【人本】人本論壇:庶民素語─人本教育基金會電子報─智邦公益電子報
enews.url.com.tw · July 30,2019人本論壇:庶民素語
◎史英
有些朋友在問,說:「數學想想」的工作還在進行嗎?怎麼好久都沒什麼消息;我想,既然還有人關心, 就藉這個機會,再做一點報告吧!
其實,隨著「年級」的增長,難度是越來越高了;進入「五下」之後,更是常常陷入膠著。這和當初想的不一樣:當初以為低年級比較難教(這是說如果要有創新教學的話),到了高年級,反正萬變不離其宗,無論怎麼教還不就那一套;現在事實證明,完全不是那麼回事—當然,這也是「水漲船高」的效應之一,有了之前那些艱苦奮戰(針對教學的難題)的經驗之後,如今眼光已是大為不同,面對萬變不離其宗的那一套,也就無法不看見其中少為人知的各種可能性了。
總之,還是「教學相長」那句老話(卻絕不是老生常談);然而空口無憑,就舉最近剛剛解開的一個結為例。
事情是這樣開始的:那時候高雄正在舉辦世運,我們認為,熱愛運動絕對是值得推廣的事情;但熱愛有兩種,一種是熱愛說嘴,一種是熱愛研究,其間不可以道里計,正是能否「想想」的關鍵。適巧我們之中有一位是屬於後者,他於是提出一個問題:三人三千公尺的接力賽,記錄是三分鐘;但千米個人賽的記錄,卻比一分鐘多,這豈不是表示「接力賽的三人中至少有一人,比個人賽的選手更快」嗎?但事實上,個人賽選手是要比接力賽選手更強才對。
換一個方式來說:接力賽三人中的任一人,如果只跑一千公尺,都要超過一分鐘以上(比個人賽選手慢),但當他們進行接力賽的時候,雖然還是一人一千公尺,但合起來,卻只要三分鐘即可(為了方便說明,以上數字經過簡化,但這是個真實的問題)。這是為什麼?
像這樣很實際的問題,即使很關心賽事的人,恐怕也很難想到;即使想到了,恐怕一時也想不透,所以我們認為絕對是「數學想想」的絕佳材料。問題是,一般小學教程裡「速度等於距離除以時間」那一套,講的都是平均速度,或假設速度始終不變;而要解決以上接力賽問題,卻必須明白:要達到任一速度,都必須經過加速的過程;而接力賽之所以更省時間,正是因為有個交棒的過程—交棒之前,後棒總是先要加速到與前棒一樣快--這麼一來,三人接力時,就省掉了後二人的加速時間。
換言之,要跟小五的孩子討論加速問題,必須先讓他有「瞬時速度」的概念;因為所謂加速,當然是指瞬時速度的增加或改變,而這是侷限在等速或平均速度概念中所無法企及的;然而,對於瞬時速度,一般都是把它定義為「在無窮小的時間間隔內的平均速度」,這在中學的相關課程中已經引發很大的困難,徹底的討論還要等到大學去修微積分,怎麼可能在小學來談這件事情?
我們討論很久,想要避開這個難關,都找不到什麼有效的途境;但又覺得,如果不要拘泥於「正統」的數學(也就是以上所說的一般定義之類),這整個事情(即接力較省時),似乎也並不是那麼難以理解。所以到了最後,因為還不肯放棄這個議題,就只剩訴諸「庶民」一法:我們找了幾位沒有修過微積分的同仁, 盯著他們一再追問,追問他們心中的「速度」,到底是指什麼?
答案出人意料地簡單:如果碼表的指針指著每小時60公里,那就表示,如果我維持這個速度走一小時, 就會走六十公里!聽起來這是廢話,但正是素人的素語,包含真正的哲理:對於他而言,瞬時速度,就是要讓瞬時凝結,再看它在現實上所呈現的結果;而在這個概念裡,完全沒有什麼「無窮小的時間間隔」!
當然,他並不能體會這是在用速度定義速度:當他說保持這個「速度」的時候,就必須先對這個速度有個定義,而不能不管它是什麼,就說要把它維持一小時。然而,當我們追問:你如何知道你確實是維持這個速度沒有變呢?如果他回答「看碼表的指針」那就糟了,因為,那就是用碼表定義碼表;但他回答:我是把油門轉到同樣的大小,再聽引擎的聲音有沒有改變啊!
所以,這就是真正的學問了:就像伽里略在大教堂裡,是先發現吊燈擺動的週期是恆定的,才用自己的脈博去測試;人們也是先感知了瞬時速度的意義,才發展出後來嚴格的定義。但我們這些「後學」不明就裡, 卻陷在後來的定義中無法自拔,以致於教給小孩的速度概念,完全是違反直觀的,其結果就是:一則小孩學來格格不入,二則,許多真正有意思的問題(例如本文所提的),都無法提供給小孩。
當然,以上所說的,只是在理論上如何處理瞬時速度的一個藍本,實際上要依這個理論,一步步引導小孩思索這些問題,並設計各種好的題目,或情境,讓小孩可以「參與」,就是更大的挑戰—在迎接這個挑戰的過程裡,我們竟然不知不覺地把「均值定理 (這是微積分的標準內容)」教給小孩了。所幸這一冊很快就要出版,到時候大家可以仔細來評斷我們的工作。
◎本文出自〈人本教育札記〉247期
《人本教育札記》2010年一月號(247期) 出刊!
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日期:99年1月9日(六)下午1:00-5:30
地點:東吳大學城中校區5211大會議室
(台北市貴陽街一段56號,近捷運小南門站1號出口或西門站2號出口)
主辦單位:人本教育基金會、東吳大學張佛泉人權研究中心