数学与自然科学的联系极其引发的教学思考

数学与自然科学的联系极其引发的教学思考
鄱阳三中东流胡学校——周雅萍
数学在其发展的早期主要是作为一种实用的技术或工具,广泛应用于处理人类生活及社会活动中的各种实际问题。

随着数学的发展和人类文化的进步,数学的应用逐渐扩展和深入到技术和科学领域。

时至今日,可以说数学的足迹已经遍及人类知识体系的全部领域。

在许多场合,它已经不再单纯是一种辅助性的工具,它已经成为解决许多重大问题的关键性的思想与方法,由此产生的许多成果,又早已悄悄地遍布在我们身边,极大地改变了我们的生活方式。

事实上可以说,我们大家都生活在数学的时代-- 我们的文化已经" 数学化" 。

在19世纪之前，数学与自然科学就有联系，但极其不完善也不均衡，在20世纪的发展改变了这种局面它们越来越紧密地相互结合,越来越深刻地相互影响和渗透,产生出许多交叉学科,形成了一个规模庞大的数理科学系统。

天文学是最早运用数学的科学领域,。

自从公元前 4 世纪希腊数学家、天文学家攸多克色斯（Eudoxus ）创立了宇宙的第一个几何学模型（同心球壳层组合）以来,天文学家的方法就主要是数学方法,从托勒密到哥白尼、开普勒等都是如此。

牛顿完成了哥白尼所开创的天文学革命,为经典天文学奠定了基础,而他的天文学（天体力学）本质上是数学的而不是物理学的。

当代,数学在天文学中的应用更加广泛和深入。

一个著名的例子是天体物理中的数值模拟。

天文学研究的许多问题,如宇宙、星系的演化,太阳系中行星、卫星的形成,其尺度常常是以光年计算的,其时间常常是以亿年计算的,天体及宇宙空间中的超高温、超低温、超高压、超高密度以及其它许多物理条件,都不是世界上任何实验室所能达到的,研究有关的物理过程又涉及到极为复杂的变量微分方程和积分方程。

因此,对这些问题的研究既需要进行大型的复杂计算,又需要进行大量的模拟试验。

随着大型计算机的出现与计算机科学的发展,数值模拟方法应运而生,成为天文学家手中的强有力工具。

物理学与数学的结合诞生了许多伟大的发现。

万有引力定律的提出是牛顿的重要贡献，他把重力引申到月球的轨道上,并且在弄清怎样估计圆形物在球体中旋转时压于球面的力量之后,推得推动行星在轨道上运行的力量必定与它们到旋转中心的距离的平方成反比。

由于两种计算所得出的结果是" 密合" 的,这就使得牛顿确信太阳对行垦的吸引力与地球对月亮的吸引力是同一种力,而这就是地球吸引苹果或使石头落地的那种力。

这样,数学的计算就直接帮助牛顿作出了万有引力定律这一重要的发现。

法拉第建立起磁和电力场的概念。

他不太精通数学,没有用数学语言写出他关于电磁的概念,而麦克斯韦从数学上用场方程的形式来表述了这种思想。

人们从电磁的经验定律开始,导致法拉第的力线概念,它一旦纳入数学形式,就得出麦克斯韦方程。

而后者又促成了场论的诞生,它至今还是今天的物理学中的中心议题。

数学在地球科学（地质学,地球物理学,海洋学,气象学等）的应用中极其关键。

射影几何长近年来在航空摄影测量学中十分有用。

如，为了勘探地形和地下矿藏,一种简便易行的方法是用飞机或人造地球卫星在飞航途中每隔一定时间拍
摄一张照片,再将许多图象拼成一幅大图。

由于地面时有起伏,机身也难免时有倾斜,摄影过程实际上是一个中心投影变换,将地面图景投影到照相底片的平面上。

这两个平面如果不平行,底片上的图象就会变形,因而必须再通过中心投影变换把误差纠正过来,偏差多大角度就要纠正多大角度,这时就要应用射影几何知识进行精密的计算。

数学在地球科学中的应用还产生了计量地理学、数学地质学、数值天气预报等一系列研究领域与方法,并在地震预报、地球物理学、海洋学等方面发挥了巨大作用。

现代气象学中的数值天气预报是在数学家冯·诺伊曼等人的设计和支持下试验成功的。

此外,现代气象事业中广泛采用了高速计算、高速通讯、高速自动资料整理、数值模拟等高科技方法。

海洋中融化的冰山,油和水在储油地层中的流动及晶体的增长都是受偏微分方程支配的自由边界问题的例子,许多实质性的进展依赖于有关的数学理论与方法的发展。

本世纪以来,数学在化学中的作用日益广泛和深入,产生了许多交叉学科。

例如：数理化学、化学动力学、量子化学、计算量子化学、化学计量化学等等。

近年来发展起来的一门化学分支学科,由数学、统计学、计算机科学与化学相结合而产生。

它应用数学、统计学方法研究化学量测中的实验设计、数据处理、信号解析与分辨、化学分类决策与预报等问题,能解决传统的化学研究方法所难以解决的复杂化学问题,因此化学计量学诞生以来,一直受到化学工作者的极大关注。

无论是理论化学还是实验化学,它们与化学计量学方法相结合,都可能在不同程度上取得新的进展。

化学计量学的兴起及迅速发展,对化学学科,特别是对分析化学学科的发展产生了重大的影响。

化学计量学已作为化学量测的基础理论与方法学,成为当今化学发展的前沿领域之一。

以上举证了数学与自然科学的紧密联系，引发了我对小学数学教学的一些思考。

中国学生为何能蝉联奥林匹克的各类学科一等奖，却无缘诺贝尔奖？这绝不是单一的某个原因造成的，而当前的教育思想和重点存在的些许偏差是几大原因之一。

我们当前数学教育，不管是小学或是中学，都偏向于纯理论的教学，这导致学生们在学习数学的过程中会产生一些抵触心理，有些学生也会想：我们学习数学是为了什么呢？仅仅是为了会算1、2、3的加减法或在菜市场买菜会算钱？这个当然是不全面的，我认为，我们应当借鉴数学历史的伟大成就来启发我们教师的教学方向，我们应当以合适的教学来引导学生认识数学对我们社会的发展具有的重要性，它关乎我们未来的生存和发展。

数学不仅在自然科学，在技术科学、人文科学、社会科学乃至艺术领域都扮演着不可或缺的一部分。

事实上，如果我们仔细观察，我们会发现，我们的生活早已“数学化”。

社会的文明发展，中国的伟大复兴离不开教育，身为教师的我们应当担当起教育的使命，用我们诚挚的心去探寻推动教育事业的一切重要方法。

我相信，引导学生从小认识数学和科学应用及其在社会发展中起到的重要作用这一目标将成为数学教育事业的重点之一。