如何培養數學小天才:真正建構式數學的精神(3-3)

Dr.Eternal Yen(數學教育博士)
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【大紀元8月15日訊】

第三章 世上只有五個數量:用「1~5」建構「6~20」

第四節:更進步的十進位(二十進位)

*美洲的馬揚文化

美洲的馬揚文化用二十進位,表示他們是智商很高的民族,曾經有過輝煌燦爛的文明,請看下圖。不過也有用六十進位的,是埃及人,被公認是古代數學文明先驅。在這裡透漏一個秘密,埃及的數學家是女人,直到希臘時代,數學家才成為男人。



有沒有發現馬楊的二十進位法,仍然和五有關,每一根棍子代表五,每一點代表一,所以我說的世界上只有五個量,所有的量都是這五個量的組合仍然成立。

在上圖中,只列出一到十九,讀者有無好奇,那麼二十該怎樣表示?

想想算盤,十是幾顆珠子?一顆!

馬揚的二十進位法亦然。



如果教師把數字加在顏色後面唸,如黃色五、深綠六、黑色七、褐色八、藍色九、橘色十,小朋友就會自然而然將顏色和數字連想在一起。

只要排過上圖的積木,小朋友對六、七、八、九、十的概念將會如下:

綠=黃+白
黑=黃+紅
藍=黃+綠
褐=黃+紫
橘=黃+黃

綠、黑、藍、褐、橘,比白、紅、綠、紫、黃複雜,因為這五個顏色不是「基本色」。教師會發現,小朋友對這幾個顏色不感興趣,因為它們較黯淡,而且少用,就算用了,也引不起人的注意。小朋友的生活經驗中,甚至沒有注意到這幾樣顏色的存在。當教師開始介紹這幾樣顏色時,小朋友可能很震驚這幾樣顏色的存在。教師可以在教室現場搜索類似顏色作比對。

頭髮是黑的,可以和黑色七作連結。
綠色可以和黑板顏色比對。
橘色和橘子比對,如果現場真可以找到橘子。
褐色可以和顏色深的木頭作比對。

等到小朋友將顏色和數字連結,而且可以輕鬆自如地唸誦出來時,教師就可以要小朋友進行觸摸和閉起眼睛找積木的動作了。

為何要閉起眼睛找積木呢?很多人問我這個問題,包括一些數學博士在內!在這兒,我將詳細回答。

上文談過,符號是抽象的,我們之所以學不會數學,就是因為迷失在符號黑森林裡。因此我們改用實體積木,積木是視覺性的東西,這下我們可以依靠視覺來了解數學了。但是依靠視覺還不夠,我們還有觸覺,觸覺也認識數學,也有數學感。當我們閉上眼睛觸摸東西時,會感覺到形狀和大小,可以說,我們的整個人身都是數學探測器。我們的身體是幾何模型,我們的身體表裡佈滿了幾何圖形,我們的感官是數學探測器,我們的思考是數學邏輯,我們的地球是幾何成品。啊!人類,您確實是數學之神的創造物,受到數學之神的榮寵,住在數學的幾何宮殿中。但是我們受的數學教育,卻使我們離數學的真相越來越遠,黃金拿不到,撿到的只有一些雜碎。 

當我這樣說時,有人很頑皮地問我,既然人的感官是數學探測器,那麼聽覺和嗅覺呢?鼻子也可以聞出形狀,尺寸和大小嗎?

不管是耳朵,或者鼻子,兩者都是數學探測器無疑,否則我們分不出音量大小,或者味道的香臭濃淡。

現在再回來用觸覺認識數學。 

*靠「觸感」辨認十根積木和積木重組

請把十根積木混合在一起,要小朋友閉上眼睛撿六到十的積木。

這比一到五的積木困難,小朋友不再像上次那樣,毫不猶豫地揀出正確的積木來。

當物體的尺寸增大,人的觸覺就會失去準確感。因此教師在這個地方要很有耐心地鼓勵小朋友通過這個關卡。即使是大人閉眼也不一定挑得出,不信的話,試試看。

但請記住,小朋友的觸感比大人精確,因為他還在用觸感認識世界當中,所以我們會常常見到小孩喜歡亂摸東西,然後大人就會很緊張,怕他弄壞東西,或者摸到危險物品。

小孩的天生能力,還沒有喪失,他無時不刻在吸收東西,他全部的感官都呈現開放的狀態,像一塊海綿,無時不刻在吸收這個世界的資訊。

這個方法適合三歲的小朋友,年齡越小,觸感越靈敏。

上六歲的小朋友,會用偷數積木格子的方法,所以最好用沒有格子的古氏積木。

這種積木是木頭造的,而且價格比有規格和標準重量的古氏積木便宜。

接下來要進行靠觸感挑積木的動作。有兩種方法,一種是讓小朋友任意挑,另一種是教師指名要哪一塊積木。

第一種方法:小朋友任意挑,並猜出積木顏色和數字。

教師把積木裝在盒子裡,放到小朋友背後,讓小朋友任意從背後拿出一個積木,並大聲說出顏色和數字,然後拿到眼前來核對。如果猜對了,就把積木放一邊;如果猜錯,就要把積木放回背後。重複這種程序,直到背後積木一根不剩為止。

請注意剛開始時,背後的積木不要一開始就是十根!第一輪只放五個,第二輪再添加六,第三次添加七,直到十根積木全部混合在一起為止。一到五的積木不難挑出,但六到十是不容易的。

第二種方法:教師指定,有下列順序,目的在讓小朋友看到數的幾何模式,並從中發現規則。

1.由小而大:一、二、三、四、五、六、七、八、九、十。



從上面左邊這個圖形中,小朋友繪了解,階梯與階梯之間差一。這是一個有趣的圖形,階梯是五色的,承接階梯的黃色箱子則是5×5的狀態。

當五色階梯移動後,譬如把下面的白紅綠紫階梯,倒扣在上面,就會出現一個下黃上五彩的箱子,箱子的右邊還有一個檯子。

積木教學一直在教育法中佔重要地位,在於它的重組魅力,它可以啟發小朋友的創造和推理能力,創造和推理合在一起,並不像人們所想的分開,甚至彼此干擾。創造的過程需要不斷地推理和重組。可惜我們的積木教學似乎只停留在幼稚園的階段,一上了小學,算術課立即變成了符號操作。

在美國小學中,算術課和藝術結合,外人走入教室,往往分不清美勞課,還是數學課。

2.由大而小:十、九、八、七、六、五、四、三、二、一。

3.奇數:一、三、五、七、九。



奇數的等差數列之合,等於奇數個數的平方,是一個廣為人知的數學事實,但它的證明卻沒有多少人會。有一種證明法是排正方形,第一次排一,第二次排三,將三圍繞著一,變成正方形,然後再排五,也是變成正方形,這個小正方形會不斷擴大,每一次多增一個數字,正方形的邊長便會增加一(如圖三)。所以奇數等差數列又稱為平方數(squarenumber)。至於圖二拆成五的排法,是我偶然發現的。若將古氏積木拆成五和某數的組合,更容易產生許多有趣的變化。

4.偶數:二、四、六、八、十。



奇數等差數列能造成正方形,而偶數等差數列卻造成長方形。這是一個有趣的現象,請對著下面三個圖冥想其中道理。

5.三的倍數:三、六、九。

6.四的倍數:四、八。


7.五的倍數:五、十。


8.二的次方:二、四、八。


9.三的次方:三、九。


小朋友把積木挑出時,教師要小朋友排在桌子上,看看圖形,這有助於他們提早了解「等差」積數和「等比」積數的感覺。天才數學教育法的秘訣之一是提早播種,許多晚期才會學到的數學觀念,要在很早的時候就植下觀念。

不要以為小朋友不懂高深的數學,數學本來就在心中,小孩所不了解的是術語和抽象的符號。請看上面的積木圖,已經在教指數的概念了。不要忘記,這個小孩的生命中上數學課不到三天。如果繼續用這種教學法教下去,不變小天才也難。

如果把十根積木增到二十根,又會有另一番新局面出現。只要存著排列組合的觀念,很多意想不到的圖形都會傾巢而出。

(第三章完)

數學教育博士Dr. Eternal Yen撰稿,2004/6/16

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