意。小朋友的生活经验中,甚至没有注意到这几样颜色的存在。当教师开始介绍这几样颜色时,小朋友可能很震惊这几样颜色的存在。教师可以在教室现场搜索类似颜色作比对。

头发是黑的,可以和黑色七作连结。
绿色可以和黑板颜色比对。
橘色和橘子比对,如果现场真可以找到橘子。
褐色可以和颜色深的木头作比对。

等到小朋友将颜色和数字连结,而且可以轻松自如地念诵出来时,教师就可以要小朋友进行触摸和闭起眼睛找积木的动作了。

为何要闭起眼睛找积木呢?很多人问我这个问题,包括一些数学博士在内!在这儿,我将详细回答。

上文谈过,符号是抽象的,我们之所以学不会数学,就是因为迷失在符号黑森林里。因此我们改用实体积木,积木是视觉性的东西,这下我们可以依靠视觉来了解数学了。但是依靠视觉还不够,我们还有触觉,触觉也认识数学,也有数学感。当我们闭上眼睛触摸东西时,会感觉到形状和大小,可以说,我们的整个人身都是数学探测器。我们的身体是几何模型,我们的身体表里布满了几何图形,我们的感官是数学探测器,我们的思考是数学逻辑,我们的地球是几何成品。啊!人类,您确实是数学之神的创造物,受到数学之神的荣宠,住在数学的几何宫殿中。但是我们受的数学教育,却使我们离数学的真相越来越远,黄金拿不到,捡到的只有一些杂碎。 

当我这样说时,有人很顽皮地问我,既然人的感官是数学探测器,那么听觉和嗅觉呢?鼻子也可以闻出形状,尺寸和大小吗?

不管是耳朵,或者鼻子,两者都是数学探测器无疑,否则我们分不出音量大小,或者味道的香臭浓淡。

现在再回来用触觉认识数学。 

*靠“触感”辨认十根积木和积木重组

请把十根积木混合在一起,要小朋友闭上眼睛捡六到十的积木。

这比一到五的积木困难,小朋友不再像上次那样,毫不犹豫地拣出正确的积木来。

当物体的尺寸增大,人的触觉就会失去准确感。因此教师在这个地方要很有耐心地鼓励小朋友通过这个关卡。即使是大人闭眼也不一定挑得出,不信的话,试试看。

但请记住,小朋友的触感比大人精确,因为他还在用触感认识世界当中,所以我们会常常见到小孩喜欢乱摸东西,然后大人就会很紧张,怕他弄坏东西,或者摸到危险物品。

小孩的天生能力,还没有丧失,他无时不刻在吸收东西,他全部的感官都呈现开放的状态,像一块海绵,无时不刻在吸收这个世界的资讯。

这个方法适合三岁的小朋友,年龄越小,触感越灵敏。

上六岁的小朋友,会用偷数积木格子的方法,所以最好用没有格子的古氏积木。

这种积木是木头造的,而且价格比有规格和标准重量的古氏积木便宜。

接下来要进行靠触感挑积木的动作。有两种方法,一种是让小朋友任意挑,另一种是教师指名要哪一块积木。

第一种方法:小朋友任意挑,并猜出积木颜色和数字。

教师把积木装在盒子里,放到小朋友背后,让小朋友任意从背后拿出一个积木,并大声说出颜色和数字,然后拿到眼前来核对。如果猜对了,就把积木放一边;如果猜错,就要把积木放回背后。重复这种程序,直到背后积木一根不剩为止。

请注意刚开始时,背后的积木不要一开始就是十根!第一轮只放五个,第二轮再添加六,第三次添加七,直到十根积木全部混合在一起为止。一到五的积木不难挑出,但六到十是不容易的。

第二种方法:教师指定,有下列顺序,目的在让小朋友看到数的几何模式,并从中发现规则。

1.由小而大:一、二、三、四、五、六、七、八、九、十。



从上面左边这个图形中,小朋友绘了解,阶梯与阶梯之间差一。这是一个有趣的图形,阶梯是五色的,承接阶梯的黄色箱子则是5×5的状态。

当五色阶梯移动后,譬如把下面的白红绿紫阶梯,倒扣在上面,就会出现一个下黄上五彩的箱子,箱子的右边还有一个台子。

积木教学一直在教育法中占重要地位,在于它的重组魅力,它可以启发小朋友的创造和推理能力,创造和推理合在一起,并不像人们所想的分开,甚至彼此干扰。创造的过程需要不断地推理和重组。可惜我们的积木教学似乎只停留在幼稚园的阶段,一上了小学,算术课立即变成了符号操作。

在美国小学中,算术课和艺术结合,外人走入教室,往往分不清美劳课,还是数学课。

2.由大而小:十、九、八、七、六、五、四、三、二、一。

3.奇数:一、三、五、七、九。



奇数的等差数列之合,等于奇数个数的平方,是一个广为人知的数学事实,但它的证明却没有多少人会。有一种证明法是排正方形,第一次排一,第二次排三,将三围绕着一,变成正方形,然后再排五,也是变成正方形,这个小正方形会不断扩大,每一次多增一个数字,正方形的边长便会增加一(如图三)。所以奇数等差数列又称为平方数(squarenumber)。至于图二拆成五的排法,是我偶然发现的。若将古氏积木拆成五和某数的组合,更容易产生许多有趣的变化。

4.偶数:二、四、六、八、十。



奇数等差数列能造成正方形,而偶数等差数列却造成长方形。这是一个有趣的现象,请对着下面三个图冥想其中道理。

5.三的倍数:三、六、九。

6.四的倍数:四、八。


7.五的倍数:五、十。


8.二的次方:二、四、八。


9.三的次方:三、九。


小朋友把积木挑出时,教师要小朋友排在桌子上,看看图形,这有助于他们提早了解“等差”积数和“等比”积数的感觉。天才数学教育法的秘诀之一是提早播种,许多晚期才会学到的数学观念,要在很早的时候就植下观念。

不要以为小朋友不懂高深的数学,数学本来就在心中,小孩所不了解的是术语和抽象的符号。请看上面的积木图,已经在教指数的概念了。不要忘记,这个小孩的生命中上数学课不到三天。如果继续用这种教学法教下去,不变小天才也难。

如果把十根积木增到二十根,又会有另一番新局面出现。只要存着排列组合的观念,很多意想不到的图形都会倾巢而出。

(第三章完)

数学教育博士Dr. Eternal Yen撰稿,2004/6/16

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