数学思维是用数学思考问题和解决问题的思维活动形式,数学思维是一种用数学的方法来去思考和解决问题的能力。
了解清楚数学思维的概念非常重要,这样可以避免进行数学思维启蒙和训练的误区。比如,有的家长以为数学就是孩子会数100以内的数,背背口诀,做做加减法就行;还有的家长认为学习数学就是背公式。
在小学数学新课标讲到,小学数学课程内容主要围绕着“数与代数”“图形与几何”“统计与概率”“综合与实践”这四个领域展开教学,数学思维能力包括数感、符号意识、空间观念、几何直观、数据分析观念、运算能力、推理能力和模型思想。
数学思维能力培养是要结合孩子不同阶段学习能力进行。孩子学数学一般会经历这几个阶段:
浅层阶段(3岁前):认为数字仅仅是一个字。
初级阶段(3-6岁):物品的量,比如“我吃了4颗蓝莓”。
中级阶段(6-9岁):事物的关系,比如4点总是在5点的前面到来。
高级阶段(9-12岁):这些数量之间不仅可以比较,还可以操作。
深层阶段(12岁后):数字是数量的符号,可以代表任何事物,任何事物都可以被数字量化。因此,幼儿阶段家长不用刻意的去让孩子去学数数、计算,只需将生活中的“数学”通过玩游戏的方式教给孩子,克服视知觉的局限,对数量有一定认识就可以。
在学前阶段,可以宝宝三岁左右进行,逐步在生活和游戏中自然、顺畅地建立起数学的概念,需要注意的是,教孩子学习数的概念,由易到难,由具体到抽象,循序渐进地进行。在这阶段建议可以结合数感星球的【数感学园】L1-L3阶段进行孩子数学思维启蒙。
在幼小衔接阶段,孩子5-6岁处于快进入小学数学学习阶段,真正的数学思维训练开始,这时候孩子的大脑经过前运算阶段,对事物的关系有了一定认识,这时候只要家长选择的启蒙方式得当,不止是10以内加减法、100、1000以内加减或者简单的乘除,孩子也能逐步做到。在这阶段建议可以结合数感星球的【数感学园】L3-L4模块进行孩子数学思维训练。
在学龄阶段,孩子已经进入小学数学学习阶段,除了学校固定课程学习知识,主要是激发孩子兴趣,提升孩子主动探索学习能力。建议可结合数感星球的【同步练习】模块结合小学教材进行复习,同时使用【数感学园】L5-L6模块进行预习及数学兴趣激发。
国际象棋中的数学问题
摘自小学数学网
一个国际象棋盘,是一个8×8的64方格,欧拉曾研究过棋盘上马的跳跃问题,他证明了,存在一个马的跳跃路线,从一点出发,经过每一格一次且仅一次。最后又跳回到初始点。
上述的这样一个马步跳跃路线,称为棋盘上的马步哈密顿回路;如果不限制最后一步还要能跳回到始点,则称为马步哈密顿路。定义m,n是正整数,一个(m,n)马,是指在一个充分大的棋盘上一步可纵横跳m,n个格或n,m个格。于是,国际象棋的马是(1,2)马。下面给出一个定理,它刻画了(2,3)马和(1,2)马的本质区别。定理从8×8棋盘上任一点出发,均不存在(2,3)马的马步哈密顿路。证把8×8棋盘分成A,B两个区,分两种情形证明:
(1)若起始点在A区,存在(2,3)马的马步哈密顿路,由于从A区的任一方格经一步(2,3)马,它可以到A区的一格或B区的一格;而由B区的一格经一步(2,3)马只能跳到A区的一格,注意到A区的方格数和B区的方格数是同样多的,所以必须从A区到B区,再由B区至A区的交替跳跃,才可能不重复地跳遍A,B两区。另一方面,我们把棋盘依黑白两色染色,这样,从A区的白(黑)格,经一步(2,3)马,必到B区的黑(白)格,再从B区的黑(白)格经一步又回到A区的白(黑)格,如此下去,则只能跳过A区的白(黑)格和B区的黑(白)格,这和其存在(2,3)马的马步哈密顿路相矛盾。
(2)若起始点在B区,若存在着马步哈密顿回路,则(2,3)马不能交替地在B区与A去之间跳跃,否则归约到情形(1)的类似证明。于是,存在一步且仅有一步从区到区的跳跃,这是因为A区与B区的方格数相等,从B区的方格经一步(2,3)马必须跳到A区的缘故。考虑下面的3行,现考虑(2,3)马在P,Q,R之间的跳跃。若P,Q,R均尚未跳过。有以下情形:(i)(2,3)马首先跳到P点(首先跳到R的情形是类似的),由A,B区的构造,知必是A区跳到P点的。继而由(2,3)马从P至Q,Q至R.如果只不是最后一个未跳过的点。则下一步必须跳至A区的某一点。这样就出现了在A区之间的2次跳跃,因此R就是最后一个未跳过的点。当R是最后一个未跳过的点时,则考虑点S,T,U之间的(2,3)马的马步跳跃。当先跳到S或U时,由上述讨论可知,在S,T,U间会出现第2次从A区到A区的跳跃;当先跳到T时,由下述(ii)的推理知至少出现两次从A区到A区的跳跃。
(ii)(2,3)马首先跳到Q点,则(2,3)马从Q至P,P必至A区,经若干步又由A区跳到R点,至少出现2次从A区至A区的跳跃。(Q先至R后到P,讨论相同)
若从Q不跳到P或R点,它必跳到A区的某一点,则在以后的跳跃中,必然会出现一次从A区跳至P点,一次从A区跳至R点,同样会出现至少2次的从A区至A区的跳跃。总之,至少存在着2步从A区至A区的(2,3)马的跳跃,这与存在(2,3──马马步哈密顿路及A区,B区方格数相等相矛盾,定理证毕
一个最普通的火柴游戏就是两人一起玩,先置若干支火柴于桌上,两人轮流取,每次所取的数目可先作一些限制,规定取走最后一根火柴者获胜。
规则一:若限制每次所取的火柴数目最少一根,最多三根,则如何玩才可致胜?
例如:桌面上有n=15根火柴,甲、乙两人轮流取,甲先取,则甲应如何取才能致胜?
为了要取得最后一根,甲必须最后留下零根火柴给乙,故在最后一步之前的轮取中,甲不能留下1根或2根或3根,否则乙就可以全部取走而获胜。如果留下4根,则乙不能全取,则不管乙取几根(1或2或3),甲必能取得所有剩下的火柴而赢了游戏。同理,若桌上留有8根火柴让乙去取,则无论乙如何取,甲都可使这一次轮取后留下4根火柴,最后也一定是甲获胜。由上之分析可知,甲只要使得桌面上的火柴数为4、8、12、16…等让乙去取,则甲必稳操胜券。因此若原先桌面上的火柴数为15,则甲应取3根。(∵15-3=12)若原先桌面上的火柴数为18呢?则甲应先取2根(∵18-2=16)。
规则二:限制每次所取的火柴数目为1至4根,则又如何致胜?
原则:若甲先取,则甲每次取时,须留5的倍数的火柴给乙去取。
通则:有n支火柴,每次可取1至k支,则甲每次取后所留的火柴数目必须为k+1之倍数。
规则三:限制每次所取的火柴数目不是连续的数,而是一些不连续的数,如1、3、7,则又该如何玩法?
分析:1、3、7均为奇数,由于目标为0,而0为偶数,所以先取者甲,须使桌上的火柴数为偶数,因为乙在偶数的火柴数中,不可能再取去1、3、7根火柴后获得0,但假使如此也不能保证甲必赢,因为甲对于火柴数的奇或偶,也是无法依照己意来控制的。因为(偶-奇=奇,奇-奇=偶),所以每次取后,桌上的火柴数奇偶相反。若开始时是奇数,如17,甲先取,则不论甲取多少(1或3或7),剩下的便是偶数,乙随后又把偶数变成奇数,甲又把奇数回覆到偶数,最后甲是注定为赢家;反之,若开始时为偶数,则甲注定会输。
通则:开局是奇数,先取者必胜,反之,若开局为偶数,则先取者会输。
规则四:限制每次所取的火柴数是1或4(一个奇数,一个偶数)。
分析:如前规则二,若甲先取,则甲每次取时留5的倍数的火柴给乙去取,则甲必胜。此外,若甲留给乙取的火柴数为5之倍数加2时,甲也可赢得游戏,因为玩的时候可以控制每轮所取的火柴数为5(若乙取1,甲则取4;若乙取4,则甲取1),最后剩下2根,那时乙只能取1,甲便可取得最后一根而获胜。
通则:若甲先取,则甲每次取时所留火柴数为5之倍数或5的倍数加2。