高中数学万能钥匙:看完这本书数学考满分——有戏了

高中数学万能钥匙:看完这本书数学考满分——有戏了

△ 大数学家 G·Polya

有一种简单、靠谱、稳定地解决问题的方法,叫作四步解题法。

01

第一步,彻底理解问题。

问题既不能太难,也不能太简单。你不要迎难而上,主动去找太难的问题,也不要随遇而安,专找自己会做的问题。为了确保真正理解问题,你最好把问题用自己的话换成各种形式反复重新表达。无论怎么重新表达,都别忘了要指出问题的主干:要求解的是什么?已知什么?要满足哪些条件?

02

第二步,形成解决思路。

这一步的关键是获得好思路。你过往解决问题的经验、已经掌握的知识,这些是思路的来源。你要问自己:有没有解决过与当前问题相关的问题?当时用的办法现在还是否适用?要不要做以及做哪些调整?如果思路始终不肯降临,你就试试改变这个问题的各个组件:已知、未知、条件,逐一替换,直到找到与之相似而你又解决过的问题。

03

第三步,执行。

获得思路需要知识、良好的习惯、专注力,还有运气,执行它就相对简单,主要靠耐心。要反复提醒自己:每一步都要检查。检查有两种,一种是直觉,一种是证明,两种都有用,但是两回事。直觉是问你自己,这一步是不是一眼看去就是对的;证明是问你自己,能不能严格证明这一步是对的。

04

第四步,总结。

绝不能解决完问题就了事,那就浪费了巩固知识和提升技巧的机会。你再检查一遍论证过程,尝试用另外的方法解题,寻找更明快简捷的方法。还要问:这次的解法能否用来解决其他问题?主动制造反馈,抓住举一反三的机会,总结是最好的启发时刻。

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△ 《怎样解题》实体书

上面的四步解题法来自《怎样解题:数学思维的新方法》(How to Solve It:A New Aspect of Mathematical Method)一书。它出自大数学家G·波利亚(G.Polya)之手。在成名之前,波利亚曾经是中学数学老师,学生当中有约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann)。

波利亚在数论上有诸多成就,但随着时间流逝,最为人们所记住的还是这本书,它面向师生,讲如何解数学题。今天数学界著名的天才人物陶哲轩,小时候曾经用它来准备奥数比赛。

这本书不仅适用于天才,也适用于常人,总销量过百万册,有 17 种语言版本,是有史以来最畅销的数学书。

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我读后有两大感想:

一是如果当年我的数学老师用过这本书,我的数学不会像现在这样差;

二是这套四步解题法是普适的。波利亚说适用于中学生,也适用于大学生,无所谓,只要是学数学就行。

我觉得不止于此。与四步解题法相对应,有个完整的提问清单。波利亚本来假设由老师来提问,并启发学生找到答案。但即使没有老师,只是你自己一人,面对的不是数学题,而是种种人生难题,四步解题法及问题清单也极有价值。它适用于无数其他情境,帮助每个人寻找各自问题的解决之道,不论它是什么问题。

01

在理解问题阶段的问题清单是:

求解什么未知数?

已知什么?

条件是什么?条件充不充分?

但凡能画图,一定要画,把条件分解成各个部分,把问题用自己的话重新讲,反复讲。

02

在构思解题思路阶段的问题清单是:

以前有没有见过相似或相关问题?

以前用过的方法这次是否适用?

不相似的地方是否需要引入辅助假设?

条件有没有用足?

能不能构造比现在更简单一点的问题,先解决简单的?

如果微调已知数、条件,甚至改变求解的未知数,能否找到解题线索?

03

在执行解题思路阶段的问题清单是:

每一步都检查过了吗?

能看出来这一步是对的吗?

能证明这一步是对的吗?

04

在回顾总结阶段的问题清单是:

结果检查了吗?

论证过程检查了吗?

能否用另外的方法推出结果?

能否将方法用于解决其他问题?

波利亚认为,这些问题清单必须要系统、自然、明显、符合常识,防止打断形成思路的进程;必须要反复问,把它内化成肌肉反应;必须要有一般性,不仅适用于眼下的问题,还能适用于所有情境;必须要从一般性问题逐渐引到具体问题,激活思路,再回到一般性问题上来,如此反复迭代。这样才能为练习者指出思考的方向,同时又留下足够的努力空间。

波利亚四步解题法及提问清单应用了启发式学习法(heuristics)。启发式学习法起源于古希腊科学家阿基米德那句著名的“Eureka!”(我找到了!),传承至今。它不保证完美结果,看重实用性,是发现、解决问题并从中学习的经典方法。虽然数学在人类知识中最接近纯粹的演绎学科,但数学发现的过程,以及我们学习数学的过程,是从反复试错的试验、归纳、总结中演进的。

启发式学习,简单但不容易,本身不是秘诀,一看就懂,照方抓药绝对管用,却必须艰苦修炼才能有所成。

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