一、數(shù)學(xué)美的本質(zhì) 馬克思“勞動(dòng)創(chuàng)造了美”的觀點(diǎn)明確提出了美源于實(shí)踐。實(shí)踐是溝通人與自然的橋梁,一方面改變了外部現(xiàn)實(shí),消滅它的規(guī)定性,把握自然界使之為自己服務(wù);另一方面又通過消滅外部世界某些規(guī)定性來獲得具有外部現(xiàn)實(shí)性的實(shí)在性,于是自然變成人化的自然,人成為人化的人,都成為對(duì)象性的存在。這就是通過實(shí)踐而構(gòu)建世界的圖畫,美源于其中,存在于人所創(chuàng)造的客觀圖畫中。數(shù)學(xué)美是客觀世界中固有規(guī)律的反映,是現(xiàn)實(shí)世界中數(shù)量關(guān)系和空間形式的程序性、統(tǒng)一性、規(guī)律性的呈現(xiàn)。原來以過程、動(dòng)態(tài)形式存在的自然美,通過人類的生產(chǎn)實(shí)踐就抽象成為結(jié)果、靜態(tài)的數(shù)學(xué)理性美、冷峻美??梢姅?shù)學(xué)美是對(duì)數(shù)學(xué)必然的認(rèn)識(shí)和對(duì)世界的改造,數(shù)學(xué)美是數(shù)學(xué)創(chuàng)造的自由形式。任何一個(gè)數(shù)學(xué)公式、定理、結(jié)構(gòu)、體系等,要本質(zhì)上都具有真理性,都是人對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí),這就呈現(xiàn)了自由。而同時(shí),必然的認(rèn)識(shí)成果作為指導(dǎo)實(shí)踐的工具使人能動(dòng)地進(jìn)行創(chuàng)造活動(dòng),使人從數(shù)學(xué)必然王國(guó)到達(dá)數(shù)學(xué)自由王國(guó),從而再次獲得自由??梢娙魏我淮螖?shù)學(xué)發(fā)明發(fā)現(xiàn),任何一次數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)踐都可以使人在實(shí)踐中獲得自由形式,這就是數(shù)學(xué)本質(zhì)所在。
二、數(shù)學(xué)美的形式 人們?cè)趯?duì)客觀事物觀念的認(rèn)識(shí)過程中所具有的美感及在科學(xué)認(rèn)識(shí)中具有審美價(jià)值的超感性對(duì)象稱為科學(xué)美。數(shù)學(xué)美顯然是一種科學(xué)美,它失去了美感的“具象性”,是一種抽象美,是超感覺的理性美、冷峻美。數(shù)學(xué)創(chuàng)造往往表現(xiàn)出簡(jiǎn)單性、對(duì)稱性、統(tǒng)一性、諧調(diào)性、奇異性,因而,統(tǒng)一、諧調(diào)、對(duì)稱、簡(jiǎn)潔、奇異及應(yīng)用是呈現(xiàn)數(shù)學(xué)美的主要形式。
數(shù)量關(guān)系與空間形式是多種多樣的,因而反映在數(shù)學(xué)科學(xué)上就是各種不同的數(shù)學(xué)門類。每門數(shù)學(xué)都有自己的概念、符號(hào)、命題體系,概念、命題和方法相互交叉形成十分龐雜的數(shù)學(xué)體系,但它們卻有共同的基礎(chǔ)——集合論。比如幾何學(xué),歐氏幾何已經(jīng)有二千多年的歷史,人們沒有懷疑它的真理性。而后來出現(xiàn)的羅氏幾何、黎曼幾何卻與歐氏幾何有明顯的矛盾.譬如關(guān)于三角形內(nèi)角和,歐氏幾何說是“等于π”,黎曼幾何卻說是“大于π”,羅氏幾何又說是“小于π”。再如關(guān)于平行公理,歐氏幾何說“平面上過直線外一點(diǎn)有且只有一條直線與已知直線平行”,羅氏幾何卻說“平面上過直線外一點(diǎn)至少能引兩條直線與已知直線不相交”,黎曼幾何卻說是“平面上過直線外一點(diǎn)作已知直線的平行線一條都沒有”。而后來凱萊(Cayleg)的射影測(cè)度出現(xiàn)后就解釋了非歐幾何學(xué),實(shí)現(xiàn)了三大幾何學(xué)的統(tǒng)一。保證無窮遠(yuǎn)直線不變的射影幾何學(xué)稱仿射幾何學(xué);保證圓點(diǎn)不變(或偽球面上高斯曲率K=0)的仿射幾何學(xué)稱為歐氏幾何學(xué);保證一條虛二次曲線不變(K> 0)的射影幾何學(xué)稱為黎曼幾何學(xué);保證一條實(shí)二次曲線不變(K< 0)的射影幾何學(xué)稱為羅氏幾何學(xué)。十九世紀(jì),斯坦納、馮斯滔已經(jīng)完全確定了由綜合法入手的射影幾何學(xué),而后來,綜合法在應(yīng)用上受到一定的限制,于是人們又引入新的研究方法——代數(shù)公理法,亦通過公理體系規(guī)定代數(shù)運(yùn)算,利用運(yùn)算來處理幾何問題,一方面,人們想把通常的空間的射影幾何學(xué),與代數(shù)結(jié)合在一起;另一方面,把射影幾何學(xué),與格論結(jié)合在一起發(fā)展成為無窮維射影幾何學(xué)即連續(xù)幾何學(xué).此外還能把射影空間與測(cè)度空間結(jié)合在一起,把微分、張量分析與射影幾何學(xué)聯(lián)結(jié)在一起.但無論哪一種聯(lián)結(jié)方式;哪一種統(tǒng)一方法,其基礎(chǔ)都是集合觀念.
另外,數(shù)學(xué)方法也是統(tǒng)一的,數(shù)學(xué)發(fā)展總是在機(jī)械化法與公理化法相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
偉岸的體系,算術(shù)公理系統(tǒng)只用了三個(gè)基本概念便刻畫整個(gè)算術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)潔是數(shù)學(xué)的生命,是數(shù)學(xué)呈現(xiàn)美的一種主要形式。
【奇異美】奇異既是超常規(guī)和預(yù)料。數(shù)學(xué)中的奇異性常常是打破已有的數(shù)學(xué)統(tǒng)一性而出現(xiàn)的一種認(rèn)識(shí)上的飛躍,這種新的認(rèn)識(shí)又意味著在更高層次上的統(tǒng)一與和諧。古希臘時(shí)期,正方形邊長(zhǎng)與對(duì)角線的不可公度性發(fā)現(xiàn)是何等奇異?它直接導(dǎo)致了畢達(dá)哥拉斯學(xué)派“萬物皆數(shù)”大廈的傾覆,引起了人們對(duì)無理數(shù)的研究和公理幾何學(xué)的誕生。而“伽利略悖論”的離奇出現(xiàn),激勵(lì)了康托爾畢生研究超無窮集合并建立了超窮數(shù)理論。希爾伯特曾稱贊康托爾的超窮數(shù)理論是“數(shù)學(xué)思想最驚人的產(chǎn)物,在純理性范疇中人類活動(dòng)最美的表現(xiàn)之一”。而神奇的“羅素悖論”所掀起的第三次數(shù)學(xué)危機(jī),至今仍讓人們?nèi)绨V如醉地探求!數(shù)學(xué)的奇異性在數(shù)學(xué)各個(gè)層面、各個(gè)角度都有體現(xiàn);同樣也體現(xiàn)在自然界、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域中。阿基米德依力矩原理居然“稱出”球的體積公式;中國(guó)的七巧板可奇妙地拼出千變?nèi)f化的圖案,其中許多數(shù)學(xué)問題至今未被人揭開。蜂房是由許許多多正六棱柱一個(gè)挨一個(gè)緊密地排列著,每一個(gè)棱柱底面是由三個(gè)全等菱形拼成的,每個(gè)菱形的鈍角為109028’,而這種結(jié)構(gòu)使得蜂房體積最大且建筑材料最節(jié)省;而鉆石的結(jié)構(gòu)中也選擇了109028,這種選擇使鉆石最硬。自然界中的這些數(shù)學(xué)選擇是多么奇妙!而一個(gè)簡(jiǎn)單的π幾乎是數(shù)學(xué)的靈魂。奇妙的河圖洛書也許會(huì)引發(fā)新一輪的數(shù)學(xué)革命。“海岸線問題”、“科和雪花”、“孟格爾海綿”、“塞爾斯基片”反映一個(gè)共同的問題:在有限空間中有無窮長(zhǎng)的線!這種奇妙結(jié)果出現(xiàn),導(dǎo)致人們對(duì)混沌無序的認(rèn)識(shí)上突破,出現(xiàn)了年輕的幾何學(xué)——分形幾何學(xué),許多好萊塢大片的宏大壯麗的場(chǎng)面就是其直接應(yīng)用的結(jié)果。而單、雙葉曲面居然可由一簇直線構(gòu)成,這簡(jiǎn)直是上帝的手筆!數(shù)學(xué)奇妙,奇妙得讓人叫絕!
【應(yīng)用美】數(shù)學(xué)是原級(jí)科學(xué),數(shù)學(xué)發(fā)展總是為了解決實(shí)際問題的。數(shù)學(xué)應(yīng)用美實(shí)際上是數(shù)學(xué)奇異美的一種。數(shù)學(xué)運(yùn)用枚不勝舉,沒有數(shù)學(xué)就沒有科學(xué)的進(jìn)步、沒有社會(huì)的發(fā)展。數(shù)學(xué)在物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域中都起著舉足輕重的作用。在物理學(xué)發(fā)展史上,一般困難在于數(shù)學(xué)方法的不足。牛頓為了解決物理問題而創(chuàng)立了微積分。而相對(duì)論的困難在于物理思想,歐氏幾何被愛因期坦引入而創(chuàng)立了狹義相對(duì)論;高斯-黎曼幾何、張量分析被愛因斯坦離奇導(dǎo)入從而創(chuàng)立了廣義相對(duì)論。奇就奇在這些數(shù)學(xué)工具竟解決了物理思想問題。拉登變換公式在CT理論中神奇應(yīng)用,引發(fā)了20世紀(jì)的醫(yī)學(xué)革命!另外諸如圓錐曲線在天體中的運(yùn)用,拓樸學(xué)在經(jīng)濟(jì)中的運(yùn)用,運(yùn)籌學(xué)在工程學(xué)中的應(yīng)用等等無不充滿神奇、充滿魅力!數(shù)學(xué)統(tǒng)一、諧調(diào)、對(duì)稱、奇異及應(yīng)用美,說明了數(shù)學(xué)在客體中存在數(shù)學(xué)美基礎(chǔ),經(jīng)主體審美創(chuàng)造活動(dòng)過程呈現(xiàn)出來,極大地激勵(lì)著人類征服、改造自然。然而,對(duì)數(shù)學(xué)美的判斷不僅要著眼于數(shù)學(xué)對(duì)象本身的品性,還要考慮到主體的思想文化修養(yǎng)、美感品性及審美能力,因?yàn)閿?shù)學(xué)美畢竟是理性美、科學(xué)美,下面我就談?wù)剶?shù)學(xué)美育。
三、數(shù)學(xué)美育 美育即是審美教育,數(shù)學(xué)美育是把數(shù)學(xué)作為審美對(duì)象,通過數(shù)學(xué)教學(xué)形成美感,經(jīng)過審美體驗(yàn)形成審美意識(shí)、審美理想、審美意志,從而自覺地進(jìn)行相應(yīng)的審美活動(dòng)。數(shù)學(xué)美育主要反映在數(shù)學(xué)教學(xué)中,數(shù)學(xué)教學(xué)過程是數(shù)學(xué)美因呈現(xiàn)過程和數(shù)學(xué)審美創(chuàng)造過程。而學(xué)生不是數(shù)學(xué)家,很難體會(huì)數(shù)學(xué)這種理性美,因此教師在講授數(shù)學(xué)知識(shí)時(shí)要善于表現(xiàn)數(shù)學(xué)美,盡可能展現(xiàn)最好又是感性展現(xiàn)數(shù)學(xué)美的各種形式,將數(shù)學(xué)美與學(xué)生已經(jīng)具有的美感進(jìn)行類比,從而讓學(xué)生形成美感。沒有表現(xiàn)出數(shù)學(xué)美,審美情感和審美意識(shí)就失去了基礎(chǔ)。教師也只有充分顯示出數(shù)學(xué)美才能啟迪學(xué)生將數(shù)學(xué)作為審美對(duì)象;才能將數(shù)學(xué)技能技巧作為審美價(jià)值表現(xiàn);才能提高學(xué)生的數(shù)學(xué)能力。教師除了要善于呈現(xiàn)數(shù)學(xué)美之外,還要把教學(xué)這種活動(dòng)作為科學(xué)活動(dòng)的同時(shí)作為審美對(duì)象,這就是數(shù)學(xué)的教學(xué)美。通過教師帶有審美價(jià)值的技能技巧;通過教師審美創(chuàng)造活動(dòng),使學(xué)生獲得知識(shí)形成能力的同時(shí)得到美的享受。因而教學(xué)也是藝術(shù)。對(duì)于教學(xué)的藝術(shù)美,我認(rèn)為有如下幾種實(shí)現(xiàn)方式:
1.模仿方式
2.移情方式
3.現(xiàn)實(shí)主義方式與批判現(xiàn)實(shí)主義方式
(作者:湖北恩施清江外國(guó)語學(xué)校
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