形式化是数学的基本特征之一。整个数学学科,包括从自然数体系开始的代数学与分析学,从欧几里得几何发展起来的各种几何学,都是将现实世界的数量关系和空间结构,经过抽象概括、符号表示,以纯粹的形式进行演算、推理与证明,最后构成形式化的体系。数学一旦表达成为形式化的思想体系之后,往往会把生动的现实内容放在一边。例如,数学处理的是抽象的1,不和“苹果”、“牛”、“羊”等现实对象相联系;三角函数来源于天文观测、单摆、潮汐、波动等现实活动和现象,但是一旦抽象出来就变成独立的数量关系。因此,在数学教学中,虽然学习形式化的表达是一项基本要求,但不能只限于形式化的表达,否则会将生动活泼的数学思维活动淹没在形式化的海洋里。
回顾数学的发展历史,可以看到19世纪以前,数学和现实的联系非常紧密。到了19世纪中叶,非欧几何产生了,抽象群论出现了,分析严密化的ε-δ语言开始流行了,与此相应的形式化的“符号逻辑”也应运而生。在抽象集合论的土壤上,产生了希尔伯特为代表的形式主义学派,希尔伯特曾提出按照无矛盾性、独立性、完备性的标准将所有数学分支建构成形式公理体系。但是,1931年,奥地利数学家哥德尔证明,包含自然数算术在内的任何公理体系如果是无矛盾的,那都是不完备的,即存在一个数学命题,在该公理系统内既不能证其对,也不能证其错,于是,哥德尔定理破天荒地第一次分清了数学中“真”与“可证明”是两个不同的概念,可证明的数学命题固然是真的,但真的数学命题并不一定是可以证明的,因而将整个数学“形式化”的理想破灭了。数学基础研究中“形式主义”的思潮有其积极的一面,是数学发展中的一座里程碑。它的影响十分广泛,在一个相当长的阶段成为了数学教育(包括数学教科书编写、数学教学等)的主导思想,直至今天仍然在数学教育中有它积极的意义,在教育观念上留有深刻的烙印。
继希尔伯特形式主义之后,20世纪中叶兴起了“布尔巴基学派”。这个学派认为数学是由各种“结构”组成的。他们从集合论开始,一个个、一次次地加上一些新的结构,从产生这些结构的公理出发,通过演绎的手段,以求建构出所有的数学结果。这一实践,也在20世纪70年代左右中止。数学固然可以用结构的思想加以整理,并在此基础上给予推进,这是进行数学探索的一种方式,但是,进行数学探索的过程不应该是完全形式化的,好的数学问题一定会与其他学科或现实世界有着密切的联系,对数学的发展起重要作用。进入21世纪之后,数学开始走出美丽的“布尔巴基”光环。(www.xing528.com)
数学的现代发展表明“全盘形式化”是不可能的,数学与生活的联系日益密切,数学的探索过程越发凸显,更重要的是生动活泼的数学思维活动应该为学生所认识和体验,因此,高中数学课程应返璞归真,努力揭示数学概念、法则、结论的发展背景、过程和本质,揭示人们探索真理的道路。数学课程要讲逻辑推理,更要讲道理,通过典型例子的分析和学生自主探索活动,使学生理解数学概念、结论产生的背景和逐步形成的过程,体会蕴涵在其中的思想,体验寻找真理和发现真理的方法,追寻数学发展的历史足迹,把数学的学术形态转化为学生易于接受的教育形态。
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