问题

学习数学一定要用抽象的思维去学吗?

回答
学习数学,这事儿可真有意思,说它必须得用“抽象思维”吧,也不是那么绝对;说它跟抽象思维没关系,那更是瞎话。要我说啊,这个问题得掰开了揉碎了说,才能看得明白。

首先,咱们得明白,数学这玩意儿,它本身就带着一股子“抽象”的劲儿。你想想,咱们平常数苹果、数香蕉,那是具体的东西,一二三四,看得见摸得着。但数学一旦进入到“数”本身,比如“3”这个数字,它就脱离了具体的苹果。这个“3”可以代表三个苹果,也可以代表三只猫,也可以代表三秒钟,甚至没有任何具体代表。它变成了一个符号,一个概念,一个纯粹的数量关系。这本身就是一种抽象。

所以,从这个角度来说,理解数学概念,是离不开抽象思维的。 当老师在黑板上写下“x + 5 = 10”,让你求“x”的时候,“x”代表什么?它不是一个具体的数字,它是一个未知量,一个占位符,你需要用逻辑去推断它到底是什么。这个“未知量”的概念,就是数学抽象的体现。再比如几何,我们画一个圆,它可能是个实实在体的球,也可能是个圆盘,甚至只是一个抽象的形状。我们研究圆的周长和直径的关系,这个“关系”是普适的,不依赖于你画的是一个大圆还是一个小圆,更不依赖于你画的是一个球还是一个盘子。这种从具体事物中提炼出普遍规律的能力,正是抽象思维在起作用。

但是,这并不意味着我们学习数学的每一步,都得像个老僧入定一样,只沉浸在抽象的概念里。 事实上,很多时候,恰恰是通过“从具体到抽象”,我们才能更好地掌握数学。

想想我们小时候学加法,老师不会上来就讲“加法是集合的联合运算”。而是会拿出苹果,给你三个,再给你两个,然后问你“一共有几个?”。你把苹果数出来,3 + 2 = 5。这个过程,就是从非常具体的实物操作,到稍微抽象的数字表示,再到更抽象的加法运算的过渡。没有这个具体的“苹果”作为起点,很多孩子理解“加法”这个概念会困难得多。

又比如,我们学分数。一开始,老师可能会切一个蛋糕,告诉你“这一块是蛋糕的四分之一”。你看到了具体的“一部分”,然后理解了“四分之一”这个符号代表着“把整体平均分成四份,取其中的一份”。再比如,我们学到“1/2 + 1/4”,可能会用饼图来表示,一个半圆加上一个四分之一圆,然后告诉你这等于四分之三。这里,“饼图”就是一种具象化的辅助工具,它帮助我们把抽象的分数运算,转化成我们能直观理解的图形表示。

所以,你会发现,很多时候,抽象思维的学习,是需要借助具体的例子、形象的比喻、直观的图形,甚至动手操作来铺垫和支撑的。 如果一开始就直接抛出抽象的概念,很多人会觉得“云里雾里”,不知道在讲什么。

尤其是在更深的数学领域,比如微积分、线性代数,抽象性会大大增强。但即使是在这些地方,优秀的数学老师也总是会想方设法地用各种模型、类比来帮助学生建立直观的理解,再去深化抽象的认识。比如,解释导数的时候,会用“瞬时速度”来类比,解释向量的时候,会用“箭头”或者“位移”来帮助理解。

说到底,学习数学,更像是一个“搭桥”的过程。 你需要用具体的、熟悉的经验来搭建通往抽象概念的桥梁。一开始,桥可能不那么结实,需要很多具象的支撑;随着理解的深入,这些具体的支撑就可以慢慢撤去,桥梁本身也变得更加稳固和抽象。

所以,是不是一定要用抽象思维去学?我的看法是:

理解数学的核心内容,离不开抽象思维。 数学语言本身就是高度抽象的,很多数学定理、公式揭示的是普遍的、内在的规律,这些都需要抽象的分析和推理。
但学习过程,不等于只能进行抽象思维。 事实上,为了培养和运用好抽象思维,我们经常需要借助具体、形象、甚至操作性的方法。它们是学习过程中的“脚手架”,是帮助我们理解抽象的最佳途径。
关键在于“循序渐进”和“方法得当”。 从简单具体的例子入手,逐步过渡到抽象的概念;运用恰当的辅助手段,让抽象变得可理解。

如果你感觉学习数学有点吃力,不妨想想,是不是有些环节你过分依赖某个具体的例子,而没有体会到它背后的抽象规律?或者,是不是你直接面对抽象概念,而缺少了一些具体的、直观的“拐杖”?找到这个平衡点,或者说,找到适合自己的“搭桥”方式,才是学好数学的关键。

网友意见

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首先,费曼是物理学家,不是数学家。虽然有的理论物理学家在数学上也极有建树,比如Witten,但是就我所知费曼好像并不是这样的。

其次,题主你看的那本书是《别闹了,费曼先生》。那是一本里面有好多段子性质的内容的传记性质的休闲读物。连科普作品都很难算得上。

最后,也是最关键的,就在题主你贴的这段文字前后,还有这样的内容。




所以,为什么不能这么学数学已经很明显了吧?

最后,再多说两句。学习数学例子和反例当然是极其重要的。但是这些例子不是胡乱来的。就像孔子说的:随心所欲不逾矩。这个矩就是抽象的思维的结果。没有这个,你所能做的,充其量也就是胡搅蛮缠罢了。

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《别闹了,费曼先生》

题主后面的问题是来自《别闹了,费曼先生》这本书。

上面这本书是闲聊的一本书。费曼一生幽默机智、几近顽童的行止,书里没有难懂的科学知识,在一件件新鲜事背后,隐然透露着人性最接近自然的本质。

  费曼得过诺贝尔奖,是近代最伟大的理论科学家之一。他是搞物理的,被征召加入制造原子弹的曼哈顿计划。

这个人很调皮,当时居然破解安全锁,偷到机密资料后,潇洒的留下字条告诫管理人员要小心安全。而他的鲜事也传颂一时。他爱坐在上空酒吧内做科学研究,当那酒吧以妨碍风化遭到取缔时,他上法庭辩护。

这本书中讲到了拓扑。数学中比较非常抽象的东西,又非常好玩的东西。

拓扑这东西一堆符号跟天书一样,都是一些稀奇古怪的。

比如知乎编辑器里有一个符号 这个符号长得跟大于号一样。但是怎么念,为什么要折腾出这样一个新的符号就很有讲究。这个符号就是跟拓扑有关。

上面简单的讲了那个符号是怎么抽象出来的。

  看了费曼那本书再结合 数学、 抽象思维 与 拓扑这三个关键词,能引发很多思考。

现在略微举几个例子。


小昭换内裤与抽象的思维

小昭换内裤曾经很火,引发了一阵子热潮

戴着脚铐的小昭是如何换内裤的?于是有了教程。

这个例子很形象,一点也不抽象。 但是如何把这个形象的内容转化成一个一般化的拓扑问题,则需要很严密的数学抽象思维去整理。


从抽象到形象生动的故事

拓扑无处不在,只不过不自知而已。比如博弈的基础就是拓扑不变性。

博弈论里有抽象出一堆天书一样的数学符号,这些符号怪里怪气,再加上翻译的问题,使得其难以推广。而诸如囚徒困境这种形象的故事,使得博弈论很容易被接受,并普及开来。

很多难懂的东西都是靠抽象出来的一个生动的故事,使得它广为人知。

比如,分形跟混沌。这两个东西都跟拓扑有关。抽象出来的英国海岸线有多长,蝴蝶效应这两个好故事使得分形与混沌广为人知。

在具体的学习中,比如离散数学里有全序与偏序两个概念,计算机里还有拓扑排序的概念。

以全序和偏序来说,就让人头疼。如果抽象成直观的层级拓扑图就非常好理解。

比如 全序可以理解为一条棍子的就是全序 ,不是一条棍子的就是偏序。

总之,能抽象出一个好故事,也是一个非常重要的内容。

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不请自来。我学数学n年了,是吃这碗饭的。虽然我说的不一定对,但是我说的一般都有些根据。

数学中“抽象”是分成几个层级,据一个例子:现实生活的三维空间,一般的 (欧式空间)、 拓扑空间和“拓扑空间与连续映射构成的范畴”,是几个不同的level。学习数学是可以通过“具体”的例子来学的,但是费曼先生讲的具体和数学中的具体有点不一样。 你理解的“具体例子”一定要还原到现实生活,这就有点过头了。我推荐学习的数学的方法是冯 诺伊曼的学习方法:“熟悉”。

年轻人,在数学里,你不能要求(完全)理解一些事,你只能熟悉它们了。


当你要学习一个高水平的“抽象”的时候,拿出自己熟悉的低一级的例子去理解。比如,通过对n=1,2的欧式空间的一些结果去理解一般的欧式空间。通过欧式空间、 l^2空间去理解希尔伯特空间和巴拿赫空间。 当你娴熟的理解一个级别的抽象后再进军下一级别。 但是,记住,不管哪个级别,学习数学的时候,尽量用数学的例子的来理解。特别是,如果你是一个数学专业的人,要切记这一点。因为数学有很多反直觉的结果,这些非平凡的特例很重要。比如,你学习数学分析/高等数学,当然了,你可以通过日常生活的运动轨迹来理解“连续函数”,但是你很难通过这个来知道一个事实:“存在一个连续函数处处不可导的函数”(比如,威尔斯特拉斯函数)。 第一次,知道这个函数,你会诧异,我也会。对于这样的特例,你要记住 、多算几次然后熟悉它。慢慢地,你会有一个直觉:连续性比可导差很多这个时候,根据你对威尔斯特拉斯有下面的“想象”。它也变成了你能直接理解的“熟悉的事物”了。 你也可以利用它来理解下一个级别的抽象概念。 但是,这个图只是“想象”,你不能较真,也不能靠这个来“证明”存在一个连续函数处处不可导,具体的证明还得回到它的定义:




我承认很多数学有点为了“抽象而抽象”,但是,大部分数学的抽象是为了处理“更一般的问题”,获得“更深刻”的理解而去做的。了解那些“抽象”的起源会对你理解抽象数学帮助很大,这就是为什么Artin的代数关注很多具体的群,阿提亚自己甚至会搜集一些高度不平凡的反例。


归纳一下吧:学习抽象数学自然可以通过例子,我甚至推荐你多熟悉各种例子,但是这些例子必须是“数学的例子”,如果你把它弄成很形象的“生活例子”也无所谓,但是你一定要小心“它是不准确”的。 当你熟悉一个level的抽象后记得去进军下一个level。这样可以事半功倍。

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