今天认真阅读了《小学数学教材中的大道理》一书之课题5:用温度计引入负数,并不理想,看完后感觉有点烧脑,因为负数涉及到许多数学文化史的内容,而这些正是我所欠缺的,而这何尝不是学生学习负数的另一条思路?于是索性就张先生所提到负数与方程的渊源,狠狠地恶补了一下与负数有关的数学文化史因子,看完后突觉心正气爽,内心踏实了许多。
一、收获:对负数深厚的数学文化史有了深入的了解
负数的历史非常悠久,据史料记载,早在两千多年前,我国就有了正负数的概念,掌握了正负数的运算法则。人们计算的时候用一些小竹棍摆出各种数字来进行计算。这些小竹棍叫做“算筹”,算筹也可以用骨头和象牙来制作。
我国三国时期的学者刘徽在建立负数的概念上有重大贡献。刘徽首先给出了正负数的定义,他说:“今两算得失相反,要令正负以名之。”意思是说,在计算过程中遇到具有相反意义的量,要用正数和负数来区分它们。
刘徽第一次给出了正负区分正负数的方法。他说:“正算赤,负算黑;否则以邪正为异”意思是说,用红色的小棍摆出的数表示正数,用黑色的小棍摆出的数表示负数;也可以用斜摆的小棍表示负数,用正摆的小棍表示正数。
在阅读中,我明白了负数及其加减运算最初出现在《九章算术》这本书中。《九章算术》是中国古代第一部数学专著,是《算经十书》中最重要的一部,成于公元1世纪左右。该书内容十分丰富,系统总结了战国、秦、汉时期的数学成就。《九章算术》在数学上有其独到的成就,不仅最早提到分数问题,也首先记录了盈不足等问题,阐述了负数及其加减运算法则。它是一本综合性的历史著作,是当时世界上最简练有效的应用数学,它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。书中提到:“正负数曰:同名相除,异名相益,正无入负之,负无入正之;其异名相除,同名相益,正无入正之,负无入之。”这里的“名”就是“号”,“除”就是“减”,“相益”、“相除”就是两数的绝对值“相加”、“相减”,“无”就是“零”。
在《九章算术》的方程篇里,其中的第八题就能够很好地说明古代先哲为什么要引进负数。第八题是这样表示的:今有卖牛二,羊五,以买十三豕,有余钱一千。卖牛三、豕三,以买九羊,钱适足。卖羊六、豕八,以买五牛,钱不足六百。问牛、羊、豕价各几何?
答曰:牛价一千二百,羊价五百,豕价三百。
术曰:如方程。置牛二、羊五正,豕一十三负,余钱数正;次置牛三正,羊九负,豕三正;次置牛五负,羊六正,豕八正,不足钱负。以正负术入之。
这是一个三无一次方程组;分别用x,y.z表示牛价、羊价和豕价的话,那么三元一次方程组合为:
2x+5y+(-13z)=1000
3x+(-9y)+3z=0
(-5x)+6y+8z=-600
由此可见,在汉朝的人民就已经开始广泛地使用负数了,真的非常伟大,也说明了负数所深厚的历史发展史。
二、行进:基于数学文化史的负数教学实践
既然负数很早就已经出现,那么在课堂上,能否带领孩子重蹈人类历史的发展过程,让学生充分感悟古代的人们为什么要创造负数,同时又可以让学生了解古代中国的智慧与创造?答案是肯定的。我曾经听过特级教师蔡宏圣执教的《认识负数》一课,就是基于数学史的产生与发展来设计的,今天在阅读中,又很惊喜地发现了一篇教学设计,也是基于数学史来教学负数,这正符合我心中所想。
大概的教学环节如下:
环节一:用例子引出负数的概念。这个例子改编于《九章算术》中“方程”篇第八题,就是上面所提到的问题,通俗地说就是:在中国古代汉朝时,有一个人做了三次牲畜买卖,收支情况如下:第一次,卖牛收入24钱,卖羊收入25钱,买猪支出39钱,合计收入10钱。第二次,卖牛收入36钱,买羊支出45钱,卖猪收入9钱,合计收支相当。第三次,买牛支出60钱,卖羊收入30钱,卖猪收入24钱,合计支出6钱。教师问:如何用表格记录这个人三次买卖收支情况。小组讨论得出两种记录方法 ,一种是收支的文字形式记录,另一种是收支的数字形式记录,让学生判断哪种记录方法更好。从而让学生感悟:第二种记录方法是对第一种的抽象,如果用自然数表示收入的钱,那么用负数表示支出的钱,初步感知了正数与负数。
环节二:举例说明负数的概念。为了进一步加强对负数的理解,教师引导学生模拟上面的表示方法,举出正数和负数的例子,在讨论中教师引导学生得出结论:负数与正数一一对应,负数是一个与正数“数量相等、意义相反”的数。
环节三:计算数量的游戏。教师引导学生为刚才的那道题目做数值计算。假如三次买卖,牲畜的价格一样,假定每只牛、羊、猪的价格一样,假定牛的价格最大,接着是羊的价格,猪的价格最小,利用公因数的知识来推断三种动物的单价及买卖数量。
整个环节对原题做了一定的修改,但例子中负数的意义与原题的初衷是一致的。这样的例子真正体现了负数的本质:负数与正数是相对的,对于接受能力好的学生来说,不妨可以进行这样的尝试,这未尝不是教学负数的另一条出路。