記得小時候,數(shù)學老師跟我們講解應用題,講著講著蹦出一句:“所以啊,語文很重要!學好語文,才能學好數(shù)學!”
對于數(shù)學老師的這一番諄諄教導,長久以來,我內(nèi)心一直是一團迷糊,數(shù)學注重思維,語文側(cè)重表達,數(shù)學推崇理性,語文追求感受,緣何說學好語文才能學好數(shù)學呢?
比如我讀《小石潭記》:
“從小丘西行百二十步,隔篁竹,聞水聲,如鳴佩環(huán),心樂之。伐竹取道,下見小潭,水尤清冽。全石以為底,近岸,卷石底以出,為坻,為嶼,為嵁,為巖。青樹翠蔓,蒙絡搖綴,參差披拂……”
我們總不能說“西行百二十步”這一句,能啟示我們進行步幅測量,進而理解非標準單位?也不能說作者移步換形、依序?qū)懢暗膶懛◤牧硪粋€側(cè)面闡述了數(shù)學排列規(guī)律,“為坻,為嶼,為嵁,為巖”就是“AB,AC,AD,AE”的模式?
如此解讀,文章支離破碎,了無生趣,數(shù)學概念也讓人感覺怪怪的,數(shù)學與語文似乎是風馬牛不相及的兩個方面。
但是反過來說,我們數(shù)學課本中大量的概念、定理、應用、解法運用了文字來表述,老師課堂授課也都是用語言,小學階段的數(shù)學考試中,文字呈現(xiàn)的應用題又是重中之重。這一切都顯示著語文和數(shù)學之間千絲萬縷的關系。
而真正讓我們覺得困惑的,在于數(shù)學課本上的文字和老師課堂上語言描述的內(nèi)容,對一部分人來說,簡直就是天書和外星語——拆開看,每一個字都認識,合在一起,就不知道是什么意思了,特別是考試的時候。
那么,這到底是怎么一回事呢?我們的孩子在數(shù)學思維啟蒙的時候,又需要怎樣的語言體系支持呢?今天就來和大家閑聊一下數(shù)學、思維和語言中,那些讓人疑惑的事情:
語言,幫助我們啟動思維
語言,是人類安裝的第一項大腦升級軟件,重要性不言而喻。長久以來,我們都把語言定位在交流工具上,用語言表達情感、呈現(xiàn)美學(詩歌)、傳遞意愿、建立社交關系。但是同時,我們也使用語言來表達思想,傳遞想法,這就為語言拓展出了思維向的工具效能。
我相信大家都遇到過這種情況——當需要思索一件事情,我們有時會情不自禁地喃喃自語。
我身邊有很多朋友,常常開玩笑說他們是“腦袋長在嘴上”。也就是說,他們需要通過講話來啟動他們的思維。其實這并不僅僅是一句玩笑,運用語言啟動思考,是人類發(fā)明出來的思維策略。
語言運作的本質(zhì)是大腦運作,語言啟動了我們的左側(cè)大腦,而左側(cè)大腦主要負責理性思維,當我們聽見自己對問題敘述的聲音時,會更容易進入深層次的反思,也就是所謂的“元認知”。
元認知(Metacognition)就是對認知的認知,該詞最早出現(xiàn)在美國兒童心理學家弗拉威爾(J. H. Flavell)于1976年出版的《認知發(fā)展》一書中。
元認知就是對認知的認知,具體地說,是關于個人自己認知過程的知識和調(diào)節(jié)這些過程的能力。對思維和學習活動的知識和控制,是一種高級思維策略。
孩子們的元認知早在3-4歲就開始萌芽,一直要到成年以后才日臻成熟。
所以如果我們的孩子出現(xiàn)情緒波動(右側(cè)大腦),可以讓孩子說一下他們遭遇的情景。通過這樣的語言激發(fā),可以讓他們啟動左側(cè)腦的理性思維,進而平復情緒問題。
我們可以發(fā)現(xiàn)孩子有時常常會自言自語說一件事情,或者一個人玩過家家的游戲,這或許是出于語言模仿和練習的需求,但同樣也是思維的啟動,甚至帶有自我療愈性質(zhì)。
數(shù)學思維能力跟語言本身無關
科學的研判往往和我們天然的感覺相反。關于語言推動數(shù)學思維的觀點有兩種:
其一是認為數(shù)學能力是由語言能力分化出來的。比如美國著名認知神經(jīng)科學家諾姆·喬姆斯基(Noam Chomsky),他認為,“語言處理的抽象化是數(shù)學能力的起源”。
然而這種說法遭到許多數(shù)學家和物理學家的反對,著名物理學家愛因斯坦就說過:“文字和語言,不管是書面的還是口頭的,似乎在我的思考過程中不起任何作用?!?/p>
工作的關系,我遇到過一些有數(shù)學天賦的孩子,比如小學階段就開始自學高中甚至大學的數(shù)學內(nèi)容,另外對物理、哲學都比較感興趣,但是他們中的有些人語言表達能力就相對弱了很多,嘴笨,對文學作品也不熱衷。
最近,認知神經(jīng)科學家們提出了一個與語言假說相對的觀點,并得到許多數(shù)學家的支持。此觀點認為數(shù)學是由對空間、時間以及數(shù)字的非語言的直覺產(chǎn)生的,這種直覺在人類演化的早期就已形成,比如“數(shù)感”。
數(shù)感是什么呢?數(shù)感其實是一種對最基本的數(shù)字大小和數(shù)量多少的感知能力,它是通過處理和解決我們?nèi)粘I钪械木唧w問題而培養(yǎng)起來的。通過數(shù)感,成人、兒童,甚至嬰兒不需要借助數(shù)數(shù)或數(shù)字符號即可對事物的數(shù)量進行理解和表達,所以被稱為“更高級數(shù)學能力的基石”。
腦科學的研究也用事實支持了這一觀點,數(shù)學思維激活的大腦區(qū)域和語言區(qū)域并不同步和重疊。法國NeuroSpin中心認知神經(jīng)影像部門的研究表明,我們在處理數(shù)學問題的時候,相比處理其他問題時調(diào)用了更少的語言區(qū)域,所以數(shù)學能力是獨立于語言能力的一項抽象能力。
孩子數(shù)學不好,有可能是因為聽不懂語言背后的數(shù)學含義
隨著人類認知研究的不斷深入,使得教育模式面臨從所未有的挑戰(zhàn)和機遇,并且變得越來越不可避免。
接著上面的話題,大家都知道,傳統(tǒng)教育模式是以語言傳授為核心基底的,千百年來我們都是老師講,學生聽?,F(xiàn)在我們竟然發(fā)現(xiàn),在我們大腦的認知結(jié)構(gòu)中,數(shù)學和語言是平行運轉(zhuǎn)的系統(tǒng),那意味著什么?
這意味著,當我們用語言對孩子“講解”數(shù)學知識時,當孩子在聆聽數(shù)學問題時,他們大腦中第一時間啟動的并不是數(shù)學模塊,這就很容易造成“看是要看見,卻不明白,聽是要聽見,卻不曉得”的奇特現(xiàn)象。
難怪蒙臺梭利女士會說:說得越少,教得越好。轉(zhuǎn)而主張用教具讓孩子理解數(shù)關系和建立數(shù)概念。
這同樣也解釋了,很多時候我們家長在家里輔導孩子,說了一遍又一遍,孩子還是不懂。因為,一方面語言并不能天然啟動我們的數(shù)學思考模式,另一方面家長也不知道如何運用語言的技巧,引導孩子孩子進入數(shù)學思考模式。
舉一個例子:
比如:我們雖然已經(jīng)反復跟孩子說:“先乘除后加減”,可是孩子一做題,常常還是“6+4×3=10×3”,是孩子沒記住口訣嗎?并不是。
造成錯誤的大多數(shù)情況,是孩子根本不理解這句話背后的數(shù)學含義,以及在什么條件下使用這句話。除非孩子在心里(大腦的數(shù)學認知區(qū)里)琢磨明白其中的數(shù)學關系,才能夠真正掌握這項原則,只搞懂語言表面的意思,并不代表理解了數(shù)學本質(zhì)。
語言是一把鑰匙
聊到這里,大家可能要說,一方面,語言是教學的主要媒介,教師用語言進行啟發(fā)、講解;教材用文字組織,學生必須感知語言性刺激、借助理解進行學習,語言是我們學習數(shù)學繞不過的坎。
另一方面,語言和數(shù)學之間沒有天然的促進作用,我們又該如何才能引導我們的孩子,進入到數(shù)學思維的這扇大門中呢?
就拿上面的那個錯題舉例,我們?nèi)绾斡谜Z言解釋給孩子聽,使得他們可以啟動數(shù)學思考?以下列出一種可能的方法,供大家參考。
? 重述問題,闡明現(xiàn)場,回溯原理:
6+4×3是什么意思?是6加上4×3,還是先做6+4,再乘以3?這時候的孩子只要提一下“先乘除后加減”,基本都能明白過來。
? 分解問題,指出關鍵,營造沖突:
4×3是什么意思?4×3就是3個4連加,也就是4+4+4(這一步非常重要,很多孩子沒有搞清楚乘法的本質(zhì),導致之后的一系列錯誤)。
然后可以問孩子一個問題:6+4+4+4是否等于10+10+10?結(jié)果是顯而易見的。
? 轉(zhuǎn)換視角,呈現(xiàn)矛盾,厘清真相:
然后我們就可以列出變化的等式,并進行計算:6+4×3=6+4+4+4,而6+4+4+4≠10+10+10≠10×3;當我們把一個略顯復雜的算式還原成基礎狀況,我們其實是引導孩子進行了一次數(shù)學的探索。
在這一場“冒險”中,孩子經(jīng)歷了從加法變成乘法的簡化抽象歷程,這時候向孩子揭示6+4×3=10×3的錯謬性,并再一次回到“先乘除后加減”口訣上,孩子就更容易理解口訣背后的內(nèi)在邏輯,方便進入數(shù)學思考之中。
在這個過程中,主要把握的是如何通過語言呈現(xiàn)數(shù)學關系的結(jié)構(gòu),我把這個稱之為“用語言給孩子搭建的思維臺階”。
所以,我的一個小小結(jié)論——語言是一把鑰匙。這句話怎么理解呢?
語言僅僅是一把鑰匙而已。
既然說是鑰匙,就不是真正的寶藏,以為獲得鑰匙就一定能獲得寶藏的想法是不足取的,我們需要認識到語言在數(shù)學學習中的有限性;語言并不能代替數(shù)學思考本身;
語言是一把特制的鑰匙。
一把鑰匙開一把鎖,用來解釋、理解數(shù)學問題的語言,和日常生活中的語言大相徑庭,有很多需要我們特別注意的地方。
如果我們單純的認為,寫寫作文就一定能夠提高孩子理解數(shù)學概念的能力,念念唐詩就可以一定可以改善他們讀題和做應用題的水平,那是緣木求魚,刻舟求劍。我們需要的,是一把特別為數(shù)學定制的“鑰匙”——數(shù)學語言。
語言鑰匙所連接的,一頭是現(xiàn)實問題,另一頭是抽象的數(shù)學思考。
需要特別注意的是,語言本身也是一種抽象符號,并且是線性的,而真實問題則是具象、立體的,孩子需要學會通過語言,從問題中還原真實情景,理解問題和條件各個部分的聯(lián)系和結(jié)構(gòu),并進行數(shù)學式的思考,這樣才使得數(shù)學解答成為可能。
另一方面,孩子也需要學會從解釋數(shù)學原理的抽象語言中還原真實問題和情景,舉一反三,以深刻的理解概念。
換一句話說:我們需要引導孩子,透過語言現(xiàn)象看到背后的問題實質(zhì),并將問題數(shù)學化。
嗯,講起來,感覺真的是很容易??!
自然語言和數(shù)學語言
既然我們說,讓我們的孩子認識數(shù)學,需要一把特別為數(shù)學定制的“鑰匙”——數(shù)學語言。那問題來了:什么是數(shù)學語言?
其實,數(shù)學語言是一種特別的語言形式,它是為了理解數(shù)量關系和空間形式而慢慢形成的。在數(shù)學語言中,除了我們?nèi)粘=?jīng)常使用的文字語言,還有日常不太用的符號語言和圖形語言。
這個問題如果真要展開討論,冗長、枯燥而又無趣,所以我決定“以下省略五千字”,只講一講數(shù)學語言中的文字語言部分和我們平時講話的核心差別。
讓我們來看兩句話:
“父親一個是胖子,走過自然去要費事些。我本要來去的,他不肯,只好讓去他?!?/p>
(《背影》,朱自清)
大家看出有什么問題了嗎?機智如你一定已經(jīng)看出來了,在這兩句話中,有很多顛倒的詞序,但我們閱讀時似乎沒有任何障礙,都讀懂了,很令人驚奇吧!再讓我們看下面的幾個詞:
“撿到、小明、蘋果、紅”
大家有沒有發(fā)現(xiàn),這些詞無論怎么變換次序,我們都能夠理解其中要表達的意思,這就是我們?nèi)粘UZ言的特點,重視語義而非次序(我們的大腦會自動腦補)。
但是,在我們用語言表達數(shù)學思想的時候,這招是行不通的。比如:“2與4的平方和”;“2與4和的平方”。雖然這兩句話用的詞完全一樣,但是語序的不同導致了意思完全不同。這就是數(shù)學語言和自然生活語言的最大區(qū)別。
在自然語言對句子的理解中,我們是首先通過語詞本身的意思來進行解讀,而句法的分析則是在需要證實和去除歧義的時候才啟用的。但數(shù)學語言表達的特點,更多的是運用句法結(jié)構(gòu)上的不同,去理解和表達數(shù)學關系、結(jié)構(gòu)和變化,再根據(jù)結(jié)構(gòu)關系,進行數(shù)學處理。
所以,孩子通過語言理解數(shù)學才會如何的困難,因為從天性出發(fā),孩子都是率先使用句子表面意義出發(fā),而不是從句子結(jié)構(gòu)去理解。
腦科學的研究也證明了這個觀點,剛才我們講到的NeuroSpin中心的大腦研究中顯示了一個細節(jié),當我們處理數(shù)學命題時,腦部激活的區(qū)域與大腦BA44區(qū)域發(fā)生了交疊,而BA44區(qū)主要負責的內(nèi)容就是語言的語法結(jié)構(gòu),這是數(shù)學思考中唯一從語言區(qū)調(diào)動的部位。
因此,我們是否可以得出一個合理的推論:
語序邏輯性顯示了問題的核心本質(zhì)結(jié)構(gòu),使得數(shù)學簡化成為可能。對于語法的理解才是我們真正推動數(shù)學思考的核心。
從這個角度說,我的小學數(shù)學老師講學好語文才能學好數(shù)學,一點沒錯。只不過,哲學催生了數(shù)學和語言邏輯,它們才是天然的盟友。
如何運用數(shù)學語言鑰匙,幫助孩子開啟數(shù)學寶庫的大門
說了這么多,估計這個話題才是大家真正感興趣的。不好意思讓大家久等了。
先說下,什么是孩子在學習數(shù)學中,家長最大的困惑?
一是孩子讀不懂文字題;
二是孩子不會看數(shù)學教科書;
三是理解數(shù)學概念難上加難。
怎么會造成這一局面的呢?這還得分兩個層面來講清楚。
第一個原因:基礎薄弱
語言的認識規(guī)律,是從單音節(jié)詞到雙音節(jié)詞,直至多音節(jié)詞。從單個詞到雙詞短句,直至到長句。這個過程是循序漸進的積累過程。但是我所遇到的大多數(shù)家庭,都不會有意識的在孩子早期語言萌芽時,主動幫助孩子積累邏輯性的詞匯,這給孩子的數(shù)學語言發(fā)展帶來很大的缺失。
我們知道,概念的形成是伴隨語言的發(fā)展而進行的,數(shù)學概念也是一樣。在孩子的早期,我們應當鼓勵孩子正確的使用概念詞匯,以幫助他們發(fā)展數(shù)學語匯。
比如說像下面的這些語詞,就應該在學齡前完成和孩子的討論,并讓孩子搞清楚是什么意思。
我見過一些家長,在教孩子概念詞匯的時候,往往出現(xiàn)很多問題,比如在教有關比較的詞匯,諸如大小,長短等等,會忘記體現(xiàn)相對性,一個勁地說:大,大的,大蘋果。卻不會把兩個蘋果放在一起,把大和小這兩個詞比較著一起教給孩子。這些情況還發(fā)生在方位等詞匯上。這都需要我們引起注意。
等到孩子上了小學,學校的語文課并沒有把口語表達放在課程的主體地位,更沒有單獨的語言表達訓練。加之中文的語言特點,屬于象形文字,和英語等編碼型語言相比,語言的邏輯性天然要差一些,這就使得孩子的語言邏輯能力更下一層樓。遇上數(shù)學中那些需要語言邏輯做基礎的數(shù)學化語言,自然一腦袋漿糊。
所以,如果我們希望改變孩子們數(shù)學語言理解能力弱的現(xiàn)狀,我開的“藥方”是:
? 盡早完成基本詞匯的邏輯含義探索
這個上面已經(jīng)講了很多,就不再重復了。
? 注重句式結(jié)構(gòu)變化和背后的意義改變
對家庭而言,我建議可以多用游戲的方式,來幫助孩子理解語言句序變化及其內(nèi)涵改變。
比如說:我們可以和孩子玩“倒裝句”的游戲,來探索哪些句式改變后,內(nèi)容是改變的,而怎樣做是不改變的。還可以玩玩“咬文嚼字”的游戲,全家一起來辨析一下病句中的問題出在哪里,等等。
? 善用提問機制,引導孩子探索數(shù)學內(nèi)在結(jié)構(gòu)和關系
我想,大多數(shù)家長最近都經(jīng)常聽到“批判性思維”這個詞,其實批判性思維的第一個模型是“蘇格拉底方法”或“助產(chǎn)術(shù)”——蘇格拉底所倡導的一種探究性質(zhì)疑(probing questioning),也就是詰問式。通過連續(xù)的提問來揭示事物本質(zhì),來引發(fā)我們的思維。
思維的本質(zhì)是運動性的,陳述性的語言能將事物原貌很好的表達出來,但不能啟動我們的思維。而提問,能夠激發(fā)我們向真相進軍,啟動我們思考,數(shù)學的學習更是如此。
關鍵是我們?nèi)绾伟岩粋€大問題,分解成若干小問題,把一個大臺階鑿成若干小臺階,幫助孩子一步一個臺階的,在數(shù)學階梯上走的穩(wěn)。
第二個原因:對于數(shù)學語言的理解過于窄化
其實講到數(shù)學語言,有時候我們會發(fā)現(xiàn),一些數(shù)學問題,光用文字語言很難說的清楚。文字語言的特征是通俗、易懂,但描述起來是線性的,數(shù)學思維隱藏在句法結(jié)構(gòu)中,不容易表露,孩子也很難理解;
剛才我們聊到了數(shù)學語言的三個組成部分:文字語言、符號語言和圖形語言。
數(shù)學符號雖然抽象,不易理解,但十分簡潔,描述起來給人以結(jié)構(gòu)感;圖表語言比文字語言和一般符號語言更具直觀性,容易形成表象。
真正要讓孩子全面深入的理解數(shù)學,光靠文字語言一項是遠遠不夠的,需要符號和圖形,甚至需要作為母語的自然語言配合,運用引申,比喻,解構(gòu)等方式,幫助孩子理解抽象的數(shù)學想法。
所以一種數(shù)學思想內(nèi)容的表達常是數(shù)學符號語言、文字語言、圖表語言和自然語言的優(yōu)勢互補和有機融合。
在美國的兒童數(shù)學教育體系中,除了數(shù)學學科知識層面的學習,還包含數(shù)學思考過程的學習,并且把這一部分放到非常重要的地位。內(nèi)容包括:
問題解決能力
推理與驗證能力
交流能力
關聯(lián)能力
表征能力
對于上述的五種能力培養(yǎng),在國內(nèi)的數(shù)學教育同樣是非常重視的,在教育綱要中也有類似的表述。其中推理驗證、交流和表征這三項,跟孩子的數(shù)學語言能力和數(shù)學素養(yǎng)提高有著非常緊密的關系。
那對于我們國內(nèi)家長,如何運用這些理念來幫助孩子提高數(shù)學語言能力呢?
首先說說推理證明:
推理證明的核心即歸納推理能力和演繹推理能力,而數(shù)學能力的核心之一就是以推理證明為過程的邏輯思維能力。
因此,我們可以在合適的時間,在家中安排一些類似家庭大講堂的活動,讓孩子在一個相對正式氛圍里,闡述對一些數(shù)學問題的觀點和看法,并對這些觀點進行說明和論證,開始不需要推理做的非常嚴謹,但是需要鼓勵孩子大膽的嘗試。
在這樣的過程中,他們會不自覺的啟動語言能力中的邏輯語序思考,提高他們對數(shù)學語言準確性、邏輯性、提高他們語言結(jié)構(gòu)和數(shù)學本質(zhì)結(jié)構(gòu)的關聯(lián)經(jīng)驗。
另外,數(shù)學日記也是一個不錯的辦法,我就知道有一位家長,鼓勵自己的女兒,開設微信公號,專門發(fā)表日常的數(shù)學思考,我想她的數(shù)學語言能力一定非常棒。
其次是交流,交流就沒有推理證明這么正式,關于數(shù)學思想的交流是隨時可以展開的。既然說是交流,首當其沖的是傾聽他人敘述,然后才是口頭、書面等方法進行數(shù)學觀點表達。
在交流的過程中,我們的孩子需要解釋自己的數(shù)學觀點、解題過程、方法和結(jié)果,并適當?shù)脑u價他人的數(shù)學觀點。
最后講講表征,"表征"這一概念的含義非常豐富。它既可以指人腦內(nèi)部的心智活動的表現(xiàn),又可以指思維活動的外在表現(xiàn)形式;它既可指表達數(shù)學關系的過程,又可指對數(shù)學關系的表現(xiàn)形式。
在上面我們說道的數(shù)學語言中,表征往往更多的使用符號語言和圖形語言來表達自己的數(shù)學思想。在另一篇文章中,我提到的新加坡數(shù)學的數(shù)學建?!癕odel-Drawing”,本質(zhì)上也是數(shù)學表征的一種形式。
除了上述的三種模式,我們還可以讓孩子創(chuàng)編一些應用題,并以提高他們的數(shù)學語言能力。
講到這里,我們這次的閑聊也接近尾聲了,最后想要吐個槽。前兩天微信上看到有朋友轉(zhuǎn)一道小學應用題,題目說:
“小明有38顆大白兔奶糖,吃了28顆, 79顆阿爾卑斯糖吃了58顆,196顆棒棒糖吃了137根,請問他現(xiàn)在有什么?”
孩子回答:“小明有糖尿病”。
我想說,這么無聊的題目,是要有多貧瘠的語言和想象力,才能設計出來??!
所以除了數(shù)學本質(zhì)的理解以外,文字上的美感和合理性,在一定程度上還是要注意的。這里貼兩道古代的一元二次方程題,讓我們體會一下數(shù)學和語言的雙重美感。
《希臘選集》第 14 卷是公元 500 年左右希臘學者米特洛多魯斯(Metrodorus)所編的算術(shù)問題或謎語,都以詩歌寫成。
丟番圖墓志銘
“過路的人!
這兒埋葬著丟番圖。
請計算下列數(shù)目,
便可知他一生經(jīng)過了多少寒暑。
他一生的六分之一是幸福的童年,
十二分之一是無憂無慮的少年。
再過去七分之一的年程,
他建立了幸福的家庭。
五年后兒子出生,
不料兒子竟先其父四年而終,
只活到父親歲數(shù)的一半。
晚年喪子老人真可憐,
悲痛之中度過了風燭殘年。
請你算一算,丟番圖活到多大,
才和死神見面?”
請你算一算,丟番圖到底活到多少歲?
另一計算壽命的問題是這樣敘述的:
旋轉(zhuǎn)不停的黃道上的日、月和五星
為你轉(zhuǎn)出一幅神秘的天宮圖
你一生的六分之一
與母親相依為命把時光度
接下來的八分之一
被逼迫著給敵人做馬牛
后面的三分之一
上帝保佑你平安地回到了故土
你有了妻子和遲到的兒子
每天的生活過得無憂無慮
誰知不幸再次降臨在你頭上
賽西亞人的長矛把妻兒的生命奪走
整整二十七個冬夏春秋
你那悲傷的眼淚不停的流
命運之神如此殘酷
讓你凄涼的走到生命的盡頭
請問這個悲慘的人生虛度多少年頭?
無獨有偶,明代珠算大師程大位在《直指算法統(tǒng)宗》中,也用《西江月》給出一道關于勾股定理的詩:
平地秋千未起,踏板一尺離地。
送行二步與人齊,五尺人高曾記。
仕女佳人爭蹴,終朝笑話歡戲。
良工高師請言之,借問索長有幾。
文:夏駿軼