這是一道微軟的招聘測(cè)試題:中間只隔一個(gè)數(shù)字的兩個(gè)素?cái)?shù)被稱為素?cái)?shù)對(duì),如5和7,17和19,證明素?cái)?shù)對(duì)之間的數(shù)字總能被6整除(假設(shè)這兩個(gè)素?cái)?shù)都大于6),現(xiàn)在證明沒(méi)有由三個(gè)素?cái)?shù)組成的素?cái)?shù)對(duì)。這是一道顯而易見的數(shù)學(xué)題,微軟為何要出這樣一道題?對(duì)于一名能夠靈活自如編寫各種程序的人,數(shù)學(xué)是程序的靈魂。電腦與數(shù)學(xué)原本就有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,早先的許多電腦專家都是學(xué)數(shù)學(xué)出身的。數(shù)學(xué)的原理、思想和方法與技術(shù)的結(jié)合形成了屬于高科技的數(shù)學(xué)技術(shù),數(shù)學(xué)技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ),又是信息技術(shù)的支撐學(xué)科。
在新課程理念下,高中信息技術(shù)與數(shù)學(xué)的整合也不再是單純的技術(shù)支持,而是教學(xué)內(nèi)容上的融合、教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的變革。信息技術(shù)教師要盡可能地向?qū)W生提供充分從事數(shù)學(xué)活動(dòng)的機(jī)會(huì),有意識(shí)地在課堂中滲透各種數(shù)學(xué)思維方法。
● 由算法教學(xué)延伸到數(shù)學(xué)思維訓(xùn)練
程序設(shè)計(jì)思想中最重要的是算法,而算法是建立在數(shù)學(xué)思維上的??梢哉f(shuō),程序只是一件衣服,算法才是它的靈魂。
算法來(lái)自于數(shù)學(xué),沒(méi)有深厚的數(shù)學(xué)思維功底很難真正懂得算法。一個(gè)具有數(shù)學(xué)修養(yǎng)的程序員在寫代碼時(shí)更有可能寫出邏輯嚴(yán)密的最簡(jiǎn)化的高質(zhì)量代碼。微軟公司總裁比爾·蓋茨年輕時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)很癡迷,而微軟的項(xiàng)目經(jīng)理,必須得具備超強(qiáng)的數(shù)學(xué)思維,而且有些還是數(shù)學(xué)專業(yè)的博士,從這也可以看出微軟公司對(duì)數(shù)學(xué)人才的重視程度。
大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生對(duì)此普遍有感觸,計(jì)算機(jī)專業(yè)課程中最難的幾門課程莫過(guò)于離散數(shù)學(xué)、編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),當(dāng)然像組合數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等課程也令許多人學(xué)起來(lái)相當(dāng)吃力,很多自認(rèn)為數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)得很好的學(xué)生在范式、函數(shù)依賴、傳遞依賴等數(shù)學(xué)性比較強(qiáng)的概念面前感到力不從心,這些都是因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)或者說(shuō)數(shù)學(xué)知識(shí)的缺乏所造成的。
數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ),這也是計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生數(shù)學(xué)考試都采用最難試題(數(shù)學(xué)一)的原因。學(xué)計(jì)算機(jī)的學(xué)生之所以覺(jué)得《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門課程很難,就是因?yàn)樗麄兊臄?shù)學(xué)思維鍛煉得不夠!其實(shí)生活中有很多這樣的例子:對(duì)于一個(gè)剛畢業(yè)、編應(yīng)用軟件的大學(xué)生,在編程中用到《線性代數(shù)》的矩陣時(shí),恐怕便會(huì)想,在大學(xué)把線性代數(shù)學(xué)好就好了;當(dāng)在程序中用到動(dòng)態(tài)鏈表、樹時(shí),恐怕也會(huì)想“在大學(xué)時(shí)花點(diǎn)時(shí)間去學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》,會(huì)多么有意義”;當(dāng)學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí),恐怕也會(huì)想“學(xué)《離散數(shù)學(xué)》時(shí)為什么要逃那么多課”。所以,數(shù)學(xué)思維不夠,在軟件編程時(shí)就會(huì)有很多疑慮,顯得有點(diǎn)縮手縮腳,而且寫的程序也不夠健全,缺乏邏輯。
數(shù)學(xué)試題與應(yīng)用程序試題是許多大型軟件公司面試中指向性最明顯的一類試題,這些試題就是考查應(yīng)聘者的數(shù)學(xué)能力與計(jì)算機(jī)能力。
不僅是微軟,世界上一些著名的IT公司在筆試的時(shí)候,都會(huì)在程序設(shè)計(jì)題中考查應(yīng)聘者的數(shù)學(xué)思維能力。數(shù)學(xué)上功底扎實(shí),在軟件編程上會(huì)優(yōu)勢(shì)盡顯,項(xiàng)目的設(shè)計(jì)模式會(huì)格外優(yōu)化,程序邏輯條理也格外清晰。軟件編程需要很強(qiáng)的邏輯思維能力,而數(shù)學(xué)最能培養(yǎng)人的邏輯思維能力,其實(shí)我們國(guó)家的計(jì)算機(jī)軟件水平的落后不是因?yàn)槲覀內(nèi)鄙俪绦騿T,而是因?yàn)槿狈Χ當(dāng)?shù)學(xué)的高質(zhì)量的程序員。
● 把程序設(shè)計(jì)運(yùn)用到數(shù)學(xué)教學(xué)之中
高中新課程在內(nèi)容選擇上體現(xiàn)了信息技術(shù)與學(xué)科之間的融合。例如,數(shù)學(xué)新教材中增加了算法、算法流程圖及信息技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容,有的甚至提供了實(shí)現(xiàn)算法的VB源程序。這與信息技術(shù)選修模塊《算法和程序設(shè)計(jì)》的教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)。另外,《算法和程序設(shè)計(jì)》中解決的實(shí)際問(wèn)題有很多是數(shù)學(xué)問(wèn)題,如求圓的周長(zhǎng)、等差數(shù)列求和等。這為實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)教學(xué)與數(shù)學(xué)教學(xué)的整合奠定了內(nèi)容基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容與程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容有很高的相關(guān)度,數(shù)學(xué)、信息技術(shù)教學(xué)、信息學(xué)競(jìng)賽教學(xué)內(nèi)容相互融合、相互促進(jìn),通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和延伸,相互滲透,相互促進(jìn)。
在學(xué)習(xí)中國(guó)古代數(shù)學(xué)時(shí),中學(xué)生能夠很容易理解的內(nèi)容還有熟知的割圓術(shù)、多項(xiàng)式求值的秦九韶算法等。算法內(nèi)容反映了時(shí)代的特點(diǎn),同時(shí)也是中國(guó)數(shù)學(xué)課程內(nèi)容的新特色。中國(guó)古代數(shù)學(xué)以算法為主要特征,取得了舉世公認(rèn)的偉大成就?,F(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展使算法重新煥發(fā)出前所未有的生機(jī)和活力,算法進(jìn)入中學(xué)數(shù)學(xué)課程,既反映了時(shí)代的要求,也是中國(guó)古代數(shù)學(xué)思想在一個(gè)新的層次上的復(fù)興,成為了中國(guó)數(shù)學(xué)課程的一個(gè)新特色。
中學(xué)數(shù)學(xué)中的算法內(nèi)容和其他內(nèi)容是密切聯(lián)系在一起的,如線性方程組的求解、數(shù)列的求和等。具體來(lái)說(shuō),需要通過(guò)模仿、操作、探索,學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)程序框圖表達(dá)解決問(wèn)題的過(guò)程,體會(huì)算法的基本思想和含義,理解算法的基本結(jié)構(gòu)和基本算法語(yǔ)句,并了解中國(guó)古代數(shù)學(xué)中的算法。
新課程的整合要求學(xué)科教師之間相互促進(jìn),教師在備課時(shí)要突破學(xué)科的界限,多關(guān)注學(xué)生在學(xué)什么、做什么、關(guān)注什么,從而找到與學(xué)科融合的切入點(diǎn),擺脫被動(dòng)的工具性角色,在潛移默化中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)不只是技術(shù)還是一門科學(xué)。將數(shù)學(xué)應(yīng)用于信息技術(shù)學(xué)科,是給錯(cuò)綜復(fù)雜的教學(xué)問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程,本身也包含了創(chuàng)造的因素,不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的興趣,而且培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)造性的思維能力,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力十分有利。培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維和解決問(wèn)題的能力,是信息技術(shù)教學(xué)最關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題,而信息技術(shù)也為數(shù)學(xué)教學(xué)提供了應(yīng)用的平臺(tái)。