跟着汉声学数学:(33)地图、铁轨和海德堡的桥
很多人都听说过著名的七桥问题,也就是海德堡的桥,这七座桥是以道路相互连接起来的,是否有一条不重复就能走完这七座桥的路呢?人们苦苦思索这个问题,一直没有找到答案,直到有名的数学家欧拉利用网络规则,发现一次走完七座桥而不重复是不可能的。
《地图、铁轨和海德堡的桥》这本书,就是依托这件事带着孩子用网络规则解决一些表面看来不同,实际却很类似的问题,这些问题都属于拓扑学中的网络问题。
网络可以将点和点联络起来
在一张最常见的街景图上,如果我们要找到两个地点之间的最短路线,可以用线把这两点之间的路线画出来,用这些线就能代表我们如何行驶,我们把这些线称为路径,这些路径图就形成了一个网络,网络的功用在于显示地点与地点之间是怎么连接起来的。
网络的优势在于一目了然,我们能立刻看出如何行走,这也是我们在数学中常说的抽象,将复杂的街景抽象为简单的点和线,在抽象的过程中,抓住它的本质特点。当然,书中也提到,将路线抽象后,我们也会忽略很多有趣的景物。
生活中有各种各样的网络,可以给孩子做一个简单的科普,比如家中的电路网,身体里的血管网,高速公路的交通网等。
用网络解决生活中的问题
孩子在小学阶段,会学习关于排列与组合的知识,生活中,关于排列组合的问题,都可以利用网络进行解决。五个小朋友比赛下棋,每个小朋友都必须和其他四个小朋友比赛一次,那么总共要比赛多少次呢?如果我们用罗列的方法将比赛场次一一写出来就太麻烦了,,最简单的解法就是画网络图。一次连线代表比赛一次,最终看看不重复的连线有几条,就可以知道需要比赛几次了。
生活中的路线问题,互发邮件问题,拍照问题等,都可以利用网络来解决。
认识奇线点、偶线点
书中关于奇线点、偶线点的介绍,对于学龄前的孩子来说,是否能够连成完整网络部分较难,可以放到孩子八九岁时再次感受。学龄前,直接让孩子在画一画的过程中,明白何为奇线点,何为偶线点即可:连接一点的线有奇数条即为奇线点,连接一点的线有偶数条即为偶线点。
有趣的一笔画网络
孩子从小都玩过一笔画,从一个点开始,顺着路线走,不能走重复的路,将一幅图画完整。有些图可以一笔画完成,有些图则不行,其实这里面也藏着一个数学秘密。
书中给出了一些图形,先让孩子尝试是否可以一笔画完成,然后再来找一找有几个奇线点,几个偶线点,并做出记录。我们发现:所有点都为偶线点的图形和只有两个奇线点的图形可以一笔画,其他图形均不可一笔画。
掌握了这个规则,孩子就能轻松判断一个图形是否可以一笔画。
当然了,判断是否能够一笔画并不是我们研究的目的,我们还是要利用这个知识来解决生活中的问题。海德堡的桥就是一笔画网络在生活中的应用,人们是否可以一次走完七座桥,但不重复过桥路线呢?我们从这七座桥中抽象出网络图,发现其中有四个奇线点,证明它不是一笔画网络,所以答案是否定的。
在这本绘本中,孩子了解了如何从真实世界中抽象出网络,并利用网络解决生活中的实际问题,数学对他们来说,越来越有用。
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