《数学教育哲学讲座》ppt课件

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1、数学教育哲学讲座,周 根 龙,2007年7月,一、引言,两千多年来，数学一直处在绝对主义范式的统治 下，这种认识范式视数学本体上是不可误的、数学是客 观真理、且数学远离人类事务和价值。,当今越来越多的哲学家和数学家对此提出了异议， 如Laktaos(1976)、Davis与Hersh(1980)、Tymoczko (1986),他们认为数学是可误的，像其它知识一样，数 学是人类创造的产物。,这一变化的意义（放弃数学的可靠性）：,导致人类根本没有可靠的结论；,放弃数学与生俱来的伪安全性；,若数学是不可误的客观知识，则数学不必承担任 何社会责任；,若数学是可误的社会建构，则数学就是一个探究 和认识

2、的过程，是人类不断创造和发明的广阔天地， 是不会终结的产物。,如此动态的数学观对教育的影响举足轻重：,数学教学的目的应包括使学生获得自我创造数学 知识的能力；,数学至少在学校要更新形式，以便所有社会群体 易于接受其概念，并容易得到由它带来的财富和权 利；,再不可理所当然地把数学活动及其应用的涵义置之 一边，而对数学的潜在价值作出深入的分析。,在教学领域与数学观相联系的一些基本问题：,学习的本质：数学学习理论的基础由哪些哲学假说或 可能隐含的假说所构成？应采纳何种认识论和学习论？,教育目的：数学教育的目的是什么？谁提出的目的？ 为谁提出的目的？建立在什么价值标准上的目的？这 个目的使谁受益，谁受

3、损？,数学的本质：数学教学依据什么哲学假说或可能的 隐含假说？这些假说可靠吗？为达到数学教育目的 应采取何种方法？这些方法和目的一致吗？,事实上，无论人们的意愿如何，一切数学教学法根 本上都出于某一数学哲学，即便是很不规范的教学法也 如此。（Thom,1971）,问题并不在于教学的最好方式是什么，而在于数 学到底是什么。如果不正视数学的本质问题，便 解决不了关于教学上的争议。（Hersh,1979）,教师专业数学思想的形成与他们表达数学内容的 典型方式存在着一致性，这有力说明了教师的数学观、 数学信仰和爱好的确影响着他们的教学活动。,二、绝对主义观和可误主义观,数学哲学是哲学的一个分支。它的任

4、务是反思 并解释数学的本质。,数学知识是由具有证明的一组命题所构成的， 由于数学证明仅依据推理而不求助于经验材料， 因此认为数学知识是所有知识中最为可靠的知识。,数学哲学传统上把自己的任务看作为数学知识的 可靠性提供基础，即构建一个系统。在这系统中能够 编排数学知识从而能系统地建立起数学的真理性。,这样做取决于或明或暗地广泛承认的下列假设：,数学哲学的任务是为数学知识，也可以说是为了 数学真理奠定一个系统的并且绝对可靠的基础。这个 假设是基础主义的依据，也就是这样一个信条：数学 哲学的作用是否为数学知识奠定可靠的基础。,基础主义与数学知识的绝对观密切相关，因为基 础主义把验证数学知识的绝对性这

5、一任务视为数学哲 学的中心任务。,1.数学知识的本质,传统上，数学知识一直作为可靠知识的范式。Newton 的原理和Spinozn的伦理学都采用了Euclid的几 何原本的形式（公理化思想）。长期以来，数学一直作 为人类所知的最可靠知识的源泉。,知识的本质是什么？,其哲学标准答案是，知识是已判定为合理的信念。,更准确地说，命题型知识由得到承认（即得到相 信）的命题所组成，并有充分根据判定这些命题。,知识可以按照对它进行论证的依据进行分类。先验 知识由仅仅根据推理而判定的那些命题所组成，而不依 赖于对现实世界的观察。,数学知识属于先验知识，因为它只由基于推理而断 定的命题所组成。,推理包括演绎逻

6、辑和所用的定义，连同我们所假定 的数学公理或公设，构成了推断数学知识的基础。因此 数学知识的基础，即确定数学命题真理性的依据，是由 演绎证明所组成的。,数学知识的基础，即确定数学命题真理性的依据， 是由演绎证明所组成的。,在证明中往往用到两种类型的假设：数学的和逻 辑的。,逻辑假设即推理规则（整个证明理论的一部分） 和逻辑句法，被认为是逻辑的基本组成部分，也是推 理运用过程的组成部分。因此我们认为，逻辑毫无疑 问是知识判定的依据。,数学假设即数学公理或公设，是数学证明依赖的 数学基础 。,数学假设的合理性又由谁来保证呢？,事实上，非欧几何证明了，Euclid公理和平行公设 被人们不再看作是基本

7、的或无可争辩的真理，不再认为 任何这种真理之一遭否定或拒绝时都会引起矛盾。现代 数学知识包括了很多依赖于公理系假设的分支学科，而 这些公理不可看作为基本的普遍真理，如群论公理或集 合论公理。,2.数学知识的绝对主义观,绝对主义数学观：,认为数学真理是绝对可靠的,数学 是一种而且也许是唯一的一种确定的、 不容置疑的客观知识领域。,演绎法为数学知识的断定提供了保证。,断定数学（和逻辑）提供绝对可靠知识即真 理的依据如下：,首先，证明中的基本陈述视其为真，数学公 理假定为真，以便这样考虑使系统得到发展，数 学定义令其为真，逻辑公理认其为真。,其次，逻辑推理规则保持着真理性，即只承 认由真理推导出来真

8、理。,这种数学知识的绝对主义观是建立在以下两种假设 基础上：涉及公理和定义假设的数学假设，以及涉及公 理假设、推理规则和形式语言及其句法的逻辑假设。,罗素悖论,Russel通过定义“不是自身的一个元素”这一特性， 提出了这个悖论。Frege规则允许这一特性的外延作为 一个集合。但这样一来，这个集合是自身的一个元素 当且仅当它不是自身的一个元素，这就是一个矛盾。,这些矛盾的发现自然对数学知识的绝对主义 观是潜在的致命威胁。,如果数学是可靠的，则它的所有定理都是可 靠的，那么它的理论怎么会出现矛盾呢？,既然这虚张声势矛盾的出现并无错误，那么 必定在数学基础中出现了问题。,这些危机带来的结果是，数学

9、哲学的一些学 派发展起来，其目的是解释数学知识的本质并重 建它们的可靠性。三大学派分别是逻辑主义、形 式主义、构造主义（直觉主义）。,A逻辑主义,逻辑主义是把纯数学作为逻辑基本构成成分的思 想学派。,主要倡导者有Leibniz、Frege、Russel等人。,Russel的观点最为显明。主要有两个论点： （1）所有数学概念最终都可以归结为逻辑概念； （2）所有数学真理都可以单作凭公理和逻辑推演 规则得到证明。,Russel等人（1910-1913）用一系列的定义确立了上 述第一论点，但是在第二点上失败了。数学需要非逻辑 公理如无穷公理（所有自然数的集合都是无穷的）和选 择公理。,因此不是所有的

10、数学定理（真理）都能单纯从逻辑 公理导出。许多重要的数学公理确实是独立的，并且无 论采用这些公理还是否定这些公理都不会引起矛盾。,后来逻辑主义想了许多方法来改进，但后来都失败 了，因此把数学知识的确定性归结为逻辑的确定性这一 逻辑主义纲领已在原则上失败了。逻辑不能为数学知识 提供可靠的基础。,B形式主义,通俗地说，形式主义是如下观点：数学是按规则在 纸上用符号所做的一种无意义的形式游戏。,Hilbert的形式主义纲领旨在把数学转化为不予解 释的形式系统。,Hilbert借助一种有限制然而有意义的元数学，通过 导出所有数学真理的形式的对应产物来说明他的形式系 统适合于数学，并通过相容性证明说明该

11、形式系统对数 学是可靠的。,但Godel的不完全理论（1931）证明了这是一个 无法实现的纲领。,其第一个定理证明了甚至不是所有算术定理都能 由Peano公理（或任意一个更大的递归公理系统）导 出。,第二个定理证明了对所要研究的系统而言，证明 其相容性需要比维持系统的“自我完善”更强的元数学， 所以也就根本无所谓系统的“自我完整”可言。(形式系 统无法保证自身的可靠性),C构造主义,构造主义纲领是数学知识的一种重建（数学活动的 改革），以防止数学意义的丧失或陷入矛盾。,最著名的构造主义者是直觉主义者Brouwer.,持构造主义观点的数学家的共同观点是，经典数学 或许靠不住，需要用“构造”的方法

12、和推理重建数学。,他们主张数学真理和数学对象的存在性这两者都必 须由构造的方法加以确定。这即是说，证实真理性和存 在性，就需要数学地加以改造。这和利用矛盾加以证明 的反证法相对立（他们也不承认逻辑上的排中律）。,对于构造主义者来说，知识必须通过构造主义逻辑 的构造性证明加以确立。,数学术语或对象的意义应通过这一形式过程，使 得数学术语或对象得以构造出来。,直觉主义是构造主义的代表。其不仅无法解释非构 造性经典数学的实质，而且否定它的有效性。既没有证 实经典数学所面临的无法回避的问题，也没有说明经典 数学的非协调性和非真实性。事实上，其纲领提出后， 经典的纯粹和应用数学的走势越来越强，因此直觉主

13、义 遭到人们的拒绝。,3可误主义观,可误主义观：数学真理是可误的且是可以纠正的， 决不能把数学知识看作是不能纠正或更改的真理。,反面的表达形式： 数学知识不是绝对真理，它没有绝对有效性。,正面的表达形式： 数学知识中可纠正的且永远要接受更正。,其代表人物是Lakatos。,三、 数学哲学的重新认识,上面我们是在这样的假设下进行思考的：数学知识是 一组附有证明的命题形式的真理，而数学哲学的功能就是 建立这种知识的可靠性。当我们发现这一假设站不住脚时， 就不得不重新考虑数学哲学的本质。,什么是数学哲学的功能和范围呢？,数学哲学不应仅考虑其“内在问题”，而应把数学放在 人类思想和人类历史的大背景中来

14、考虑。数学哲学应该全 面考虑人类创造知识的环境和数学的历史根源。,如果认识论仅注重单一静态的知识形式，而忽略知识 发展的动态，那么它就不能恰当地解释知识。,绝对主义观和可误主义观比较,绝对主义观：注重终结的或展现了的知识，以及知识的基础和判定； 把知识看作一种客观成果的知识，常根本否定涉及知识发生的哲学合理性，并把知识发生问题推给心理学和社会科学（构造主义除外）。,可误主义观：注重知识发生和人类对创造知识的贡献； 能认识到出错在数学中的作用。,绝对主义观 ：,数学（连同逻辑）占有作为唯一可靠知识领域的地 位，数学只依赖严格的证明，同时还否认数学与历史、 知识发生以及人类环境条件相关的内在联系，

15、这一切助长了把数学当作单独的分离学科的观点。,可误主义观 ：,可误主义把更多的内容纳入了数学哲学的范围。由于数学是可误的，因此认为数学绝不能与物理学及其他科学的经验（因而是可误的）知识相分离。,可误主义注重数学知识的发生及结果，从而把数学 看作是历史及人类实践的组成部分。数学不能脱离人类学和社会科学，或者一般地看作人类文化的一部分。数学与人类的整体知识结构相关，是其不可分割的一部分。,绝对主义观 ：,数学是客观存在，无所谓价值，仅涉及数学本身的 内在逻辑。仅从数学内部考虑问题，因此把数学当作是 客观的、绝对超道德的人性价值的知识。,可误主义观 ：,数学充满着像其他知识领域或人类奋斗一样的人性

16、价值。,通过数学历史和社会渊源，把数学与其他人类联系在一起，认为数学赋有价值，充满道德价值和社会价值，这些价值在数学应用和发展中发挥着重要作用。,数学哲学应解释 （1）数学知识（它的本质、判定和生成）；,一种合适的数学哲学标准：,过去对数学哲学是研究数学知识的逻辑基础的错误认识掩盖了数学哲学的上述任务。,（2）数学对象（它们的本质和根源）；,（3）数学应用（在科学、技术和其他领域中数学的有效性）；,（4）数学实践（数学家的活动：现在的和过去的）。,运用新标准对各哲学学派作进一步分析：,A 绝对主义学派,他们的任务本应解释数学的本质，包括解释诸如数学 运用和数学生成等外在的社会及历史因素。由于三大学 派狭隘、排他的固有偏见，因而他们不可能以宽广的思 路去构想并表达数学（直觉主义可能除外）。他们不仅 不能达到自己选择的基础主义的目标，而且即使达到了， 其数学哲学对于新标准来说仍是不够恰当的。,B进步绝对主义（相对形式绝对主义而言）,不同的绝对主义概念的关键在于它们对数学知识和理论 采取静态还是动态观。形式主义和逻辑主义是形式绝对主义， 他们承认在数学公