浅谈:如何认识自然数
数是对数量的抽象,数的关系是对数量关系的抽象。为了更好地研究现实世界中量的关系,就必须对数量进行更一般的抽象。抽象的结果就是自然数 ,那么什么叫做自然数?我们可以有两种方法认识自然数。
一、基于对应的方法
首先利用图形对应表示事物数量的多少,然后再对图形的多少进行命名,最后把命名了的东西符号化。如:
两颗苹果□□←→2 (1)
三只小猪
□□□←→3 (2)
... ...
(1)式中可以用两个方块来表示苹果的数量,再用2表示两个方块,进而用2表示两颗苹果;(2)式中可以用三个方块来表示小猪的数量,再用3表示三个方块,进而用3表示三只小猪。其中小方块是沟通数量与数字之间对应关系的桥梁,小方块不仅可以代表苹果、小猪,还可以代表任何元素,这样的表达具有一般性,我们称(1)、(2)式为模式(能够认识或者解决一类数学问题的方法称为模式)。
这种基于实际背景认识自然数的方法是直接的、直观的、也是深刻的,因此,我国现行小学数学教材普遍采用的就是这样的方法,也是我们在教学过程中普遍采用的教学方法。
一般来说,需要从两个角度来把握这种抽象:在形式上,自然数去掉了数量后面的后缀名词;在实质上,自然数去掉了数量所依赖的实际背景。自然数的抽象过程深刻地表明,数学不是研究某一个有具体背景的东西,数学研究的是一般的、规律性的东西。反过来,人们又可以把一般性的结果应用于某一个具体的事物,这就体现了数学的价值。把实际生活中存在的数学问题,利用数学符号表示、以数学思维解决,再用数学答案回归到具体的实际生活中,将生活和数学联系起来,发挥数学的价值。
二、基于定义的方法
数的定义紧密地依赖于数的关系,即大小关系。通过大小关系定义自然数的方法利用了“后继”的概念。(后继数是指紧接某个自然数后面的一个数,如2的后继数是3,4的后继数是5。0不是任何自然数的后继数,每一个确定的自然数,都有一个确定的后继数。)
比如,先有1;称1的后继为2,2比1大1,表示为2=1+1;称2的后继为3,3比2大1,表示为3=2+1;等等。
通过这样的后继关系,人们就得到了所有的自然数,最初规定自然数是从1开始的,后来为了更一般的表示,又规定自然数是从0开始的。
可以看到,通过定义认识自然数的方法完全排除了现实背景,这样的方法过于抽象,不适用于第一阶段(1---3年级)的数学教学。但是作为数学教师应当知道这样的方法,并且要理解其中的逻辑关系,因为数学的严谨性是从数的定义开始的。
上面的两种认识自然数的方法均表明,在现实世界中抽象了的数是不存在的,存在的只是数所对应的数量。比如:在现实世界中,自然数3是不存在的,存在的只是具体的3匹马、3头牛、3只小猪等等。
总而言之,自然数是指用以计量事物的件数、物体个数或表示事物次序的数,即用数码0,1,2,3,4,... ...所表示的数。表示物体个数的数叫做自然数,自然数由0开始,一个接一个,组成一个无穷的集体。自然数有有序性、无限性,分为偶数和奇数,合数和质数等。
自然数1.有序性
自然数的有序性是指,自然数可以从0开始,不重复也不遗漏地排成一个数列:0,1,2,3,... ...这个数列就叫做自然数列。一个集合的元素,如果能与自然数列或者自然数列的一部分建立一一对应,我们就说这个集合是可数的,否则就说它是不可数的。
2.无限性
自然数集是一个无穷集合,自然数列可以无止境地写下去。
对于无限集合来说,“元素个数”的概念已经不适用,用数个数的方法比较集合元素的多少只适用于有限集合,为了比较两个无限集合的元素的多少,集合论的创立者——德国数学家康托尔,引入了一一对应的方法。这一方法,对于有限集合显然是适用的,21世纪把它推广到无限集合,如果两个无限集合的元素之间能建立一个一一对应,我们就认为这两个集合的元素是同样多的,对于无限集合,我们不再说它们的元素个数相同,而说这两个集合的基数相同,或者说这两个集合等势。