小時候,老師說學數學是為了解決生活問題,長大後,雖然隱隱約約知道,數學似乎可以用在高科技產業,卻總覺得數學離生活愈來愈遠,除了考試、就業外,不知道還有什麼用途。
「可以用來實現幻想唷」!
生活中有許多物理現象可以用數學模型模擬,例如簡諧運動、鐘擺、自由落體、重力場……等,聽起來又是令人頭痛的深度內容,但如果換個方式表達:「數學可以用來設計摩天輪、旋轉木馬、海盜船,還可以用來製作『Angry Bird』」,似乎又變得可愛、親人了。
為了讓高一學生能感受到使用數學的樂趣,筆者開設了一門選修課,讓學生一人一機,利用動態幾何軟體「Geogebra」,實現兒時的幻想場景,如主題樂園。主題樂園是許多學生擁有回憶的地方,學生容易發揮想像進行創作,藉數學之力帶學生重拾回憶。此外,主題樂園有多樣化的設施,每種設施都能用不同的數學模型建構,且愈是希望精準控制設施的運作,愈是需要用數學式來撰寫,以達最佳效果。因此,筆者將這些設施分作不同的單元,每次上課逐步建構各項設施,期末便可集大成,製作出專題「夢幻遊樂園」。
以主題樂園為例,圖一為學生彭稟皓的作品,將原本只有座標平面、點、線的數學作業,加入了自己最愛的「彩虹小馬」,變成美麗的遊樂園。不僅如此,更加入自己的創意,設計出課堂沒有教過的斷軌列車,並做出前後景的效果。
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圖一 學生彭稟皓作品──彩虹小馬遊樂園 |
樂園中的設施,最容易上手的是「軌道車」,利用函數設計出喜歡的軌道,就可以將函數上的動點(t, f(t))當作車廂核心,再將自變數t作為時間軸,讓動點在函數上行進(如圖二);接著,利用尺規作圖的技巧,建造出和動點連動的圖形,再加入一些想像力,就可以做出精美的軌道車了。在這過程中,藉此學習各種函數圖形及變換。
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圖二 軌道車的雛型 |
筆者也以此為題,先行設計各種函數圖形,讓學生從圖片(如圖三)中猜測、實驗、破解,研究出這些函數的寫法,這是在高中課程中常用到的解題技巧(例如非多項式方程式求實根個數),學生可以藉此機會熟悉課本習題。
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圖三 各種變換後的函數圖形 |
除了動態圖形外,若再加入簡易的程式設計及邏輯思維,學生也能利用數學概念設計互動遊戲,如Angry Bird、太空之旅等。如圖四中,學生陳宇揚、張曜巖以Angry Bird為題材設計的作品「Angry Bob」,以位移、速度、加速度向量建構重力場,並設計出不同的關卡,難度會逐漸增加,甚至設計了飛行射擊模式進行魔王關的挑戰。
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圖四 學生陳宇揚、張曜巖作品──Angry Bob |
本課程已進行逾五年,學生的作品一年比一年精彩,充滿許多獨特的創意,複雜度也遠超過課程要求,學生常常在鐘響後還難以停手,回家後更是大量投注時間與心血。這是數學作業,卻是讓學生能夠沈浸其中的數學作業,雖然學習內容沒有照著課本走,但是卻需要大量的數學概念及邏輯思考,更需要問題解決的能力。或許數學對許多的學生來說,除了能提昇自己的競爭力外,不知為何而學;筆者認為,數學可以具現化自己的想像力並實現幻想──創造出夢想中的場景,這樣,數學其實也挺有趣的。
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