用编织来教你学数学,还是学不会......

还是学不会......

在一月的一个雪天儿,我面对着满满一教室的大学生,让他们告诉我当想到“数学”这个概念时,他们脑海里第一个浮现出来的词语是什么。排名最靠前的两个词是“计算”和“方程式”。

而当我把同样的问题抛给一屋子数学家时,他们没有提到这些词。相反,他们想到的是诸如“批判性思维”和“解决问题”之类的短语。

不幸的是,这很常见。专业数学家所认为的数学与一般人所认为的数学大相径庭。

当许多人都把数学当做是计算的同义词时,我们常常听到“我讨厌数学”这样的话。

因此,我开始以一种非常规的方式解决这个问题。我决定在我的机构Carthage College提供一个名为“编织数学”的课程。

在这个课程中,我选择完全不使用铅笔、纸张、计算器和教科书。

相反地,我们交谈、动手、画画,玩沙滩球和卷尺等各种东西。我们用博客做家庭作业。当然,我们也编织。

同中存异

方程是数学中非常重要的内容,而在方程中,等号又是至关重要的。像x = 5这样的等式告诉我们,X代表一个量,具有与5相同的值。数字5和x的值必须要完全相同。

典型的等号非常严格,任何偏离“确切”概念的小偏差意味着两个事物并不相等。但在生活中,我们时常见到两个量不完全相同,但从某些有意义的标准来看,本质上却又是相同的。

想象一下。你有两个方形枕头。第一个枕头的顶部是红色的,右边是黄色的,底部是绿色的,左边是蓝色。而第二个是顶部是黄色的,右边是绿色的,底部是蓝色的,而左边是红色的。

这两个枕头并不完全一样。一个顶部是红色的,另一个顶部是黄色的。但他们肯定是相似的。事实上,如果你逆时针转动一下顶部是红色的枕头,那么,它们就变得一样了。

有多少种方法可以将同一个枕头放在床上,但让它看起来像另一个?一个小作业显示有24种可能的彩色枕头搭配法,但只有八种方法可以通过移动既定的枕头实现。

学生们通过编织两种颜色的枕头展示了这一点。

学生们创建了方形编织图,其中的八种搭配都产生了不同的图片。接着,学生们把不同的色块编织成一个抛枕,通过实际上移动枕头来证明图片的等效性。

胶板几何

我们讨论的另一个主题有时被称为“橡胶几何板”。我们的想法是想象整个世界都是用橡胶制成的,然后重新构想出事物的形状应该是什么样子。

让我们尝试用编织来理解这个概念。编织圆形物品(如帽子或手套)的一种方法是使用被称为双尖针的特殊织针。在制作时,帽子由三根针形成,这使它看起来呈三角形。然后,一旦帽子从针上脱落,弹力纱线就会松成一个圆形,形成一个更典型的圆形帽子。

这是“胶板几何”试图捕捉的概念。不知何故,如果三角形和圆形由柔性材料制成,则它们就可以是相同的。事实上,在胶板几何领域,所有多边形最终都能成为圆形。

如果所有多边形都是圆形,那么剩下什么形状?即使物体具有柔韧性,也有一些特征可以区分它们的——例如,可以通过某个形状有没有尖端,有没有孔,有没有扭曲来区分。

编织非圆形物品的例子是编织围脖。如果你想在家里制作纸质围脖,请将长条纸和短边胶粘在一起,将左上角连接到右下角,将左下角连接到右上角。然后绘制指向整个物体周围的箭头。然后就会发生一些很酷的事情。

在我们的课程中,学生花了一些时间编织东西,如围脖和发带等,即使用柔性材料制成,这些东西也有不同之处。添加箭头等标记有助于直观地看出这些东西的不同之处。

不同的风格

如果对你而言,这篇文章中描述的内容听起来不像是数学,那么我想强调的是:它们非常重要。这里讨论的抽象代数和拓扑等主题,通常是给数学专业大三大四的学生准备的课程。然而,只要有合适的媒介,这些主题的哲学内容是非常容易理解的。

在我看来,没有理由将这些风格不同的数学教学法对公众隐藏起来,也没有必要强调这不是传统的数学,从而让传统数学显得更加重要。此外,研究表明,使用可以物理操纵的材料能提升各级数学学习的成效。

如果有更多的数学家能够抛弃传统的数学技术,那么这个世界就更有可能摒弃数学等同于计算的错误概念。这样一来,也许就有更多的人会拥抱数学思维。即使他们的改变不在数字上体现,那么,通过方形枕头来改变人们对数学的误解总是可行的吧。

蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者 晴空飞燕,转载须授权