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张亚东:诗一般的数学美

张亚东 数学与自然 2022-07-16


  走进语文老师的课堂,看着他们绘声绘色地介绍着文学作品,作为一名数学老师,我非常羡慕他们丰富的拥有,能跟学生一起徜徉在文学的殿堂里,欣赏感人的诗篇,产生心灵的共鸣,营造着激情飞扬、诗意流淌的意境!

        于是,我常常思考:数学课上,我用什么来吸引、感染我的学生,数学课堂究竟应该做些什么?是让学生去熟记一些公式,还是只教会他们如何解题,应付考试?不,数学教学应有更广阔的天地!

      

诗一般美的数学


数学的美,非美不胜收不足以表达;

数学的巧,非巧夺天工不足以描述;

数学的妙,非妙不可言不足以形容;

数学的奇,非叹为观止不足以体现。


        数学是科学,数学是艺术,数学是语言,数学蕴含着人类文化的美!给学生营造的数学课堂应该是充满生命活力、促进智慧生成、洋溢生活气息的课堂,这样的课堂才是魅力无穷的!

        我想,我们也可以让数学课堂融入一点文学气息,好让学生迷上数学,让他们体会数学美,深切地感受数学的巧,理解数学的妙,把学生带进一个奇妙的数学世界,展示数学思维的魅力,我认为这才是数学教学所追求的最高境界!这也正是本文的主题:诗一般的数学美。


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“不识数”的诗人

     ——张伯行


一丝一粒,我之名节;

一厘一毫,名之脂膏。

宽一分,民受赐不止一分;

取一文,我为人不值一文。



        我国古代大诗人中不会数数的诗人有没有?据我观察,至少有这样两位:一位是被康熙皇帝称为“操守为天下第一”的清官张伯行,他的一首《禁止馈送檄文》一连八个一,阐明了他的廉政自律观。


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“不识数”的诗人

     ——纪晓岚


一篙一橹一渔舟,

一个渔翁一钓钩,

一俯一仰一场笑,

一人独占一江秋。



         另一位是被乾隆皇帝称为“天下奇才”的纪晓岚,连数十个一也数不出二三四五来,可见两位大诗人的数学水平仅相当于幼儿园小班,存在着严重“偏科”现象。


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“只识”十个数的诗人

     ——王安石


一个二个三四个,

五六七八九十个,

食尽皇家千种粟,

凤凰何少尔何多?




        宋代政治家、文学家、思想家王安石的一首《麻雀》,他眼看着北宋王朝很多官员饱食终日,贪污腐败,反对变法,故把他们比作麻雀,数量词生动地描述了麻雀之多!


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“倒数”十个数的诗人

     ——苏东坡


        十年寒窗,进九八家书院,抛却七情六欲,苦读五经四书,考了三番两次,今天一定要中! 



        大诗人苏轼从十倒数到一,不仅数字使用巧妙得当,而且将莘莘学子寒窗苦读,赴京赶考的艰难表现得淋漓尽致。


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“识数”最多的诗人

     ——林和靖


一片二片三四片,

五片六片七八片;

千片万片无数片,

飞入梅花总不见。



        明代林和靖的《雪梅诗》用表示雪花片数的数量词写成,读后好像身临雪境,飞下的雪花由少到多,飞入梅林就分不清是雪花还是梅花了。


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对数字最有“研究”的诗人

     ——郑板桥





        相传,郑板桥在山东任知县的时候,看见一个破旧的大门上贴了一幅春联,郑板桥看后立即派人送去衣服和食品,众人不解,板桥笑答:上联缺“一”,下联少“十”,横幅没有“东西”。可见郑板桥对数字有相当深的研究。


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“极限”概念的数学意境

——李  白


故人西辞黄鹤楼,

烟花三月下扬州。

孤帆远影碧空尽,

唯见长江天际流。



        孤帆远影碧空尽,看着朋友的孤船帆影在蓝天的尽头消失,哪儿是蓝天的尽头?100米?200米?500米?10万米?让学生体会极限概念中的一个变量趋向于无穷大的动态意境,真是传神!遥望海天成一色,海天的距离看上去无限逼近于0。


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“领悟”最大值的诗人

——杜  甫


荡胸生层云,

决眦入归鸟。

会当凌绝顶,

一览众山小。



        函数的最大值即为函数图像上最高点的纵坐标,每见此景就会情不自禁的想起杜甫的诗句:会当凌绝顶,一览众山小。


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“领悟”归纳、猜想的诗人

——苏  轼

        明月几时有?把酒问青天。不知天上宫阙,今夕是何年。我欲乘风归去,又恐琼楼玉宇,高处不胜寒。



        归纳、猜想、证明是数学里非常重要的一种思想方法,比如数列2,4,8……从第二项起,每个数都是前一个数的两倍,可以归纳得出结论:第四项是16,接下去32,64,128……。苏轼是一位喜欢幻想的诗人,他在大醉后欲乘风归去,居然懂得那天上宫阙,高处不胜寒!诗人怎么知道高处一定是寒的呢?他一定是根据自己爬山登高的生活体验得到的猜想,山顶总是比山底冷,于是他通过归纳,猜想月亮上一定是冷的,现代科技证实了他的猜想。


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“谙熟”三角的诗人

——李  白


床前明月光,

疑是地上霜。

举头望明月,

低头思故乡。



        床前明月光是从哪儿射进来呢?当然是从窗户射进来的,你看月光与地面就有一个入射角吧。举头视线与水平视线就有一个仰角,同样低头就有一个俯角。入射角、仰角、俯角乃“三角”也。


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“知晓”周期概念的诗人

——白居易


离离原上草,

一岁一枯荣。

野火烧不尽,

春风吹又生。




        《赋得古原草送别》是白居易写的一首送别诗,明写草的顽强的生命力,暗喻友情的热烈永恒。一岁一枯荣,你看小草生长的周期就是一年,16岁的白居易就懂得周期为何物了。

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“不懂”周期循环的诗人

——李  白


        君不见黄河之水天上来,奔流到海不复回



        也有不懂周期循环的诗人,李白就是其中一位,有诗为证。其实奔流到海变成水蒸气之后还是复回了,依旧从天上来,落进黄河,再奔流到海,如此周期循环不已!


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对几何有“研究”的诗人

——王  维


单车欲问边,属国过居延。

征蓬出汉塞,归雁入胡天。

大漠孤烟直,长河落日圆。

萧关逢候骑,都护在燕然。



       直线和圆是解析几何研究的主要对象,这里的“孤烟直”、“落日圆”使画面富有立体美,你看加进了几何元素,使诗歌增色不少,形成了浑然一体的壮阔意境,看来文学家也要学点数学。


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“精通”几何的诗

——曹  操


对酒当歌,人生几何?

譬如朝露,去日苦多。

慨当以慷,忧思难忘。

何以解忧?唯有杜康。




         “人生几何”在数学老师读来,人生就像几何曲线一样:曲曲弯弯,有起有落;荣辱不惊,任潮起潮落,顺其自然,看花开花落!可见文学家与数学家有时是可以彼此互通的。


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“领悟”立体几何的诗人

——苏  轼


横看成岭侧成峰,

远近高低各不同。

不识庐山真面目,

只缘身在此山中。



        立体几何强调的是空间概念,比如正方体,上、下、左、右、前、后六个面,浑然一体。你看这里:横、侧、远、近、高、低不正好与正方体的六个面相对应吗?怎一个妙字了得?可见诗人的空间概念是非常清晰的。


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空间想象力“丰”的诗人

——杜  甫


两个黄鹂鸣翠柳,

一行白鹭上青天。

窗含西岭千秋雪,

门泊东吴万里船。



        立体几何主要研究的对象是点、线、面、体,你看杜甫的诗:两个黄鹂是特写镜头,可以看成两个点,一行白鹭是远镜头,可以看成一条直线,窗可以看成正方体正对着我们一个面,透过这个面,可以看到千秋雪。千秋雪给人一种平面的感觉,万里船当然是立体画面,好一幅立体的山水风景画!


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空间想象力“特强”的诗人

——李  贺


黄尘清水三山下,

更变千年如走马。

遥望齐州九点烟,

一泓海水杯中泻。



        立体几何主要是培养学生的空间想象能力,空间想象能力特强的诗人要数李贺,这是李贺小伙子充满幻想色彩的《梦天》。诗人做起了南柯之梦,翩翩然在太空遨游,他回头下望人寰处,看到什么景色呢?原来他看到了中国九州就像九个烟点似的,而大海仿佛是杯中洒出来的一汪清水,此情此景,仿佛杨利伟在太空中所看到的一样真切!不能不佩服这位年轻诗人那惊人的空间想象力!


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“感悟”思维空间的诗人

——陈子昂


前不见古人,

后不见来者;

念天地之悠悠,

独怆然而涕下。



        从数学角度讲,此诗阐发的是时间和空间感知的佳句。前两句表示时间可以看成是一条直线,陈老先生以自己为原点,前不见古人,是指时间可以追溯到负无穷大,后不见来者,则意味着未来的时间是正无穷大。后两句则描写三维的现实空间:天地是两个平面,悠悠地张成三维立体几何环境,全诗将时间和空间放在一起考虑,感到大自然之博大,产生了敬畏之心,以至怆然而涕下!


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        陈景润痴迷于歌德巴赫猜想几十年如一日,长久地沉醉于对数学真理的追求之中,乐此不疲!这真是:

衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。


        遇到数学难题一愁莫展,心情无比的沉重,饭吃不香,觉睡不着,又不肯轻易放弃,这可怎么得了?这真是:

昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路。

        

        解决数学难题要讲究方法,要不断摸索,经过苦思冥想,最终找到合理的解题途径,此时的心境那真是:

山重水复疑无路,柳暗花明又一村。

踏破铁鞋无觅处,得来全不费功夫!

 

        数学研究和学习需要解题,而解题过程需要反复思索,终于在某一时刻出现顿悟。例如,做一道几何题,百思不得其解,突发灵感,添了一条辅助线,问题豁然开朗,欣喜万分,这真是:

众里寻他千百度。蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。


(作者系上海市大同中学数学特级教师)


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