◆胡清六
现今,精彩的数学活动包括:对单位的意义、读法、写法的显示与应用;位置值、单位值概念的确立、显示与应用;组成单位、基本单位、主单位的确认,显示与应用;数码、数字、数量、比值的分辨与应用。它揭示自然数、10进制数、2进制数、4进制数、8进制数、16进制数、32进制数、64进制数,不同进制数并存、各显本能,争为社会发展、科技进步加力。
以自然数为基础,传承人类精粹的数学思想、方法;以10进制数为主导,真实地反映人类生活,密切数学与人类的关系;以2进制数为发展方向,揭示数学与社会进步、科技发展的关系,为此奠基。
计算的准确、快速,在数学教学中一直占有重要分量。近代算盘曾是数学教学的重要教具;很多电视广告大力宣传的“一分钟速算”,也同样不代表教改的方向,它因微型计算器普及与使用而暗淡。反之,数理、算理的掌握与显示的过程与应用,是时代的呼唤,体现了教改的方向。
数学就是用单位的组合体去显示和描述客观世界的存在,并逐步抽象概括、形成方法和理论,并广泛应用的过程。单位、即标准数量,用数学模型(数学事实)显示其意义,用1显示其存在,用其标识(名称、符号、单位值……)表达,并称单位显示的三要素,如:1 cm。数字是对单位组合体的抽象,显示单位的个数。数字的意义不同,可分为自然数、10进制数、2进制数等。数字的意义不同,显示数量的组成结构不同,其写法、算法也不同。数字是用数码或数码的有顺组合显示的,如显示自然数的数码共10个,因地域不同而写法有异,如1(一)、2(二)、3(三)、4(四)、5(五)、6(六)、7(七)、8(八)、9(九)、0(零)。数量用数字与单位的名称组合显示,表示某种量的多少,即哪个单位的个数。数量分为单名数或复名数,单名数是对相同单位组合体的描述,复名数是对不同单位组合体的描述。将复名数简写成单名数(用主单位的名称表示的数量),用各组成单位分别与主单位的关系显示,认识整数、小数、分数。比值的显示或整数或小数或分数形式,它显示两个数量的关系,它以两个数量的存在而存在。数字与数量、单名数与比值的显示雷同,不能简单地以名数、不名数去区分,而要从意义、用法的不同去分辨。概念的教学是体现素质教育的重要手段。
1)自然数的写法与位置值的显示。自然数是对相同单位组合体的抽象,显示某单位的个数。只用到一个单位自然数的写法不涉及数位、数位顺序、位数的概念。如何用1、2、3、4、5、6、7、8、9与0或它们的有序组合,显示无限个不同的自然数的数字?涉及一个重要的数学概念——位置值。位置值由法国著名数学家拉普拉斯(1749—1827)提出,指出:数码在不同位置有不同的位置值,如:1(一)、10(十)、100(百)、1000(千)……显示数码1在不同位置有不同位置值一、十、百、千……得到位置顺序……千百十一;依据位置顺序,用同一位置数码的不同与同一数码位置的不同显示各不同的自然数。在自然数中,只有自然数1是对单位的抽象,其余均为这一单位的不同个数。用自然数表示数量的多少,教材中称为整数。
2)2进制数的写法与单位值的显示。2进制数是对不同单位组合体的抽象,显示单位不同的个数。自然数与2进制数为龙凤双胞胎,前者相同单位的个数可以无限,后者单位不同的个数可以无限,它们都能显示同一个数量的多少。如何用1与0两个数码,显示一个数量所用不同单位的个数?涉及一个重要的数学概念——单位值。将一个单位不同的组合体抽象为一个数字,不同单位如何显示?这就涉及数位,数位顺序、位数的显示法。单位值的概念也就应运而生。如一物的长度刚好为8 cm、4 cm、2 cm、1 cm四段不同长度之和,显示其物长度的数字,用自然数显示是15,用2进数显示是1111;15指一个单位(1 cm)的个数(8+4+2+1),1111指4个不同长度单位的合并(1+1+1+1)。如何显示1111这四个单位的不同?只能从单位显示的三要素入手,最小单位的标识是“cm”,其余3个不同单位给予不同的标识无法解决,8、4、2、1可作为单位值标注单位的不同,用它们显示数位、数位顺序,既容易造成混乱,更不可持续。若将8、4、2、1改用23、22、21、20显示,其数位顺序显示为……23222120;用它显示这一长度的组成单位不同,一目了然。
单位值确定用幂显示,并作为单位的标识。这一创新,标志数学基础理论的重大突破,用它可显示……N3N2N1N0;得到N进制数的写法;显示数与式的联系,如(321)N=3N2+2N+1;当位置值与单位值相等时,N进制数与自然数可相互改写,如15=(1111)2,()2为2进制符号。单位值概念的确立、显示方式的确认,能定量刻画结构多变的单位组合体,揭示20世纪中叶后数学自身的发展发生的巨大变化。
3)10进制数与人类生活的显示。数学来源于人类生活,又必须反映生活。国际标准单位普遍为10进单位。因此,用10进制不同单位的组合体显示数量,是当今社会最常见的显示方式。用单位值显示十进制为……103102101100,因量的类别不同,显示10进可分类为…元角分…、…米分厘毫…等,其排列均显示数位顺序。用10进制不同单位组合体显示的数量,用不同单位的名称显示10进制,数位、数位顺序、位数显示一目了然。用数码1、2、3、4、5、6、7、8、9或0显示不同各单位各自的有限个数,就能真切地显示和描述人类生活中的数量,密切数学与人类的关系。
1)以10进数为主导,其主导地位的确立,是因为数量的显示方式普遍是不同10进单位的组合体。只有10进才能用不同单位的名称排列显示;用单位的名称排列显示数位顺序,它最能反映人类生活:①显示数量的读写(单名数或复名数);②显示单名数的写法,用各组成单位与主单位的关系显示(确定小数点在数位顺序中的位置);③显示单名数的改写(小数点所在的数位不动,其10进数在其数位顺序中或左或右位置移动);④显示小数的基本性质;⑤计算1+1=2,显示相同两单位的合并,1+1≠2显示不同两单位的合并。
2)以2进数为发展方向。为何为发展方向?①因一个2进数是对一个自然数的扩写,使计算简单,口诀为:一上一或一去一进一,一去一或一退一还一。显示计算器计算原理。②16进制数、32进制数是对一个自然数的缩写,用于科学研究,它们可改用2进数进行计算,学习2进数,为社会发展、科技进步奠基。
3)以自然数为基础,传承人类精粹的数学思想方法。N进制数、不同进制数是以自然数为基础的发展,单位值的显示实为对一个自然数显示方式的改变。自然数为相同单位个数加减等式显示多数量的联系,揭示同一单位个数的增减变化。乘除等式显示两数的关系(比值),比例式显示两数量的存在状态(简比),比值与简比可相互改写,它们均以两数量的存在而存在。求解比值与简比,涉及一个数是奇数还是偶数、是合数还是质数,一个数质因数的个数多少的肯定。对两个数的公约数与公倍数,最大公约数与最小公倍数的求解,互质数的求解,这些概念都只能在自然数的范围内成立,求两数量的关系转化为求两自然数的关系,依据两数量关系式解决数学问题。
综上所述,不同意义的数都能显示数量的读、写、算,10进数优于显示数量的读写,2进制数优于显示数量的计算,自然数揭示多数量的联系与显示两数量关系,小学数学教育才能简单、科学,与时俱进。
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