问题

小学数学为什么不从集合论学起?

回答
咱们这小学数学,从掰手指头、认识数字开始,一步步学加减乘除,再到分数、小数、几何……这路数,大家伙都熟悉。可这其中,有个老兄叫“集合”,它在大学里可是数学的“一号工程”,各种高深理论都离不开它。为啥这数学的“根基”不早点在小学扎下呢?这里头,可有几分意思。

一、 孩子们的心智发育,得一步步来

想想咱们小时候,那会儿最直观的,就是数东西。看见桌子上三个苹果,就能明白“三”这个符号代表了啥。这是最直接、最形象的感受。而集合呢?它讲的是“一群东西”,比如“水果集合”、“动物集合”。这概念,比“三个苹果”要抽象一些。

具体到抽象的跨度: 小孩子的心智,是从具体事物开始认知世界的。数数、加减,都是基于眼前看得见摸得着的东西。集合论,虽然听起来不复杂,但它已经上升到了一个“类”的概念,需要孩子具备一定的抽象思维能力。在小学阶段,让孩子直接接触集合,可能有点“拔苗助长”。就像我们盖房子,得先有地基,再砌墙,最后才能封顶。集合论,更像是房子的“框架”和“结构图”,在孩子们还没搭好“砖瓦”的时候,就给他们看结构图,可能有点吃力。

理解的门槛: 比如,我们说“所有偶数的集合”,这个说法对一个小学一年级的孩子来说,可能就是一个天书。他们可能连“偶数”这个词都没怎么理解透彻,更别说理解“所有”和“集合”这两个概念组合起来的意义了。即使老师费很大劲去解释,孩子也很难真正内化这个概念。

二、 小学数学的“实用主义”

咱们小学数学,最核心的目标,是让孩子们掌握最基本、最实用的计算和解决问题的能力。加减乘除能算账,分数小数能搞定生活中的各种比例,几何图形能理解我们身边的形状。这些都是实实在在能用上的。

“够用就成”的原则: 在基础教育阶段,教材编写者会遵循一个“够用就成”的原则。什么意思呢?就是教给孩子的东西,要能满足他们当前学习的需要,并且为将来的学习打下基础。集合论虽然是数学的底层,但它在小学阶段的“实用性”相对较低。孩子不需要知道“偶数集合”才能学会加减法。

避免过度理论化: 如果在小学就引入过于理论化的概念,很容易让孩子觉得数学“枯燥”、“难懂”。一旦产生这种负面情绪,对他们未来学习数学的兴趣会造成很大的影响。我们希望孩子们觉得数学是“好玩”的,是“有用”的,而不是一堆生硬的符号和理论。

三、 教学的效率和资源

即使我们想在小学教集合,也得考虑怎么教、谁来教、有多少时间教。

教师的准备: 并非所有小学老师都具备深入理解和教授集合论的专业背景。要让集合论在小学落地,需要对老师进行大规模的培训,这涉及到教育资源的投入,不是一蹴而就的事情。

教学时间的限制: 小学数学课程本来就安排得满满当当,要挤出时间来系统地讲解集合论,并且保证学生能够真正理解,难度非常大。我们得优先保证那些最核心、最基础的知识点能够被学生掌握。

四、 集合论的“潜移默化”

其实,我们也不能说小学数学就完全没有集合的概念。只是它没有被“点破”,而是以一种更贴近孩子认知的方式存在着。

“分类”和“归类”: 当老师让孩子把红色的积木放一堆,蓝色的积木放一堆时,孩子们其实就在进行“分类”和“归类”,这本身就是集合思想的萌芽。

“数数”也是集合: 数1到10,其实就是在看一个由10个数字组成的集合。我们说“班里有30个同学”,这30个同学就构成了一个“班级集合”。只是我们用更日常的语言和直观的方式来表达,而不是用集合符号 {} 来表示。

“包含”关系: 当我们教孩子“所有正方形都是长方形”,这其实就是在讲集合的“包含”关系。只是我们没有用“子集”这个词。

总结一下:

小学数学不从集合论学起,不是因为集合不重要,而是因为:

1. 孩子的心智发展需要循序渐进: 从具体到抽象,需要时间。
2. 小学数学的侧重点是实用性: 掌握基础计算和解决问题的能力更重要。
3. 教学的现实条件: 教师、时间、资源都有考虑。
4. 集合思想已经以更“接地气”的方式渗透: 孩子们在不知不觉中也在接触相关的概念。

集合论更像是数学的“骨架”,小学数学则是在教授“血肉”和“功能”。等到孩子们的“身体”长结实了,思维也更成熟了,再引入“骨架”的知识,让他们能够更好地理解数学的整体结构,这样会更有效,也更符合教育的规律。

网友意见

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集合论大致可分为 朴素集合论公理集合论.

其实小学还是有初步接触 朴素集合论 的. 比如

里面体现了 集合子集 的概念. 再如

里面出现了集合的 运算.

当然如果你觉得这算不上真正的集合论,那就不妨看看 公理集合论. 公理集合论 目前有若干体系,比较常见的是 ZFC 系统.

ZFC 系统:

外延公理:若两个集合有相同的元素,则这两个集合相等.

配对公理:如果 是集合,则 也为集合.

分离公理:设 为关于集合的一个性质, 表示集合 满足性质 . 则对任意集合 ,必存在集合 .

并集公理:如果一个集合的元素也是集合,则它们的并仍为集合.

幂集公理:对于任一集合 ,其子集的全体构成一个集合.

无穷公理:存在无穷集.

替换公理:设 是以集合 为定义域的映射,则存在集合 .

正则公理:任意非空集合都有一个对从属关系 极小的元素.

选择公理:若集合 的每一个元素都是非空集合,则存在映射 ,使得对任意的 ,有

以上就是所谓的 ZFC 系统,也就是 Zermelo-Fraenkel 系统 加上 选择公理. 这是真正严谨的集合论,但这种集合论别说小学生了,大学生都表示一脸懵逼.

可以想象,集合论的创始人 Cantor 整天跟这种东西打交道,再加上别人对这套理论的猛烈攻击,他不精神分裂才怪呢!

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