適性調整教學

講者:嚴健彰

2020/12/05 中華民國數學年會 教育議題論壇 逐字稿(經編修)
版權聲明:此文經講者授權中華民國數學會刊登於教育資源平台及電子報,未經講者授權請勿轉載或部分引用

發表

  首先謝謝會長,還有在場的教授們,

  我想我被指名來這裡是因為我是輔大的老師,所以第一位報告。我也很榮幸分享一下輔仁大學微積分現況,以及一些教學的分享。

  我們現在理工學院的微積分,就分三組。當然數學系一組,因為有四學分。資數組是三學分,但是我們沒有加入理工學院微積分。物理系有特別的要求,除了這兩個系之外,電機、資工、化學,我們還有一個醫資學程,所以分成第三組。採共同教學的方式。

  那我們在規劃之前,一開始實施的時候,我們先分成 ABC 這三種,第一種比較傳統,就是從多項式,精確的極限去闡述。其實本來 A 組,就是一般的微積分課本,就按照這個方式講解。那第二種是,針對物理系,物理系希望很早就教完向量分析,我們就以這個方式。後面做變換積分技巧,那第三組,一開始規劃多項式微分然後不定積分,最後我們才講精確的極限,這是有點倒過來講。剛剛那個主題我們大概如此依序,但我們覺得主題還是太多,理工核心的微積分課程,就是從多項式微分,然後積分,這是第一個部分,第二個部分我們再引進三角函數,然後指數對數,最後做一些積分技巧與微積分基本定理。這也有點像我們先教完一遍,然後再用函數的概念,先講多項式,把微積分的微分積分的部分先講完,然後再講三角函數,第二個學期,就回到各個系。

  像我教化學系,我就拿化學數學來教它的微積分的前半部。我發現這樣學生比較有學習動機,不然以前化學系,大概學生覺得,化學系學微積分,跟他的專業科目,好像沒有什麼連結。所以我們就把化學數學的前半部,拿來講微積分課。也是教到多變量。大概很多我們的學生,都有一些學習的困難,在高中,或者基礎不太夠。所以我們就多開了一個磐石課,這是我們現在實驗的。我們明年可能會使用教學的方式有錄影,面授,活動,也是混合教學的作法,我們會把每一次活動的紀錄,做一個訊息的傳遞路徑,看教授者到學生,到底有沒有落實這個訊息的傳遞。用這樣子的方式,也讓學生覺得不會一整堂課,要很久一直在聽,這個是未來可能的方法,這個方法也用在英文授課的課程裡面,但是還沒有用在數學的上課方式,所以這是我們未來,應該會嘗試的一個作法,叫混合教學,Blended Learning。

  那我本身也在台大教暑修微積分。我教的是乙組,雖然我教乙組,但是我也把泰勒展開式及精確的極限意思,告訴乙組的同學,最後講到了Itos Formula。我覺得微積分,有一些地方講了,但是沒有講完是很可惜的。我發現有幾個,甲組可能都會講一階線性微分方程,但是乙組不一定會講這個部分。教微分方程我的感覺是,我們醞釀了極限,醞釀了許多事情,就像聽音樂一樣,等到了一階微分方程,有些到乙組,第二類類組的,可能就跳過去了,可能就沒有講。但是一階微分方程把所有的微積分前半部做了一個整合,要知道微積分的意義,你要學積分因子,要有微積分基本定理,才能去解這些。然後再加上積分技巧,把所有的統整在微分方程,它沒有時,像跳過這個微分方程,等於你聽音樂會聽到高潮的時候不見了,這是第一個。

  第二個,把一維推廣到二維,線性變換沒有講。第二個就是,有限解析跟無窮解析的概念,沒有在高中,沒有在在國中裡面講。其實在我們的微積分教學,我個人的認知,我覺得國小講完後,少了一個概念,就是無窮極限,我的小孩現在四歲,有一天我教他,1+1=2,2+2=4,他說,爸爸你明天要去講1+1=2嗎?我說對,沒錯,就是,我在微積分裡的,就是我在微積分裡的第一個,1+1=2怎麼講。就是1=0.9 這件事情,用一個 s=0.9,然後乘一個10再相減,把這個無窮的概念避掉了,這個地方沒有再強調過,所以我們直接跳到了ε - δ,可是其實 ε - δ 是倒果為因,它應該是 δ - ε 才對,直觀是這樣。到最後,你才能夠發展出 ε - δ。然後,微積分整本到最後都在講決定論,牛頓的力學定律等等到最後。我們現實生活上,就財務,都是大部分的,除了science比較確定的牛頓的力學定律。

  可是到量子力學有了隨機,有 brownian motion,這個地方沒有被加入,所以微積分又失掉了一點點。那有限解析跟無窮解析,就是函數在強調定義域、值域,還有沒有強調表格table,你只要發現表格跟 table 之間,就是有限解析跟無窮解析,所以把微分,這個概念,物理講的,沒辦法知道粒子的速度跟位置,在同一個時刻。微積分的導數,告訴你測得到粒子的速度跟位置,在同一個時刻,那物理跟數學有沒有矛盾?這個是我們要去思考的,就在有限解析跟無窮解析的。

  高中到大學,log 跟 ln,實應該以 log10 去推導,才會出現自然指數的意義。我覺得微積分課本連接性是不夠微積分地編排,就是,我們現在在做的一個教材,就是你必須從基礎,沈思,觀察,抽象概念到最後自主學習,所以我把微積分分成五個層次,第一個就是你要有知識面,大多停留在知識面,可是精神面沒有被揭露,沒有看到,所以,同學們沒有辦法去處理一般的事件。在他累積的生活經驗,如果知道這個之後,知識是從創新到應用兩個在做交互,最後,你會把整個學習,學習微積分把他當作一個學習面。學習如何學習微積分,隨時學習在這個變動的世代裡面去做一個調整。謝謝大家,最後就是一句話,見山是山,見山不是山,見山還是山。


結語

  我覺得微積分跟線性代數都很重要,其實兩個可以結合在一起。因為微積分最後就是多變量,只是變了一個線性代數的問題,可以把它們結合在一起。那我其實思考的一個點,剛沒有提出來就是,我們在改變,我們的學習經歷並不是現在學生的學習經歷,所以我們要反過來思考,我教的另外一門課叫數學軟體,數學軟體有 Maple、Python。你說微積分裡面的習題什麼,你都可以把他用 Maple 及 Python 解得。所以如果在這個前提底下,我們應該思考,要教的是什麼?當然有一些 Maple,就是,你放進去,譬如級數極限什麼的,你都可以用這個軟體,甚至都免費的,那在這樣底下,我們是不是要抽出更根本的微積分跟線性代數的精神,應該被放入教學裡面的而不是停留在這個知識面。以上。