因为工作的关系,我时常被人问到这样的问题:
“如何才能学好数学呢?”
这时我都会回答:
“不要死记硬背。”
下一秒钟,对话一定会进入一段很奇妙的空白(笑)。毕竟那些不擅长数学的学生,大多认为学习数学就是死记公式和解法,所以这是正常现象。但从我过去的指导经验中,我很确定学习数学绝对不是死记硬背,反而越是死记公式或解法,越学不好,然后就会觉得数学很无聊,最后开始讨厌数学。
为什么会这样呢?
正如前文所述,我们学习数学的目的是培养逻辑思维。数学当中出现的函数、方程、向量和数列等,都只是用来培养逻辑思维的工具而已,而逻辑思维的锻炼只能靠我们用自己的头脑进行。对于似懂非懂的学问,如果从头到尾只打算死记硬背的话,等于是在拒绝思考。不用我说大家也知道,这绝对是养成逻辑思维的一大阻碍。
学好数学最应该具备的态度就是思考“为什么”,这也是学习数学的起点。
举个例子好了。吉卜力工作室的电影《儿时的点点滴滴》(编注:高田勋导演,又名《岁月的童话》)当中,有一段很经典的片段,是小学五年级的主角妙子,在向高中生的姐姐请教分数的除法。
妙子:“什么叫作‘用分数除分数’啊?”
姐姐:“什么?”
妙子:“ 个苹果除以 ,意思是不是就是把 个苹果平均分给4个人,看每个人拿到的苹果呢?”
姐姐:“嗯?嗯……”
妙子:“所以(一边画苹果一边想)1、2、3、4、5、6,每个人有 个。”
姐姐:“不对不对!你那是乘法!”
妙子:“为什么?如果是乘法的话,为什么数字会变少?”
姐姐:“把 个苹果除以 的意思是……(词穷)总之!你一直在讲苹果,害我搞不清楚啦!乘法就直接乘!除法就是把后面分数的分子分母颠倒过来的乘法,这样记就可以了!”
这段场景简直就是数学负面教育的缩影,虽然只有短短几句对话,却让我印象深刻。看过这部电影的人,想到自己也跟妙子的姐姐一样,无法说清楚分数的除法,恐怕也会面露苦笑吧。不过在小学数学中,并不需要解释为什么“分数的除法要颠倒分子分母”。正如前文所述,小学数学的学习目标是为了在日常生活中迅速计算出正确的答案,因此只要记住算法,然后按照规则计算即可。
但是,如果从数学式思考的角度检验分数的计算,就有必要清楚说明“为什么按照那种方式计算就能得到答案”,因为比起答案本身,学数学时更重要的是解答的过程。从这点来看,妙子可以说是充分具备学习数学的素养。
机会难得,我想在此解释一下“分数的除法要颠倒分子分母”的理由。如果对这部分没兴趣的朋友,接下来这几页内容可以直接跳过。
为什么分数的除法要颠倒过来?
分数究竟是什么?
说起来,分数究竟代表什么意思呢?看到这里,你可能会想:“不会吧?要从头开始解释吗?”但是,当我们在数学上遇到不懂的概念时,“追本溯源”是非常重要的一件事。所以接下来,请耐心地跟我一起探究其中的学问吧。
假设现在我们要计算:
1÷4
这个算式的意思就是“把1个东西分成4等份以后的其中1份”,没错吧?不过,由于我们无法用整数表示计算的结果,所以就把计算的结果写成 。
如果把过程公式化的话,就会是这样:
把1个东西分成n等份以后的其中一份就是
这就是分数的定义。用数学式表示的话,就是:
没错吧?
分数的乘法
接下来,我们同样来确认一下分数的乘法。假如题目是:
请问其中的意义又该如何解读呢?
为了利用视觉帮助理解,我们来想想长方形的面积吧。如果把 想成是一个长 m、宽 的长方形,并用面积来表示的话,就会得到下图的长方形:
试着把这个长方形放进1m×1m的正方形里。
结果我们可以看到,灰色的长方形相当于正方形纵切4等份、横切2等份后的其中3块。由于纵切4等份、横切2等份以后,整个正方形会变成8等份,因此灰色长方形的面积就等于3个 。也就是:
换句话说:
没错吧?这也就表示这道题目可以这样计算:
所以结论就是,分数的乘法只要用分母乘分母、分子乘分子,即可得出答案。
这同样也可以用一般化的数学式表示:
用分数除以分数是什么意思?
在我们开始计算分数除以分数之前,先来思考以下这个算式的意思:
如果把它想成“把1分成 等份”的话,头脑应该会觉得很混乱吧。这里我们可以采用除法的另一种含义,就是“把1以 为单位来分,总共会得到几个 (1是由几个 所组成)?”
画成图的话就是:
所以答案就是3对吧?亦即:
用一般化的数学式表示的话就是:
以上是理解分数除以分数前必备的分数“基础”。
好了,我们现在终于可以开始解答妙子的疑问了。她的问题是:
没错吧?首先,我们用基础(ⅱ)来分解算式。然后再套用基础(ⅲ)的概念。
看到了吗?从第一个和最后一个算式可知,只要把除数上下颠倒,然后与被除数相乘,即可得出答案。
另外,即使分子不是1,我们也可以用下面这种思考方式推知,分数相除时只要把除数颠倒过来与被除数相乘即可。
注:()前为÷时要特别注意。
24÷(2×3)=24÷2÷3
小心不要误写成“24÷(2×3)=24÷2×3”。此外,我在此处适度省略了用基础(ⅱ)分解或重新写成分数的步骤。
怎么样?像这样回到分数的起源,一步一步仔细推敲,就能清楚说明为什么“分数的除法要颠倒分子分母相乘”了。光是把“分数的除法要上下颠倒”当作一项知识,顶多只称得上是算术的技巧而已,不过一旦将焦点放在“为什么这样可以得到答案”上,即使是分数的除法也能够成为锻炼逻辑力的材料。也就是说,这才是标准的数学。容我再啰嗦一次,为了达成数学最初的目的——锻炼逻辑思维,最重要的一点就是不要死记硬背。
好了,看到这里,你或许会想:
“现在说这些都为时已晚了。”
或者也有人绝望地认为:
“从现在开始重新学数学恐怕有一段很长的路要走吧。”
别担心!本书并不会要求你重新学习数学。我希望尽量通过文字而非算式,让你了解在初、高中阶段的数学学习中,究竟学到了什么东西,如果用前文引用的爱因斯坦的话来说,就是你在忘记所有学习过的数学内容之后,留下来的数学式思维究竟是一种什么样的能力。
“如果这样的话,一开始就别学什么数学不就好了吗?”
我想有人可能会这么说。确实是这样没错。可是为了让人生经验不足、尚未有足够语言表达能力的学生培养逻辑思维,学好数学绝对是最快速而有效的方法。
我假设本书的读者都已经是在社会上摸爬滚打,能够独当一面的成年人,他们人生经验丰富、语言表达能力充足、善于以抽象概念思考事情,所以我才敢这样大胆地尝试。
请善用成年人特有的优势,有效地将数学力化为你的助力吧。