如何教出數學小天才:真正建構式數學的精神(4-1)

Dr. Eternal Yen(數學教育博士)
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【大紀元8月26日訊】



第四章、顏色密碼(color code)

第一節、古氏積木(cuisenaire)顏色的順序由來

數字是有顏色的,這個想法真動人,換成沒有創意的人會說:「你發瘋了嗎?數字哪有顏色?」

然而古氏卻辦到了,他創造了有顏色的數字!大家知道古氏積木顏色的秘密嗎?他可不是隨意上色的喔!這個問題我思考了很久,差點想破腦袋,最後很興奮地發現如下道理: 

第一個關鍵:基本色

就如紅綠燈的號置一樣:紅色、綠色、黃色是基本色!很少人色盲到辨認不出這三種基本色,因此以這三種基本色為底,再變換出其它不同的顏色。

第二個關鍵:色系

有共同性質的數字屬於同一個色系。

色系的分法

1. 二的指數屬紅色系列



一是白色
二是紅色 (西瓜、草莓色)
四是粉紅色
八是巧可力色
十六是玫瑰紅色(我加上的)
三十二是淺粉紅(我加上的)

眼睛懂數學 

最後兩根數棒是我加上去的,這是為了讓大家對二的指數有「視覺」上的感受,有親臨現場的逼真感。

我們的眼睛了解數學,並不是只有頭腦才了解數學。眼睛了解的數學是全腦式的、直觀式的、瞬間發生的、自動的;但頭腦的推理式式了解、是緩慢的、一個步驟一個步驟推進的。

除了眼睛之外,我們的身體也會有數學感,如果想像我們就站在紅色台階上,然後慢慢一階一階往下走,又會生出不同的感受來。

階梯的平行長度是一、二、四、八、十六、三十二,成兩倍增加。有人很敏感地問我一個問題,那麼最高的那一階,白色階梯為什麼又是一呢?這樣看起來就變成 (1,1,2,4.8,16,32),有矛盾!

答:階梯是無限延長的!它不只會向上增高(指數進入負數的領域),也會向下延長(指數變大)。

這裡引發出來一個有意義的問題,如果要再向下延長,最上面應該擺放什麼積木?如果要再向上增高,最上面應該擺放什麼積木?

第一個問題並不難,三十二的兩倍就是了;第二個問題就比較難回答,一半的白色積木!
     
回答得出此答案的小朋友,他已經有二的負一次方的概念,所以我說小朋友懂圖像,不懂符號,只要用圖像教他,他什麼都會懂。越是低年級的小朋友越懂圖像,越是高年級的小朋友對圖像越感到挫折,甚至他們有一種錯誤的觀感,就是誤以為圖像是低等數學。

二的「半次方」是什麼?

一個高明的教師,有辦法因學生的領悟程度不同立刻調整課程的內容。例如在上面的例子中,如果學生很快就答出一半的白色積木,表示他知道二的負一次方的概念,教師不妨再問:負數一和零之間總有中間地帶,像是二分之一,那麼二的半次方(二分之一次方)應該座落在什麼地方?自作聰明的高年級小朋友一定傻眼了,但是真正有圖像觀念的小朋友還是答得出來。

請看底下放大圖的紫色區域。



如果是要用古氏積木教二的指數趨向負數的概念,可以用百格版和橘色積木來教。


再回來談積木的色系,把有相同性質的數著上同一色系的顏色,在教數的特質方面是一個相當好的方法。低年級的小朋友很快就會知道指數、質數、因數、倍數、公因數、公倍數等概念,不必等到上高年級,甚至上國中。

古氏積木中的顏色有限,需要的話可以自己噴漆,或者用其它方法上色,或是用方格紙來著色都可以。

指數是屬於國中數學的範圍,但是透過色系法,小朋友可以提早在自然和輕鬆的狀況下「接觸」到指數概念。

我不說學習,而說接觸,學習意味著痛苦和困難,但接觸是比較輕鬆和自然的,接觸兩字的意思,就是要讓它觸摸到,所以觸摸學具是一個好方法。美國教育家杜威說「從做中學」(learning by doing),就是這個意思;但很不幸地,中國人把這句話誤會了,做數學只停留在動手操作符號的範圍,並沒有實際操作幾何圖形。

2. 三六九的顏色是藍綠色系列

三是萊姆色(蘆筍的顏色)
六是草綠色(蕃茄、西瓜皮的顏色)
九是藍色(藍莓)


當數字加上顏色,又用同一個色系來表示有關聯的數系,不只是能令人印象深刻,即使要不引起小朋友的學習熱忱都很難。

三的指數

上面的積木是逐次加三,並不是逐次乘三,如果要做成三的指數,只需抽換上圖的積木。或者如下排列。



符號數學可以說是一種偷懶教法數學,如果學生會自動在腦海中長出圖像,那麼是他的福氣;如果長不出呢,那就隨他自生自滅了。這就是為什麼許多成人痛恨數學的理由,因為他們在小時候的數學經驗是極不愉快的。然而我們的數學教改,不尋思如何變更課程來讓學生更有效率、更有興趣的學習,只是一味把課程難度降低。這個邏輯彷彿是:既然數學很難,那就不要學了;而不是如果數學很難學的話,那麼我們來改變一下教法和學法。

我在台灣的家長,還有一些老師們,一聽到建構數學就頭痛,一聽到建構兩字就反彈,原因出在編課本的人根本搞不清楚建構數學是什麼。 
 
3. 五、十、十五是橘黃色系列

五是黃色
十是橘色
十五是橙黃色(我加上去的)



4. 為何白色是一呢?

大概是古氏覺得白色是最基礎的顏色吧,所有的顏色都從白色而出,最終也回到白色。米也是白色,這個顏色漂亮吧,再也沒有哪一個食物的顏色比這個顏色更漂亮了。

如果我們把任何顏色逐漸降低色度,那麼所有的顏色最後都會回到白色;如果逐次增強色度,所有的顏色都會變成黑色。

5. 為何二用紅色?

如前文所言,紅色是最強烈的顏色,嬰兒一出生下來,就喜歡紅色。

6. 為什磨黑色是七?

黑色是人人討厭的顏色,特別是小孩,看到黑色積木,碰也不碰。

七是一個特別的數字,它是十個數字中最大的質數,找不到其它和七有關的數字了,所以用黑色表示它的獨特性。

只有質數和它的倍數,才能開發出一個色彩系列,如二的紅色系列,三的綠色系列,五的黃色系列。 

7. 為什麼九是藍色?

九應該是綠色系列,卻冒出來藍色,不知道是什麼原因?只能大概猜想,藍色也是重要的一個基本色,如天空是亮藍色,大海是深藍色,小河是淺藍色,如果積木當中沒有用上藍色,實在很可惜!

不過,根據一項研究指出,藍色使人失去食慾,所以大自然中沒有藍色的水果,除了藍莓勉強可以說是藍色。而香蕉是黃色的,西瓜和蕃茄是紅色的,蔬菜是綠色的,橘子是橘子色的,米是白色的,這些都是好吃的顏色,會引起小朋友的興趣,讓小朋友越看餓。
  
認識顏色最好到大自然中認識,大自然是最厲害的顏色魔術師,什麼我們意想不到的顏色都調得出來。然而現代的小朋友大多住在都市當中,所見到都是人工顏色,失去了對色彩的敏感度。補救之法是到超級場上看看蔬菜、水果、鮮花,或許能找回一點色彩的敏感度。
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數學教育博士Dr. Eternal Yen
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