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古印度的数学家为何要发笑

日期:2007-12-24  来源:杭州日报 重庆法制网  编辑:开州网虫

  (第十一课)
  文/实习生 陆悦

  记者 张向瑜 王倩

  图/记者 王浩

  古印度有个传说:神庙里有三根金刚石棒,第一根上面套着64个圆金片,自下而上从大到小摆放(如上图)。有人预言,如果把第一根石棒上的金片全部搬到第三根上,世界末日就来了(搬动时可借用中间的一根棒,但每次只能搬动一个金片,且大的不能放在小的上)。为了不让世界末日到来,神庙众高僧日夜守护,不让其他人靠近。这时候,一个数学家路过此地,看到这样的情景,笑了!

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  他为什么笑?

  由学军小学校长、省特级教师汪培新带来的经典学堂第11课,是五年级数学课,破解的就是这个问题。


  课堂实录

  大胆猜测:简单?不可能?要很长时间?

  “一旦搬完,世界末日就要到了。可这位数学家为什么还要笑呢?”

  马上有许多只小手举了起来:

  “他觉得这事做起来太简单了,不费吹灰之力,没有必要守着。”

  “可能这是一件不可能的事情!”

  “大概移过去要很长时间的。”

  从这些“大概”“可能”听得出,小家伙们心中也没有底。

  “到底为什么笑?今天我们就来搬搬这些金片,一探虚实。”汪老师这么一说,当即迎来一片叫好声。原来,根据这个传说,人们发明出了一个名叫“汉诺塔”的游戏,汪老师有备而来,给每个三人小组都配备了手提电脑,每台电脑里都准备了这个游戏。

  动手验证:假设金片是1个2个3个4个

  大家商议,决定先假设第一根棒上只有一个金片,然后逐步增加,依次类推:

  一个金片,只需1步,直接放入第三根棒;

  两个金片,3步完成:先把小金片放入第二根棒,再把大金片放入第三根棒,再把小金片转移到第三根棒。

  三个金片呢?下面的声音开始不一致了,说7步、8步、9步的都有。汪老师微微一笑:“那大家都动手试一试,看看谁走的步数最少?仔细观察移动有什么规律!”

  玩了两三分钟后,意见统一了,最少七步完成。“有没有什么规律?”汪老师追问。

  “我觉得就是要不停变换位置。”一个孩子看到了表象。

  “我发现如果金片是单数,第一片就先移到第三根,如果是双数,就先移到第二根。”一个孩子作出了总结。

  汪老师边听边点头。

  当金片增加到四个时,课堂彻底“乱”了:16步、15步、18步、17步、23步,声音此起彼伏。汪老师还是给出了一个老办法:“自己动手试试,再找找规律。”

  经五六分钟“实战”后,答案锁定15步。“发现什么规律了吗?怎么保证快速移完?”汪老师再一次追问,这次举起的手一下多了:

  “中间的那个棒很重要。必须把最小的金片放在最大的上面,这样中间的金片才能移出来。”

  “我发现要把最大的金片移到第三根棒,其他的三个金片就必须移到中间一根棒。前面三个金片移到第二根棒需要7步,把最大的移到第三根棒是第8步,最后把把三个金片从第二根棒移到第三根棒,又是需要7步,刚好7+1+7=15步。”

  “我计算了一下,最大的一个金片移动了一次,倒数第二片移动了两次,第三片移动了四次,最小的移动了八次。”

  ……

  汪老师听得很仔细,点头之外,还有一脸的赞许。

  归纳总结:当金片是x时需要多少步

  四步完成后,黑板上清楚地列出了这么一个表格:一个金片,1步完成;两个金片,3步;三个金片,7步;四个金片,15步。还是一句老话:有什么规律?

  一位胖胖的男生高举起手,语惊四座:“我发现,如果有x个金片,那完成的步数就是2x-1。”连汪老师都忍不住打听孩子的名字。

  经过当场验证,金片增加到五个,完成的次数果然是25-1,即31次。

  谜底解开:孩子们和数学家一样笑了

  根据“2x-1”,传说的谜底就藏在264-1的算式里。但这个数究竟是几?学生们只能用“很大很大很大吧”形容。

  汪老师一点课件,屏幕上出现了答案:18446744073709551615。哇,数都数不清。

  屏幕上继续跳出一串数字:假设搬一个金片要用一秒钟,18446744073709551615÷3600=5124095576030431(小时),再除以24等于213503982334601(天),除以365等于584942417355(年),约等于5849(亿年)。

  汪老师笑着告诉大家:“太阳的寿命是100亿年。”

  有了这么一个参照物,孩子们情不自禁地感叹:

  “要想把金片搬完,这个人都已经不知道多少岁了,根本不可能的。”

  “等到搬完,世界末日恐怕都已经来了,根本用不着高僧管着。”

  “下面的金片越大越重,一秒钟一块都还不够时间呢。”

  “要是搬错了,中途还得重来。”

  孩子们和家长们都笑了,和那位数学家一样。

  举一反三:这叫做“数的膨胀”

  汪老师介绍说,在数学中,这叫做“数的膨胀”。这样的经典故事,还有不少。汪老师特意留了两个题目,请大家回去思考:

  问题一:据传古印度的国王要奖励发明国际象棋的老人,这位老人说他要的奖励很简单,就是在棋盘格内放谷物,第一格放1粒、第二格2粒、第三格4粒……依次类推每次都增加一倍。算算看,国王到底要奖励老人多少谷物?

  问题二:把一张足够大的报纸,对折、对折、再对折……折到第64次时,想想这张报纸有多高?与世界最高峰珠穆朗玛峰比一下,看看哪个高?

  课后互动

  家长提问:我和女儿都见到数学就头疼。做家长的水平不够,怎样才能引导孩子学好数学呢?

  老师锦囊:学数学一定量的练习是需要的,但我个人更倾向于训练孩子的思维能力。小学数学比较简单,课余时间家长可以帮孩子找找数学知识之间的联系。比如数字“3”让你联想到什么?可以是单数,是三角形。“3×4”,除了等于12,还可以表示“4个三角形有12条边”、“长方形的面积:长乘高”、“平行四边形的面积:底乘高”。这就是在训练思维品质。

  有的家长觉得自身没有理科功底,没关系,那就请给孩子制造一个宽松的学习氛围。孩子成绩考差了,别一开口就责骂,帮他分析失利的原因,增强学习的信心和兴趣。

  平时多让孩子“想”问题,你甚至可以这样问:“今天数学学什么?你有哪些体会?”这其实是让孩子自己梳理、归纳当天所学的知识。

  家长提问:今天的数学课明显是在玩中学,我们平时很反对孩子玩游戏,是不是错了?

  老师锦囊:孩子的数学思维发展其实不是靠老师、家长教的,而是他在“玩”的过程中自我树立的。

  数学的发展不是枯燥的几何形体,它其实和生活实际有着千丝万缕的联系,所以一些“益智类”的游戏我们应该鼓励玩,因为其中潜藏着很多数学道理和数学思维。在玩的过程中,在充满兴趣的过程中,孩子的头脑变得越来越聪明,能够渐渐形成自己的逻辑思维。

  作为家长,教育就该像放风筝,让孩子自己飞。成长的过程中如果有了偏离,再拉一拉风筝线也不迟。

  课后留声

  徐奕婕妈妈(学军小学)汪校长的课刚上完,奕婕就跑过来问:“下节课上什么?几年级可以过来?”一听是英语课,还正好适合自己,立马乐了,忙说:“我下节课也要来的,能不能先报名?”为了报名这件事,每个星期我都得绷紧神经,天天看杭报,一有适合的课就毫不犹豫的给女儿报名。

  我们都是老学员了。每次除了听课,课后还做功课:翻杭报,特别留意教育版;把经典学堂的所有相关信息都整理起来归档。

  童派妈妈(求是小学)汪校长说要在乐中学,激发孩子学习的兴趣,我觉得特别在理。童派从小就着迷数学,他对数字的概念特别强。童派很小的时候刚学会数数,我们就惊奇地发现儿子竟然自己会做加减!读了幼儿园,每天走路陪他去上学,路上常给他出题:加、减、乘、除,怎么算面积,怎么算平方,儿子脑袋特灵光,有时候我自己都算不过来了,童派反而能脱口而出。其他课程就要我们“压”着学了,我们已经发现了,有时候反而越压越学不好。有了汪校长的经验,在孩子的其他课程上,我们真得好好寻思,怎么激发孩子的兴趣了。

  范开歆爸爸(长寿桥小学)有一位数学家曾经说过:“有人觉得数学很枯燥、很深奥,但我觉得数学很漂亮,很干净。数学之所以漂亮,关键是看你的兴趣,只要有兴趣,数学就会变得迥然不同。各种不同现象的背后都有一个本质联系,如果能找到这种联系,你就会感受到数学无尽的魅力。”汪老师的课不仅仅引发了学生的兴趣,也让在座的家长们受益匪浅,在众多的家长中反对玩游戏的不在少数,靠“堵”是解决不了问题的,如何“疏”是我们一直在探索的。但“堵”与“疏”的度很难把握,汪老师巧妙地把两者结合,真是让人大开眼界。

  提醒

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  预告

  

  本经典学堂第12课将于本周日(12月30日)推出,由市教坛新秀、翠苑二小的王昱老师带来四年级英语课,王老师的课曾两次荣获全国英语优质课竞赛一等奖,具体预告消息详见明天本报教育版。

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