数学研究的一般方法.ppt
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1、第二章第二章 数学研究的一般方法数学研究的一般方法 数学研究的一般方法,就是指数学研究数学研究的一般方法,就是指数学研究过程中的基本方法。它们是:过程中的基本方法。它们是:观察法与观察法与实验法;实验法;划分与比较;划分与比较;分析与综合;分析与综合;抽象与概括;抽象与概括;一般化与特殊化。在数一般化与特殊化。在数学教学中恰当地运用这些方法,将有助于学教学中恰当地运用这些方法,将有助于提高教学质量,也有助于培养学生良好的提高教学质量,也有助于培养学生良好的数学素质。数学素质。1 观察法与实验法观察法与实验法观察法和实验法是获取经验材料的基本途径,是形成、发观察法和实验法是获取经验材料的基本途径
2、,是形成、发展和验证科学理论的实践基础,也是自然科学研究中十分展和验证科学理论的实践基础,也是自然科学研究中十分重要的方法和数学方法论种最基本的方法之一。重要的方法和数学方法论种最基本的方法之一。一、观察法一、观察法(一)观察法的含义(一)观察法的含义前苏联数学教育家前苏联数学教育家B.A.B.A.奥加涅相认为:观察是人们对客观奥加涅相认为:观察是人们对客观世界的各个客观事物和现象,在其自然条件下,按照客观世界的各个客观事物和现象,在其自然条件下,按照客观事物本身存在的实际情况,研究和确定它们的性质和关系事物本身存在的实际情况,研究和确定它们的性质和关系的方法。的方法。从数学的角度来说,观察就
3、是人们对事物或问题的数学特从数学的角度来说,观察就是人们对事物或问题的数学特征通过视觉获取信息,运用思维辨认其形式、结构和数量征通过视觉获取信息,运用思维辨认其形式、结构和数量关系,从而发现某些规律或性质的方法。关系,从而发现某些规律或性质的方法。在数学知识的发现和解决数学问题的过程中,观察法是常在数学知识的发现和解决数学问题的过程中,观察法是常用的有效方法之一。用的有效方法之一。(二)观察法的作用(二)观察法的作用1 1在数学中,通过观察不仅可以收集新材料,发在数学中,通过观察不仅可以收集新材料,发现新事实,获得新知识,而且常常还可以促使数现新事实,获得新知识,而且常常还可以促使数学的发现和
4、理论的创新。学的发现和理论的创新。2 2在数学教学中,观察具有重要的作用。通过观在数学教学中,观察具有重要的作用。通过观察既可深入了解事物的本质,有助于数学概念的察既可深入了解事物的本质,有助于数学概念的形成,也可把握事物间的关系,有助于数学命题形成,也可把握事物间的关系,有助于数学命题的发现。的发现。3 3对于数学解题教学,通过观察可发现已知与未对于数学解题教学,通过观察可发现已知与未知或结论之间的联系,从而实现解题思路的突破,知或结论之间的联系,从而实现解题思路的突破,有助于迅速而且正确地找到解题方法。有助于迅速而且正确地找到解题方法。二、实验法二、实验法(一)实验法的含义(一)实验法的含
5、义一般来说,实验就是按照科学研究的目的,一般来说,实验就是按照科学研究的目的,根据研究对象的自然状态和自身发展规律,根据研究对象的自然状态和自身发展规律,人为地设置条件,来引起或控制事物现象人为地设置条件,来引起或控制事物现象的发生或发展过程,并通过感观来认识对的发生或发展过程,并通过感观来认识对象和规律的方法。象和规律的方法。实验总是和观察相联系的,观察常常可用实验总是和观察相联系的,观察常常可用实验作基础,而实验又可使观察得到的性实验作基础,而实验又可使观察得到的性质或规律得以重现或验证。实验法也是解质或规律得以重现或验证。实验法也是解决某些数学问题的有效方法。决某些数学问题的有效方法。(
6、二)实验法的作用(二)实验法的作用1具有简化和纯化数学对象的作用。具有简化和纯化数学对象的作用。2具有强化数学对象的作用。具有强化数学对象的作用。3具有重复再现研究对象的作用。具有重复再现研究对象的作用。例例2证明平面几何中的“三角形内角和定理”教师在讲授此定理时,一般可通过定量实验引导学生发现这一定理,如用量角器测量三角形内角并求和也可以用割补法用纸片剪下一个三角形,然后“撕下”两个角,并将它们拼在另一个角的顶点处,这样三角形的三个内角就可结合在一起形成一个平角。这个实验不仅帮助我们建立命题,而且还这个实验不仅帮助我们建立命题,而且还提供了一种证明此命题的方法。提供了一种证明此命题的方法。在
7、以上问题的解题过程中充分显示出实验在以上问题的解题过程中充分显示出实验法的重要作用。法的重要作用。通过观察、实验的途径,我们可以获得各通过观察、实验的途径,我们可以获得各种各样的经验材料,这是我们发现数学真种各样的经验材料,这是我们发现数学真理的基础。理的基础。2 划分法与比较法划分法与比较法划分法和比较法是数学研究的一般方法,划分法和比较法是数学研究的一般方法,也是自然科学研究中对感性材料进行初步也是自然科学研究中对感性材料进行初步加工的方法。加工的方法。一、划分法一、划分法(一)划分法的标准、意义及规则(一)划分法的标准、意义及规则划分是指按照事物间的异同,将相同性质的对象划分是指按照事物
8、间的异同,将相同性质的对象归为一类,不同性质的对象归入不同类别的思维归为一类,不同性质的对象归入不同类别的思维方法。每一种分类都按照一定的标准进行。其标方法。每一种分类都按照一定的标准进行。其标准应根据研究的目的或观察问题的角度来确定。准应根据研究的目的或观察问题的角度来确定。划分的意义在于使知识条理化,并进而系统化,划分的意义在于使知识条理化,并进而系统化,促进认知结构的发展。数学上的划分包括对概念促进认知结构的发展。数学上的划分包括对概念的划分、对性质的划分、方法的整理以及解题中的划分、对性质的划分、方法的整理以及解题中的分域讨论等。的分域讨论等。任何划分都包含三个部分:划分的母项、划分的
9、任何划分都包含三个部分:划分的母项、划分的子项以及划分的标准。子项以及划分的标准。1对概念的划分对概念的划分概念的内涵可以通过定义来揭示,概念的概念的内涵可以通过定义来揭示,概念的外延则可借助划分来揭示。外延则可借助划分来揭示。对概念的划分就是把一个概念按照一定的对概念的划分就是把一个概念按照一定的标准分为若干各种概念的逻辑方法。划分标准分为若干各种概念的逻辑方法。划分的母项就是被划分的概念;划分的子项就的母项就是被划分的概念;划分的子项就是从母项划分出来的各个种概念;划分的是从母项划分出来的各个种概念;划分的标准就是据以划分的属性。标准就是据以划分的属性。(1)划分的几种形式)划分的几种形式
10、一次划分;一次划分;连续划分;连续划分;复分;复分;二分法二分法通过对概念进行划分,可以帮助学生把所学的知通过对概念进行划分,可以帮助学生把所学的知识系统化,正确地理解各个概念之间的关系,划识系统化,正确地理解各个概念之间的关系,划分也可以作为对于某些类型问题的推理分析方法。分也可以作为对于某些类型问题的推理分析方法。对概念进行划分,除了要掌握划分的方式外,还对概念进行划分,除了要掌握划分的方式外,还必须遵守划分的要求(规则)。必须遵守划分的要求(规则)。(2)划分的基本要求)划分的基本要求划分必须是相称的;划分必须是相称的;划分的各子项之间的关划分的各子项之间的关系必须是不相容关系;系必须是
11、不相容关系;每一次划分必须按同一每一次划分必须按同一标准进行;标准进行;划分不能越级划分不能越级 2对对象的划分对对象的划分 在中学数学里,把问题按所研究的对象来在中学数学里,把问题按所研究的对象来划分,有算术题、代数题、几何题、三角划分,有算术题、代数题、几何题、三角题、微积分题等等。任何问题必须放在一题、微积分题等等。任何问题必须放在一个确定的系统中去研究,才有确定的意义个确定的系统中去研究,才有确定的意义和解答。按所研究的对象来划分,可明确和解答。按所研究的对象来划分,可明确其所属的数学系统,这样就有了研究问题其所属的数学系统,这样就有了研究问题的科学基础和依据;由此,在所属的数学的科学
12、基础和依据;由此,在所属的数学系统中,就可根据有关的基础知识、解题系统中,就可根据有关的基础知识、解题经验和方法来解决问题。经验和方法来解决问题。(二)举例(二)举例例例1 从从1到到300之间取之间取3个不同的整数个不同的整数,使此使此 3数之和能被数之和能被3整除整除,有多少种取法有多少种取法?运用分类思想可以得到解题的一个运用分类思想可以得到解题的一个重要工具重要工具抽屉原则抽屉原则“抽屉原则抽屉原则”包括以下三项原则:包括以下三项原则:原则一:把多于个的元素按任一确定的分成个集合,那么原则一:把多于个的元素按任一确定的分成个集合,那么一定有一个集合中含有两个或两个以上的元素一定有一个集
13、合中含有两个或两个以上的元素原则二:把多于个的元素按任一确定的方式分成个集合,原则二:把多于个的元素按任一确定的方式分成个集合,则必定有一个集合中含有个或个以上的元素则必定有一个集合中含有个或个以上的元素原则地显然是原则一的推广原则地显然是原则一的推广原则三:把无穷多个元素分成有穷个集合(按一定的方式)原则三:把无穷多个元素分成有穷个集合(按一定的方式),则至少有一个集合含无穷多个元素,则至少有一个集合含无穷多个元素分成的一个分成的一个“集合集合”,可以形象地比喻为一个个的抽屉,可以形象地比喻为一个个的抽屉,而解题的关键正在于设计合乎题意的而解题的关键正在于设计合乎题意的“抽屉抽屉”。二、比较
14、法二、比较法(一)比较法的含义(一)比较法的含义所谓比较,就是在思维中确定两个所谓比较,就是在思维中确定两个或两个以上对象,或同一对象在不同的时或两个以上对象,或同一对象在不同的时间、条件下的共同点和不同点,比较是在间、条件下的共同点和不同点,比较是在分析与综合的基础上进行的,要使学生经分析与综合的基础上进行的,要使学生经抽象概括得到理性认识必须通过比较。抽象概括得到理性认识必须通过比较。在人们的社会实践,特别是在科学研究中,比较在人们的社会实践,特别是在科学研究中,比较作为一种科学方法普遍地被应用,作为一种科学方法普遍地被应用,“有比较才能有比较才能有鉴别有鉴别”,通过比较,可以从思想上把握
15、现实世,通过比较,可以从思想上把握现实世界对象的本质特征和非本质特征,反映客观事物界对象的本质特征和非本质特征,反映客观事物相互对立又相互联系而存在的实际情况,达到正相互对立又相互联系而存在的实际情况,达到正确认识事物的目的。正如俄国教育家乌申斯基确认识事物的目的。正如俄国教育家乌申斯基(K.)所说:)所说:“比较是一切理解比较是一切理解和一切思维的基础。我们正是通过比较来了解世和一切思维的基础。我们正是通过比较来了解世界上的一切的,如果我们面前出现某种新的东西,界上的一切的,如果我们面前出现某种新的东西,我们既不能拿它去同什么东西比较,又不能把它我们既不能拿它去同什么东西比较,又不能把它同什
16、么东西区别开来同什么东西区别开来那么,我们就不能对它那么,我们就不能对它形成一种思想,也不能对它说出一句话来。形成一种思想,也不能对它说出一句话来。”(二)数学解题中的比较方法(二)数学解题中的比较方法在数学教学中,有经验的教师通过旧知识在数学教学中,有经验的教师通过旧知识引进新知识,学生在新旧知识的比较中,引进新知识,学生在新旧知识的比较中,提出疑问,创设问题情境。比较在数学学提出疑问,创设问题情境。比较在数学学习中不仅是一种科学的认识方法,而且已习中不仅是一种科学的认识方法,而且已发展成为一种独立的数学解题方法。发展成为一种独立的数学解题方法。1概念或同类事物的比较概念或同类事物的比较2用
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- 数学 研究 一般 方法
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