為什麼一些人喜歡用感性思維去解釋數學(比如他們認為0.9循環不等於1)?

維科學主義的鴻宇他哥


我們周圍有理性思維和感性思維兩種人。理性思維的人思維嚴謹,邏輯清晰;感性思維的人思維發散,注重情感。這兩種人在學習或運用數學知識時,會不自覺地把自身的思維特點帶到舞臺上。

數學來源於生活,同樣也實踐於生活。所以數學既是一門非常理性的課,同樣也是一門非常感性的課。在數學上如何處理好感性與理性的關係,將直接反映著數學的本質問題。

理性思維的人講得比較嚴謹,感性思維的人講得比較形象。

人的思維可以分為兩部分∶感性思維和理性思維。感性思維主要是靠自己的經驗和直覺,去思考和判斷。理性思維主要是靠已經掌握的科學的方法,去思考和判斷。

感性思維活動包含:感覺、知覺、感性概念、本能思維傾向、習慣思維、聯想、想象、情感活動、直覺、定量的度量、模糊的範疇思維、創造性思維。感性思維的特點是自然形成、敏感、自發產生、自動執行、孤立片面、分散並行。

理性思維包含:語言形式的概念、概念的分類、定性思維、範疇思維、邏輯隸屬關係、因果推理、過程流程的思考和規劃、數學與拓撲/集合/立體空間演算、色彩/旋律/佈局的協調性、週期規律、清晰劃界、語言組織和傳播。特點是人為定義與劃分、知識成體系性、形式化、可推理性、突出相互聯繫和相互制約關係、可傳播性、可理解性。

理性思維與感性思維是相互銜接的,從感性過渡到理性,就像植物的根與冠並不是兩個孤立的存在。動物也有感情,也會“喜怒哀樂”的感性表現,但絕對不會使用“演繹歸納”等理性思考方法。地球上只有一種生物具有理性思維的能力,這就是“人”。從感性思維到理性思維的進步,是地球上幾十億年來生物進化的最高結晶。就像人的兩條腿,感性和理性是支撐思維的兩大支柱,兩者相互剋制,缺少了哪一方面都不能構成完整的思維活動

感性思維在數學思維活動中的作用

美國著名教育家杜威曾說過:“一盎司經驗勝過一噸理論”。經驗是推動知識不斷更新的,經驗成為溝通學生已有的認知結構和新的數學學習活動的橋樑。數學經驗是數學的感性認識,是在數學活動中積累的。

教育家陶行知曾做過一個很形象的比喻:每個人在學習時,要用自己的經驗做“根”,以這經驗所發生的的知識做“枝”,然後別人的知識才能接上去,別人的知識才能成為我們知識有機體的一個部分。

我們中學課堂學習更多體現在學生的實際操作和圖形語言中。在直觀操作中感知,建立豐富的表象,以此支撐符號語言的認知。因此,打開文字、符號、圖形與動作語言的通道,從感性到理性,從形象到抽象,來培養思維的深刻性。

荷蘭教育家弗賴登塔爾說:只要孩子沒有對他的活動進行過反思,他就達不到高一層次。因此,學習過程中讓學生及時反思,從感性到理性,把思維引向深刻。

筆者常常在課堂上給學生開闢“糾錯小專家”“金話筒”“小老師”等平臺,鼓勵學生大膽表述自己解決問題的過程,讓學生體會如何用上打比方、舉例子、直觀演示等手段,清晰表達自己的觀點。“說”的過程暴露了學生思考的過程,思考被講述之後內心變得更敞亮。

當下的教育在努力追求一種境界,那就是教給學生“帶得走的東西”,而數學學習中“帶得走的東西”,就包括學生忘掉具體數學知識以後,依然能從數學的視角去分析和研究問題的思維習慣,是一種植根於內心的數學素養和無需提醒的文化自覺,即:數學意識。

數學意識通常包括初步的符號意識、建模意識、數據分析意識、應用意識等。數學意識體現在日常生活的方方面面,可謂如影隨形。

對於證明:0.999…… = 1。

對於只接觸過“初等數學”的學生來說,顯然,用感性思維去看待這是一個讓人“無法接受”的結果,甚至於顛覆我們的認知,因為老師一直和我們說的是純小數都比1小。先不看證明過程,至少有幾個地方是值得我們懷疑的。

1)既然兩個數相等,為何不用一個數表示,何必這麼麻煩寫那麼多個9;

2)0.9的循環,小數點後面無論多少個9,總感覺比1差那麼一點點。

但理性思維卻又很多證明方法:

證明1(弗雷德·裡奇曼(Fred Richman))

我們可以利用已知的無限循環小數,如:0.333...,證明過程如下:

1 = (1/3) × 3

= (0.333...) × 3

= 0.999...

請問,你對上述證明過程,有疑問嗎?

證明2(大衛·福斯特·華萊士(David Foster Wallace))

設x = 0.999……,於是有:

10x = 9.999……,那麼:

9x = 10x - x = 9.999…… - 0.999……=9

因此x = 1。

同樣,請問,你對上述證明過程,有疑問嗎?

證明3(歐拉(Leonhard Euler),1770年)

注:此證明過程會用到高中或大學階段“數列與極限”。

0.999……可以看成是首項a₁為0.9,公比q為0.1的等比數列:

a₁ = 0.9,a₂ = 0.09,a₃ = 0.009,……

上述數列的所有項之和,就是0.999……。

那麼,我們根據等比數列的求和公式有:

0.999…… = a1/(1-q) = 0.9/(1-0.1) = 1

證明4(極限思維)

上述證明,用到了無限項數列求和。其實在高等數學中,更是有下面極限推導過程:

證明5(閉區間套理論)

1)給定一組區間套,則數軸上恰有一點包含在所有這些區間中;

2)“0.999...”對應於區間套[0, 1]、[0.9, 1]、[0.99, 1]、[0.999, 1] ...;

3)而所有這些區間的唯一交點就是 1,所以 0.999... = 1。

證明6(算術平均值)

如果0.999…和1不相等,則兩者的算數平均值必然和這兩者都不相等

(0.999…+1)/2=1.999…/2=0.999…

顯然,只要“1.999…”後面的9無限添加下去,除以2後的商0.999…後面的9也會無限延伸。也就是說“0.999…”和1的算數平均值與他們自身相等。

因此:0.999… = 1。

證明7(消去法)

假如我們把“0.9999...”和“0.9999...”加起來,我們先考慮截取有效位小數以後這兩個數的和:

0.9+0.9=1.80.99+0.99=1.980.999+0.999=1.998.....

對於小數點後的任意一位,在取足夠多位的小數之後,總是會穩定為9,因此:

0.999...+0.999...=1.999...

同樣地:

1+0.999...=1.999...

根據消去率,0.999...=1

此題證明源自於"知乎"作者“十一太保念技校”的回答。

請問,你對上述證明過程,有疑問嗎?

證明8(阿基米德)

令0.999…=a, a要麼大於1,要麼小於1,要麼等於1。因為a>1,這是不可能的,所以我們再看a<1的情況:

1)假設a<1,必定存在b,使得a

2)令k=1-b代入上式,於是得到1-a<1-b;

3)不等式移項處理後,得到:a>b,這跟假設“a

所以a<1不成立,故:a=1。

證明9(短除法)

我們用1去短除1,試商時,第一位試為0,如下圖所示:

證明11(兩式相減)

如下兩式:

1)0.999999… × 10 =9.99999…2)0.999999… × 100=99.9999…

把它們相減,得:

0.999999…*90 = 90

所以:0.99999… = 1。



反思與感悟

《數學新課標》中提出:學生的數學學習內容應當是實現的、有意義的、富有挑戰性的,這些內容要有利於學生主動地進行觀察、實驗、猜測、驗證、推測與交流等活動。內容的呈現應採用不能單純地依賴模仿與記憶,動手實踐、自主探索與合作交流是學生學習數學的重要方式。因此數學教學要讓學生在親歷中體驗,在體驗和反思中積累,讓經驗的“根”長的更深。

在傳統的教學中,我們數學體現著非常理性的一面,知識的傳授過程崇尚以掌握知識為主,注重的是結果。而新課程則更多地關注知識形成的過程,推崇數學感性的一面。

在數學教學中,把一個分析和處理問題的時間縮短是有效教學的一種策略,把一個問題拉長也是一種策略。縮短可能增加知識的容量,拉長可能提升學習的質量。課堂學習不僅要結論,更要引導學生用個性化的表達來展示思考過程。這個過程猶如登山,“轉過一座山,繞過一道嶺,眼前又是一座峰”,思維的過程中充滿著探索,充滿著期待,這種“智力的歷險”恰是思維的一種深層次的“狂歡”。

根據數學其本身的特點和屬性,我們可以從中看出,數學不光是一門非常理性的課,同時也是一門注重感性的課。在數學上對於感性與理性的融合就好比一男一女合演雙人舞,只要一方發揮不好就難以演出精彩的舞蹈。

2014美國年度教師肖恩•麥考說:學生就像一棵樹,成績只是暴露在地表外的枝丫,思維模式才是深埋地下的樹之根本。數學課堂,我們期待學生樂聽、善思、能辨,這樣的學習體驗對於學生來說是深刻的。


老張教育新思享


實數的定義其實是通過序列的極限(有很多其它等價形式,例如區間套)來做的,所以不要把上面看成數而應該看成兩個序列,它們都代表一這個實數。感性理解毛病在於不知道數的定義,把數和序列等同了。


俸旻


我是誰?誰是我?我從哪來,我將何往?


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