以「分数」为例-浅谈「数学史」

壹、前言

在一片教改的声浪中,九年一贯新课程与之前的旧课程相较之下明显有所不同。不论是从教材的编排或是从教学的角度来说,九年一贯新课程编排方式是以螺旋、渐进的方式进行;而教学方式以「学生」为主体,强调老师给予学生一个数学情境,交由学生自行思索,老师视学生的情境思维,给予适当的引导,让学生自己发现并解决问题情境的方法或概念,而不是一昧的以「教师」为主体,讲述解题过程或答案。既然如此,如何适当「引导」学生,使其自动自发发现问题的症结点,显然是需要一些诱因的。

引导学生的方式有许多种方法,Bishop1991)鼓励老师在中小学数学教材中,适时加入数学史的备注,利用数学家的传记或是一些故事,使数学课程更生动活泼。小学数学课程虽然大多着重于「生活必需的基本知识与技能」,强调数学的实用性,如:一些简单的四则运算、简单几何图形、生活中的统计图……等等;但仍然有些概念是比较抽象难懂的,如:分数。分数不易学习的原因在于

1.          形式特殊,意义难理解。

2.          表示方法不唯一。

3.          容易受十进制影响。

4.          异分母分数的关系与运算困难。

5.          教具不易配合。

因此若能在这种形式特殊的符号表征中引入数学发展史作为沟通人为与数学之间的桥梁,也许更能引起小学生的学习兴趣。而本文主要提供一种辅助教学的模式供读者参考。

貳、数学史辅助教学-以「分数」为例

如同其它数学概念一样,人类最先使用的是一些个别的分数,而后才慢慢出现定义,如甲骨文中的,金文中常见的,云梦秦律竹简中当时已有十分一三分取一等语最早出现「分数」这个概念是在公元前1650年左右的埃及数学著作,由于是由英国的埃及学者莱因德A. H. Rhind购得,故名《莱因德纸草书》Rhind Papyrus﹞。而在纸草书载录了单位分数(分子是 1、分母是大于1的任何整数)及其运算方法。然而真正出现为「分数」下一个完整定义的却出现在中国。大约在公元前五世纪左右,中国开始出现把两个整数相除后所得到的商看作「分数」,这种认知概念正是现在「分数」的基础。

因此「分数」的第一个由来,就是用来表示将东西等分为若干分后,选取其中的几分,而这种「分数」大多是单位分数或是真分数居多;而第二个由来便是以两数做除法所得的商,以及两数的比值。

根据第二种分数由来的概念出发,在中国古代数学名著《九章算术》的第一章《方田》中,便已经记载了比较完整的分数计算方法,包括四则运算、通分、约分、化带分数为假分数,其步骤和方法基本上和现代的算法一致。不仅如此,刘徽还对分数的基本性质作了理论上的阐述,如分子,分母同乘以一个数其值不变等。同时在这本书里头提到「又有九十一分之四十九,问约之为几何?」解法为:从91中减去49,得42;从49中减去42,得7;从42中连续减去7,到第5次时得7,这时被减数与减数相等,7就是最大的公约数。用7去约分子、分母,就得到了49/91的最简分数7/13。而现在我们常用的辗转相除法正是由这本书的算法转变而来的!

然而以文字纪录运算的过程并非明智之举,符号化是数学概念发展的必经过程,一旦形成专用符号,数学概念的基本定义即可固定下来,而且其运算也能有一定的规则可循,更便于在全世界传播与交流。现今所流传的分数线是由阿拉伯-西班牙数学家阿尔哈萨在有关算术与代数的著作中最早出现的,后来经由斐波那契介绍给欧洲,后经德国人路多尔夫(1530)计算2/3+3/4 时,改良成下面的格式︰

8           9

2           317

3           4   12

12

公分母12写在下面,相应的新分子写在上面,相加可见他已懂得了通分。经过不断的简化才演变成今日的分数表示法a/b

參、结语

「世界上没有最好的教学法,只有最适合学生的教学法!」运用数学史在教学方面并非是要取代数学课本的教学,学生的数学学习最终仍是要回归到课文之中。引入数学的历史主要在引起学生的学习兴致,让学生能了解其学习的过程正是一部数学的发展史,从中也能了解先人是经过不断的思考,不断的尝试失败,最终才能定义出一套完美的数学定理。

肆、参考书目

欧阳绛译(1993)         数学史概论    原著者    Howard Eves

Bishop,Alan J. (1991)  文化与数学课程。
科学教育月刊,第144期,2-18

http://www.chhs.tp.edu.tw/teacher/083/mathweb/number-index.htm

http://www.edp.ust.hk/math/history/6/6_21.htm

http://www.edp.ust.hk/math/history/5/5_2/5_2_19.htm