走进“数的认识”
——数量和数量关系
灵宝市实验小学 肖云云
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数量是什么?
数量是对现实生活中事物量的抽象。从远古时代开始,在日常生活和生活实践中,人们就需要创造出一些语言来表示事物(事件与物体)量的多少,比如,狩猎收获的多少,祭祀牺牲的多少等。虽然在这样的表达中出现了数字,但这些数字都是有具体背景的:在这样的表达中,数字后面都有后缀名词。我们把这种有实际背景的、关于量的多少的表达称为数量。
在上面的表述中,数字还不具有数字符号的功能。因此,虽然数量是对现实世界中与量有关的事物的一种抽象,但数量还不能作为数学研究的对象,数学研究的对象应当是比数量更为一般的抽象。为了实现更为一般的抽象,就必须把握数量的本质,这个本质表现在数量的关系之中。
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数量关系的本质是什么?
数量关系的本质是多与少。因为动物也能够分辨出多与少,比如,一只狗对一只狼的反应与对一群狼的反应是不一样的,这就说明狗知道狼数量的多与少。在《科学的语言》中描述了一个故事,这个故事表明动物对于数量的多与少具有相当强的分辨能力:
在欧洲某地庄园的望楼上有一个乌鸦巢,主人打算杀死这只乌鸦,可是几次都没有成功,因为他一走进这个望楼,乌鸦就飞走,栖在远远的树上,直到他离开望楼才飞回来。后来他想了一个聪明的方法:两个人一起走进望楼,一个人出来,一个人留在里面。可是乌鸦不上当,直到第二人离开望楼才飞回来。主人不死心,连续实验了几天:三个人,四个人都没有成功。最后用了五个人,四个人走出来,一个人留在里面,这次乌鸦分辨不清了,飞了回来。
由乌鸦的故事似乎可以推断,人类对于数量多少的感知可能比语言的形成还要早。但是,我们也应当知道,与创造文字一样,人类能够从数量,或者说从数量的多与少中抽象出数的概念,最终形成数字系统还是一件非常不容易的事情,这个形成过程经历了相当漫长的岁月。至今为止,一些偏远部落依然没有形成系统的数字概念,那里的人们只能区分一、二和许多。
数量关系的本质是多与少,抽象到数学内部就是数的大与小。可是,当人们还不会计数时,如何准确地分辨数量的多与少呢?
对于同样的东西,问题还是比较简单的,因为数量是一个一个多起来的。比如,四个苹果是在三个苹果的基础上又多了一个苹果,所以四个苹果比三个苹果多;同样的道理,五个苹果要比四个苹果多;因为“多”的关系是具有传递性,因此五个苹果要比三个苹果多。“少”与“多”是对应的,因此用同样的方法理解“少”。
对于不同的东西,问题将变得比较复杂,因为很难理解四粒米要比三头牛多,这时,可以采用对应的方法来比较多少。
在公元前9世纪至公元前8世纪成书的、古希腊著名的荷马史诗中,就有这样的记载:
当俄底修斯刺瞎独眼巨人波吕裴摩斯并离开克洛普斯国以后,那个不幸的盲老人每天都坐在山洞口照料他的羊群。早晨母羊外出吃草,每出来一只,他就从一堆石子中捡起一颗石子;晚上母羊返回山洞,每进去一只,他就扔掉一颗石子。当他把早上捡起的石子都扔光时,他就确信所有的母羊全都返回了。
故事中讲述的方法,就是把羊的个数与石子个数相对应。因为独眼巨人关心的只是母羊是否返回山洞,而不是关心一共有多少只母羊。
在《天空中的圆周率》这本书中还记载这样一件事情,1929年,考古学家在公元前15世纪的努鲁孜城废墟(现在伊朗境内)发现了一个很小的圆形土质容器,外侧的楔形文字记载:
与绵阳和山羊有关的物体
4只小公羊
21只生过小羊的母羊
6只生过小羊的母山羊
6只小母羊 1只公山羊
8只成年羊 2只小羊
这些数字加起来是48。当人们打开这个容器后发现,里面正好有48个泥球。
通过上面的几个例子可以知道,人类在远古时代就能借助集合与集合之间元素的对应关系分辨多少:如果两个集合的元素能够一一对应,那么这两个集合的元素一样多;如果一个集合有剩余,那么这个集合元素的个数就多于另一个集合元素的个数;反之,就少于另一个集合元素的个数。正是利用这样的对应关系,古代的人们就抽象出了数,并且用符号来表达数。
因此,在小学阶段,特别是在小学低年级的数学教学中,应当重视数与数量的对应关系,应当重视数的大小与数量多少的对应关系,并且应当创造出各种生动的案例让学生感悟这样的关系。
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