Возникновение математики и развитие ее как науки

Лекция № 2

Тема 2. Методика формирования элементарных математических представлений как научная область

ПЛАН

1. Контрольный опрос пройденного.

Возникновение математики и развитие ее как науки.

3. Исторический обзор и современное состояние теории и технологий развития математических представлений у детей дошкольного возраста

4. Основные математические понятия.

5. Развитие понятия натурального числа.

Вопросы

1. Расскажите о развитии математики как науки.

2. Опишите путь развития, охарактеризуйте современное состояние теории и методики математического развития детей дошкольного возраста.

3. Проверьте с помощью словарей, правильно ли вы понимаете значение терминов: счетная деятельность; взаимно однозначное соответствие; натуральное число; цифра; величина; мера; форма; геометрическая фигура; пространство; время. Постарайтесь адекватно использовать их в устных и письменных ответах.

4. Сформулируйте этапы развитие понятия натурального числа.

Задания для самостоятельной работы

1.Заполнить таблицу основных математических понятий (Приложение 1).

2. Подготовить сообщение на тему: «Возникновение математики и развитее её как науки», «Виды письменной нумерации. Системы счисления» (по выбору студентов).

Список литературы

1. Щербакова, Е.И. Методика обучения математике в детском саду: Учебное пособие для студент. дошк. отн-ний и фак. сред. пед. учеб. заведений. – 2-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2000. – 272 с.

Контрольный опрос пройденного

Что изучает предмет «Теория и методика математического развития»?

2. Раскройте связь предмета с науками и частными методиками.

3. Аргументируйте актуальность психолого-педагогической работы по развитию элементарных математических представлений у дошкольников.

Возникновение математики и развитие ее как науки

Вопрос о возникновении математики с давних времен интересовал ученых и педагогов-практиков. Действительно, интересно знать, как возникли первые математические понятия, как они развивались, пополнялись и постепенно формировались в отдельную науку. Особенно это важно для дошкольной педагогики и методики формирования элементарных математических представлений, которые изучают особенности начального ознакомления ребенка с числом и счетом.

Счет и вычисление вошли в наш быт так, что мы и не можем себе представить взрослого человека, который не умеет считать и выполнять простейшие вычисления. Точно неизвестно, когда появились у того или другого народа начальные математические понятия о счете, множестве и числе, но с уверенностью можно сказать, что потребность считать, сравнивать разные величины возникла с самого начала развития человеческого общества.

На основании анализа археологических раскопок, изучения культуры и языков, жизни и быта народов, особенно с низким уровнем общественного развития, а также наблюдения за усвоением математических знаний детьми дошкольного возраста ученые выдвигают ряд гипотез о том, как сравнивались множества в дочисловой период, как формировались первые представления и понятия о числе и натуральном ряде чисел, как в процессе развития человеческого общества складывались системы счисления и письменные нумерации. Установлено, что математика возникла из потребностей людей и развивалась в процессе их практической деятельности.

Бурное развитие математики тесно связано с тем, что сначала практика, а потом и теория выдвигали перед ней все новые и новые задачи. Для решения практических или теоретических задач приобретенных знаний было уже недостаточно, приходилось искать новые способы, создавать новые методы формирования знаний.

В истории математики традиционно выделяются несколько этапов развития математических знаний:

1. Формирование понятия геометрической фигурыи числа как идеализацииреальных объектов и множеств однородных объектов. Появление счёта и измерения, которые позволили сравнивать различные числа, длины, площади и объёмы.

2.Изобретение арифметических операций. Накопление эмпирическим путём (методом проб и ошибок) знаний о свойствах арифметических действий, о способах измерения площадей и объёмов простых фигур и тел. В этом направлении далеко продвинулись шумеро-вавилонские, китайские и индийские математики древности.

3. Появление в древней Грециидедуктивной математической системы, показавшей, как получать новые математические истины на основе уже имеющихся. Венцом достижений древнегреческой математики стали «Начала» Евклида, игравшие роль стандарта математической строгости в течение двух тысячелетий.

4. Математики стран ислама не только сохранили античные достижения, но и смогли осуществить их синтез с открытиями индийских математиков, которые в теории чисел продвинулись дальше греков.

5. В XVI—XVIII веках возрождается и уходит далеко вперёд европейская математика. Её концептуальной основой в этот период являлась уверенность в том, что математические модели являются своего рода идеальным скелетом Вселенной^[1], и поэтому открытие математических истин является одновременно открытием новых свойств реального мира. Главным успехом на этом пути стала разработка математических моделей зависимости переменных величин (функция) и общая теория движения (анализ бесконечно малых). Все естественные науки были перестроены на базе новооткрытых математических моделей, и это привело к колоссальному их прогрессу.

6. В XIX—XX веках становится понятно, что взаимоотношение математики и реальности далеко не столь просто, как ранее казалось. Не существует общепризнанного ответа на своего рода «основной вопрос философии математики»: найти причину «непостижимой эффективности математики в естественных науках». В этом, и не только в этом, отношении математики разделились на множество дискутирующих школ. Наметилось несколько опасных тенденций: чрезмерно узкая специализация, изоляция от практических задач и др. В то же время мощь математики и её престиж, поддержанный эффективностью применения, высоки как никогда прежде.

Придерживаясь схемы, предложенной академиком А. Н. Колмогоровым, всю историю развития математики можно разделить на три основных этапа.

Первый этап — самый продолжительный. Он охватывает тысячелетия — от начала человеческого общества до XVII столетия. В этот период формировались и разрабатывались понятия действительного числа, величины, геометрической фигуры. Позже были найдены действия с натуральными числами, дробями, разработаны возможности и способы измерения длины, угла, площади, объема. Большим достижением в этот период стало открытие существования иррационального числа типа л/2.

Характерным для первого периода является то, что математика была призвана удовлетворять непосредственные потребности, которые возникали в хозяйственной и военной деятельности человека: простой счет голов скота, разнообразный раздел урожая, сравнение длин разных отрезков, планирование земельных участков, измерение их площадей, вычисление объема, а также всякие денежные расчеты и др. Математика была тесно связана с астрономией, физикой, механикой.

Известно, что в Вавилонеи Египте(2-е тыс. лет до н. э.) решали математические задачи арифметического, алгебраического и геометрического содержания. При этом нередко обращались к определенным правилам, таблицам. Но теорий, из которых выводились бы эти правила, чаще всего не существовало. Поэтому не удивительно, что среди этих правил были и такие, которые давали в некоторых случаях правильные результаты, а в других — ошибочные. Следует также подчеркнуть, что накопление математических знаний в Египте имело эмпирический характер.

Становление математики как науки началось в Древней Греции, где были значительные достижения в области геометрии. Именно в Греции начиная с XII в. до н. э. разрабатывается математическая теория. Из науки практической математика превращается в логическую, дедуктивную.

Знаменательным событием в истории развития математики было появление, меньше чем за 300 лет до н. э., классического произведения Евклида «Начало», где систематически изложена геометрия приблизительно в том объеме, в котором она теперь изучается в средней школе.

Кроме того, в нем есть данные о делении чисел и решении квадратных уравнений. В III в. до н. э. Аполоний написал книгу о свойствах некоторых чудесных кривых: эллипса, гиперболы и параболы.

Однако в эпоху рабовладельческого общества развитие науки осуществлялось очень медленно. Это объясняется прежде всего отрывом теории от практики, господством убеждений, что настоящая наука не должна интересоваться жизненными потребностям людей, что применять науку на практике — значит унижать ее.

В этот период в Древней Греции господствовала идеалистическая философская школа Платона, которая установила в математике ряд запретов и ограничений, негативное значение которых чувствуется иногда и до сих пор (например, пользование только циркулем и линейкой при геометрических построениях). Но уже тогда были ученые, которые правильно рассматривали взаимоотношения теории и практики, опыта и логики, логической дедукции. К ним следует отнести Архимеда, Демокрита, Евклида и др.

Одновременно с греческой и в основном независимо от нее развивалась математическая наука в Индии, где не было характерного для греческой математики отрыва теории от практики, логики от опыта. И хотя индийская математика не достигла уровня развития математики греков, она создала немало ценного, что вошло в мировую науку и сохранилось до нашего времени (десятичная система счисления, решение уравнений 1-й и 2-й степени, введение синуса и т. д.).

Преемниками как греческой, так и индийской математической науки стали народы, которые были объединены в VIII в. арабским халифатом. Среди них необычайно важную роль в истории культуры сыграли народы Средней Азии и Закавказья (узбеки, таджики, азербайджанцы). Научные работы тогда писались на арабском языке, который был международным языком стран Ближнего и Среднего Востока. Начиная с VIII в. на арабский язык переводятся произведения индийских и греческих математиков, благодаря чему с ними смогли познакомиться европейцы.

Период с XII по XV в. характеризуется началом овладения учеными Европы древней математической наукой. Этого требовали торговые операции большого масштаба. На латинский язык начали переводить научные произведения и первые книги по математике, написанные в Азии.

В конце XV в. было введено книгопечатание, которое ускорило развитие математики как науки в целом. В XVI в. было сделано несколько выдающихся математических открытий: найдено решение уравнений 3-й и 4-й степени в радикалах, установлены методы приближенных вычислений корней уравнений любой степени с числовыми коэффициентами, достигнуты большие успехи в создании алгебраической символики.

На основании археологических данных, изучения летописей можно сделать вывод, что общий уровень математических знаний на Руси в XII—XVI вв. был не ниже, чем в Западной Европе того времени, несмотря на татаро-монгольское нашествие, которое тормозило дальнейшее развитие культуры

Второй этап развития математики по продолжительности намного короче, чем первый. Он охватывает XVII — начало XIX в.С XVI в. начинается рассцвет математики в Европе. В это время зарождаются новые области математики, которые принадлежат к высшей математике. Основу высшей математики составляют аналитическая геометрия, дифференциальное и интегральное исчисления. Их возникновение связано с именами великих ученых XVII в. — Декарта, Ферма, Ньютона, Лейбница. Все это дало возможность с помощью математических методов изучать движение, процессы изменения величин и геометрических фигур. Вместе с этим в математику была введена система координат, измерение величин и понятие функции.

Выдающимся открытием философии этого периода является признание общности движения и измерения (функции).

Следует отметить, что на первом этапе математика несовершенно отображала количественные отношения и пространственные формы действительности. На втором этапе развития математики основным объектом изучения стали зависимости между изменяющимися величинами.

Особенно бурно на этом этапе развивалась математика в России. В XVII в. появилось много рукописей математического содержания, посвященных арифметике и геометрии. Именно тогда вышла книга по элементарной математике Л.Ф. Магницкого, изданная в 1703 г. под названием «Арифметика». По этой книге готовился М. В. Ломоносов.

Л. Ф. Магницкий был достаточно образованным человеком своего времени. Он закончил Московскую славяно-греко-латинскую академию, где получил разностороннее образование. Зная много европейских языков, Л. Ф. Магницкий ознакомился с методической литературой разных стран, в том числе и по математике. Свои знания он изложил в книге, которая стала первым российским учебником по арифметике. По своему характеру учебник не был по-настоящему академическим. Часто мысли излагались в стихотворной форме, текст сопровождался символическими рисунками. Однако это было более-менее систематизированное изложение начальной математики. Кроме того, в учебнике был помещен материал по алгебре, геометрии и тригонометрии.

Длительное время единственным высшим учебным заведением Восточной Европы была Киево-Могилянская академия. Она играла важную роль в развитии науки, культурного и литературного процесса в Украине XVII—XVIII вв., входившей тогда в состав России. В этот период весьма плодотворными были научные связи Киево-Могилянской академии с образовательными учреждениями Кракова, Магдебурга, Константинополя и др. С конца XVIII в. Академия постепенно теряла роль культурно-образовательного центра, а в 1817 г. была закрыта. Ее функции переняла Киевская духовная академия (1819) и Киевский университет (1834).

В 1724 г. была создана Петербургская академия наук, где с 1727 г. работал Л. Ейлер, который опубликовал большую часть своих трудов (473) в изданиях Академии.

В 1755 г. благодаря заботам выдающегося российского ученого М. В. Ломоносова был основан первый российский университет в Москве. Появились многочисленные русские переводы лучших иностранных учебников по математике, а также ряд оригинальных российских учебников по арифметике, алгебре, геометрии, тригонометрии и началам анализа, которые по научному уровню не уступали западно-европейским учебникам того времени.

Третий этап развития математики — с XIX в. до наших дней.

Он характеризуется интенсивным развитием классической высшей математики. Математика стала наукой о количественных и пространственных формах действительного мира в их взаимосвязи. Она переросла предыдущие рамки, которые ограничивали ее изучением только чисел, величин, процессов изменения геометрических фигур и их превращений, и стала наукой о более общих количественных отношениях, для которых числа и величины являются лишь отдельным случаем.

Большой вклад в развитие математики внесли российские ученые (М. И. Лобачевский, П. Л. Чебишев, А. Н. Колмогоров и др.) Современная математика достигла очень высокого уровня развития. Теперь насчитывается несколько десятков разных областей математики, каждая из которых имеет свое содержание, свои методы исследования и сферы применения.

Во второй половине XX в. возникли математическая экономика, математическая биология и лингвистика, математическая логика, теория информации и др.

Современное развитие общества, экономики и культуры предусматривает высокий уровень обработки информации. Решение многих научных и хозяйственных задач невозможно без использования вычислительной техники, создания специального оборудования и машин. Сейчас широко используются вычислительно-аналитические и электронно-вычислительные машины, которые работают с недоступной для человека быстротой.

В середине XX в. возникла кибернетика — новая математическая наука. Кибернетика — наука о руководстве, связи и переработке информации. Основателем ее считается американский математик Норберт Винер, который в 1948 г. опубликовал книгу под названием «Кибернетика, или Руководство и связь в живом организме и машине». Кибернетика возникла благодаря синтезированию данных целого ряда смежных научных дисциплин: теории информации, теории вероятности, автоматов, а также данных физиологии высшей нервной деятельности, современной вычислительной техники и автоматики.

Кибернетика — одна из самых молодых математических наук, ей всего несколько десятков лет, но перспективы ее развития велики. Кибернетические машины руководят полетом космических кораблей, они находятся на службе у медицины и др. Однако все эти машины производит и строит сам человек. Все это продукт человеческого гения, результат его знаний, где ведущее место занимают математические науки.

Итак, математика, которая возникла из практических потребностей человека, преобразовалась в комплексную науку, которая обеспечивает дальнейшее развитие современного общества.