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「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

 小元寶爸 2018-07-14

看文章之前,先考大家一道二年級數(shù)學(xué)題:

籃子里有10根香蕉,要把它們平分給10只猴子,請問要怎樣分才能使得藍(lán)子里最后還有一根香蕉呢?

大家知道答案嗎?可以讓孩子也一起來回答這個問題。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

如果當(dāng)成一道腦筋急轉(zhuǎn)彎來看,其實還挺好玩,但這真是一道正兒八經(jīng)的數(shù)學(xué)題。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

這其實也反應(yīng)了我們現(xiàn)在數(shù)學(xué)教育面臨的一個嚴(yán)峻問題——數(shù)學(xué)脫離實際生活,導(dǎo)致學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)生覺得數(shù)學(xué)就像屠龍術(shù),在實際生活中毫無用處。

其實答案是把最后一根香蕉放在籃子里遞給猴子。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

科技時代數(shù)學(xué)比人類歷史上任何時間都更為重要。世界越來越數(shù)學(xué)化、數(shù)量化,但數(shù)學(xué)卻是紙上談兵,而孩子也可能因此逐漸喪失對數(shù)學(xué)教學(xué)的興趣,這可怎么辦?

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

頂尖公司沃爾夫勒姆研究公司的策略和國際總監(jiān)康拉德·沃爾夫拉姆說:善用電腦會讓數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)變得貼合實際,變得有趣。

沃爾夫拉姆觀察到現(xiàn)在的數(shù)學(xué)教育正面臨一些實際的問題: 一方面我們逐漸喪失 對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣, 另一方面,我們卻生活在比以前更加趨向于數(shù)學(xué)化、數(shù)量化的數(shù)形世界中。

為什么會出現(xiàn)這些問題?數(shù)學(xué)教育到底哪里出現(xiàn)了分歧,我們怎么解決這個問題呢?

答案就是:

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

編程教孩子學(xué)微積分

女兒六七歲時,沃爾夫拉姆就開始教她學(xué)微積分,而且孩子還學(xué)得津津有味。

他怎么教的呢?在電腦上編程。比如為了幫助女兒理解“當(dāng)多邊形的邊數(shù)增加時,圖形會隨之改變,當(dāng)邊數(shù)增加到非常大時, 多邊形會變成一個圓”這個概念時,他在電腦上用編程建了個這樣的模型 ↓

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

這個模型是非常初步的極限和微積分啟蒙,它可以讓孩子非常直觀地看到圖形由于數(shù)值趨于極限時所發(fā)生的變化——無限小邊數(shù)和無限多邊數(shù)的情況。

看完上面的模型,大家是不是第一次覺得原來微積分如此簡單?

那為什么我們的微積分課程都是安排在大學(xué),而且我們的學(xué)生往往都是談微積分、談高數(shù)色變呢?

因為我們的課程編排順序都是按照計算的難度來排序的,而微積分的計算是相當(dāng)困難的。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

沃爾夫拉姆認(rèn)為,只要我們把復(fù)雜的算法交給計算機(jī)去做,其實很多的概念是可以向更低年級的學(xué)生傳授的,這就是他用建模的方式教小女兒這么“難”的數(shù)學(xué)的原因。順便一提,他的小女兒把玩這個模型是樂此不疲,因為她對色塊轉(zhuǎn)換這一點十分感興趣。

那我們學(xué)數(shù)學(xué)到底學(xué)什么?

計算的事都交給計算機(jī)去做了,那我們學(xué)數(shù)學(xué)到底學(xué)什么?

在回答這個問題時,大家先想另一個問題:數(shù)學(xué)是什么?或者說我們學(xué)校教數(shù)學(xué)的時候教的是什么?

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

沃爾夫拉姆的看法是,教數(shù)學(xué)正確來說有四個步驟——

第一,正確地提問。我們想問的到底是什么問題?我們想通過這個問題了解現(xiàn)實世界的什么?

第二,根據(jù)正確的問題,將它從現(xiàn)實世界的問題轉(zhuǎn)化成一個數(shù)學(xué)問題;

第三,運算,求出某個數(shù)學(xué)形式的答案;

第四,將解答轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實世界的問題,驗證看看這個答案有沒有解決現(xiàn)實社會的問題。

在這四步中,沃爾夫拉姆覺得最重要的環(huán)節(jié)是第四步。

但在數(shù)學(xué)教育中,我們或許花了八成的時間教學(xué)生用筆頭計算,學(xué)生的時間與經(jīng)歷都放在了第三步。而運算恰恰是計算機(jī)比任何經(jīng)過多年運算訓(xùn)練的人都做得更好地一步。

換言之,我們本應(yīng)該用計算機(jī)去完成上述步驟三, 而讓學(xué)生花更多的精力去學(xué)好上述步驟一、二和四。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

數(shù)學(xué)并不等同于計算,它是比計算更廣泛的一門學(xué)科,沃爾夫拉姆甚至斷言計算是機(jī)械化的數(shù)學(xué),是一種雜活,是那種人們應(yīng)該盡量避免,可以的話讓機(jī)器來完成的工作。它是得出目的的手段,而不是目的本身。

我們應(yīng)該預(yù)設(shè)計算機(jī)可以完成運算,僅僅在必要時才教人們筆頭運算。當(dāng)然,如果說有人對人工計算有興趣,那ta可以去學(xué),但是數(shù)學(xué)教育不應(yīng)該是強(qiáng)迫所有的人去學(xué)習(xí)計算,甚至把這種“數(shù)學(xué)”當(dāng)成主科來讓全民學(xué)習(xí)。

現(xiàn)行教學(xué)法讓數(shù)學(xué)變蠢

那計算機(jī)會使數(shù)學(xué)、使學(xué)生變蠢嗎?在一定程度上的確如此,如果用計算機(jī),這僅僅是無需思考的按鍵操作,但如果進(jìn)行人工筆頭運算,這完全又是智力訓(xùn)練。

這是沃爾夫拉姆在推廣“用計算機(jī)學(xué)數(shù)學(xué)”的理念中最常遇到的質(zhì)疑,但疑惑的諸位也可以想一想,難道現(xiàn)在人們在學(xué)校里學(xué)習(xí)的“數(shù)學(xué)”真的會學(xué)到實貨嗎?他們大都還在用他們不理解的原理去解答他們不明白的問題。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

這個現(xiàn)象確實不是虛談,在大學(xué)里面拿著特等獎學(xué)金、一等獎學(xué)金的學(xué)生,未必都能真正地理解數(shù)學(xué)邏輯,老師劃了重點,背熟了,這道題的算法記住了,考試就能高分了,而內(nèi)里的數(shù)學(xué)邏輯卻不見得真能吃透,換個問法,換道題,可能就算不出來了。

而且呢,現(xiàn)在課堂上的數(shù)學(xué)問題不僅脫離實際,而且相對實際生活來說,是十分簡單?,F(xiàn)實世界的問題更復(fù)雜,更棘手。所以,沃爾夫拉姆說,計算機(jī)并不會讓數(shù)學(xué)變蠢,讓數(shù)學(xué)變蠢的是現(xiàn)行的教學(xué)方式。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

大家對于用計算機(jī)替代筆頭運算的另一個質(zhì)疑,就是筆頭運算的步驟在一定程度上可以幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué),如果你做過很多例題,你就可以算出答案,你也可以更好地理解數(shù)學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

「TED演講」:如何利用編程學(xué)習(xí)真正的數(shù)學(xué)

這個觀點沃爾夫拉姆十分認(rèn)同,所以他認(rèn)為——應(yīng)該鼓勵每一個學(xué)生都去學(xué)編程。

他覺得編程是一種檢驗學(xué)生是否真正理解數(shù)學(xué)問題的方式,編程一方面使數(shù)學(xué)更實用,同時另一方面又更加理論化。

簡言之,沃爾夫拉姆覺得:教育應(yīng)該讓孩子會用數(shù)學(xué),而不是學(xué)數(shù)學(xué)。

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