為什么面對復雜的數(shù)學問題時,有些人總能優(yōu)雅破解,而大多數(shù)人陷入無盡的計算?本書由國際數(shù)學教育權威阿爾弗雷德·S.波薩門蒂與斯蒂芬·克魯利克聯(lián)袂撰寫,揭密10種核心數(shù)學解題策略的精髓。
◆ 從蠻力到巧思:通過常見方法與示范性解答的對比,展示巧解之道。
◆ 超越數(shù)學的思維工具:這些策略同樣適用于科學探索與日常決策。
◆ 大師級教學示范:融合作者40多年的教學經(jīng)驗,精選各類經(jīng)典例題,每章配有階梯式訓練題,助你建立自己的解題工具箱。
正如作者所言:答案只是過程的一部分,而發(fā)現(xiàn)解答的過程才是真正的魅力所在。
當今解題的核心框架主要基于喬治·波利亞在其經(jīng)典著作《怎樣解題》中提出的四階段啟發(fā)式模型:理解題目、擬定方案、執(zhí)行方案和回顧。雖然現(xiàn)有模型術語可能不同,但理念一致,其關鍵在于選擇恰當?shù)慕忸}策略。
本書堪稱將波利亞的解題理念運用到實際的最佳指南,并深入探討尋找解題策略的這一關鍵步驟。本書重點分析了作者認為最有價值的10種策略,每種策略獨立成章。書中例題通常先展示常見解法(常涉及復雜代數(shù)或計算),再演示運用特定策略得出更優(yōu)雅、高效的解答。
因此,每一道例題都飽含兩位作者40多年的教學經(jīng)驗和知識。
引言
自20世紀80年代以來,解題、推理和批判性思維一直是美國中小學數(shù)學課程的主要內容,隨后也成為全世界許多地方的中小學數(shù)學課程的主要內容。事實上,早在1977年,美國國家數(shù)學督導委員會(National Council of Supervisors of Mathematics)就提出:學會解題是學習數(shù)學的主要動機。畢竟,如果一個人不知道什么時候去做某件事(代數(shù)),那知道了如何去做這件事又有什么用呢?解題運動一直不斷地高漲,逐漸包含了數(shù)學研究的很大一部分,甚至延伸到日常生活中面臨的各種問題。即使是一個看似很簡單的問題比如過馬路:當我們從一個國家到另一個國家,而這兩個國家要求汽車在道路的不同側行駛時,這個問題就會變得復雜,需要明確地思考。
在開始談論解題之前,我們應該先確定是什么構成了題目。題目是個人所面臨的一種需要解決的情況,但對此沒有現(xiàn)成的解決辦法。注意,這里的短語是沒有現(xiàn)成的解決辦法。畢竟,當我們中的許多人在美國上學時,學校里教我們解的那些題目往往是類型化的。也就是說,年齡問題用一種方法解決,運動問題用另一種方法解決,還有混合問題液體測量問題等,每一類題目都是用一種特定的方法去解決的。事實上,一旦我們學會了恰當?shù)姆椒,這些題目甚至不能算作真正解題意義上的題目。我們要做的只是識別出題目的特定類型,再應用合適的、不假思索的過程去演算。
數(shù)學成就的歷史充滿了突破,這些突破常常引起人們這樣的反應:我怎么也不會想到這種方法。即使在現(xiàn)今,當有人對一道題提出一個聰明或優(yōu)雅的解答時,許多人也會有同樣的反應。解題過程試圖使這些不尋常的解答成為可獲得的解題知識庫中的一部分。
如今的解題在很大程度上是基于喬治·波利亞①在1945年出版的《怎樣解題》(HowtoSolveIt)②一書中提出的啟發(fā)式模型。此書現(xiàn)在仍然有售。在書中,波利亞提出了解題的四個階段:
(1)理解題目
(2)擬定方案
(3)執(zhí)行方案
(4)回顧
目前的大多數(shù)解題模型都基于這種啟發(fā)式模型。其方案通常包括:(1)閱讀題目,(2)選擇適當?shù)牟呗,?)解題,(4)對解答作回顧或反思。它們所用的術語可能不同,但理念都是相同的。整個過程的關鍵是選擇一個適當?shù)牟呗裕蛘哒f決定怎樣解題。構思和撰寫本書,正是為了詳細探究這一關鍵步驟。
正如我們已經(jīng)說過的,選擇適當?shù)牟呗允墙忸}的關鍵步驟。在過去的幾十年里,不同的作者撰寫和提出了許多不同的策略,它們中的大多數(shù)都擁有一些共同的思路。在本書中,我們決定研究解題時使用的最有價值的10種策略。對于每一種策略,我們都用整整一章來討論。在對題目的闡述過程中,我們首先給出最明顯或最常見的方法。很多時候,這種方法會給出一個正確的答案。然而,最常見的方法往往需要大量令人困惑的代數(shù)方法、一些困難的計算,有時甚至還可能得不到正確的答案。
……
阿爾弗雷德·S. 波薩門蒂
波薩門蒂博士是1994年美國年度教育家,在數(shù)學教育方面聲名遠播,曾任美國梅西學院教育學院院長及數(shù)學教育教授,也是紐約城市學院的榮休教授及前院長,榮獲奧地利共和國最高榮譽、富布萊特教授等國際獎項及多項終身成就獎,至今仍活躍于數(shù)學教育革新領域。他著有逾60本數(shù)學著作,致力于激發(fā)大眾數(shù)學興趣。在擔任院長期間,他鼓勵學生使用巧妙的解題策略來思考問題,一舉將紐約城市學院的州內排名從墊底提升至榜首,從而引發(fā)了全世界對其倡導的解題策略的關注。
斯蒂芬·克魯利克
克魯利克博士是美國坦普爾大學數(shù)學教育榮休教授,專注解題與推理教學。他擁有15年中學教學經(jīng)驗,后致力于數(shù)學教師培養(yǎng),并參與制定美國《數(shù)學教學專業(yè)標準》。2011年,美國國家數(shù)學教師委員會授予他數(shù)學教育杰出貢獻終身成就獎。
第1章 邏輯推理 …………………1
第2章 模式識別………………… 19
第3章 逆向思考…………………42
第4章 換一個角度……………………65
第5章 考慮極端情況………………96
第6章 簡化題目…………………119
第7章 組織數(shù)據(jù) ………………138
第8章 作圖或可視化表示 ……………………165
第9章 考慮所有可能性 ……………187
第10章 明智的猜測和檢驗………………205