浅谈初等数论课程教学的改进

摘 要：初等数论是大学本科数学的专业基础课，但长期得不到足够的重视。究其原因，除其内容相对简单不受师生重视外，也有课程设置不科学和课堂教学方式方法陈旧等因素。本文旨在改进教学方法，阐述课堂教学中的经验心得。归根结底，就是在备课和课堂教学的设计上下工夫，取得理想的教学质量。

关键词：初等数论；教学方法；改进

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2012）09-0021-02

初等数论是数学专业本科阶段代数系列课程中的一门，与高等代数和近世代数等已得到普遍重视的情况相比，初等数论课程的重要性尚未得到充分的认识，主要体现在课程设置不科学、教学方法陈旧等方面，由此导致教学效果差，教学质量无法提高等诸多问题。那么，如何改进初等数论课程的教学、改善教学效果，从而提高教学质量？本文仅就教学实践从两个方面谈谈这一问题。

一、在思想上给予初等数论以足够的重视

初等数论是一门古老的学科，主要研究数的性质和方程的整数解，是中等数学中数的理论的继续和提高，是中学数学与大学数学的最好衔接。尽管其使用的方法是初等的，但应该看到其很多内容及思想为高等代数和近世代数做了很好的铺垫，提供了抽象理论的具体实例。初等数论为后续的代数提供了一个样板，很多理论都要推广到更一般的情形上去。在整数集这个熟悉的领域中体会好代数的思想和方法，为将来学习和研究的提升做准备。更为重要的是目前RSA公钥体制和离散对数体制均来自初等数论，并且正在不断采用数论更为高深的理论成果[1]。这反映出初等数论在实践应用上的价值。既然初等数论课程如此重要，那么一些高校数学专业为什么会不重视这门课程？最根本的原因在于这门课程内容表面上相对浅显，教学单位没有从科学的角度来审视初等数论在大学数学教学中的真实作用，低估了它存在的价值，他们认为大学数学应当讲授更为抽象的问题，初等数论的存在比较尴尬，因此，在课程设置上不够突出这门课程的地位。不但没有将之安排在大一的第一学期讲授，而且有的将其由专业必修课改成大三讲授的选修课。这种错误的课程设置，抹杀了初等数论这门课衔接中学与大学数学教学的桥梁作用。此外，大三学生面对相对浅显的数论课程，也确实提不起兴趣，进而影响到教师对这门课程的备课、授课的重视程度。这种情况冯克勤先生曾经撰文提到过，并且阐述了大一新生开设初等数论课程的理由和积极意义[2]。遗憾的是十几年过去了，仍没有得到广泛的重视。现在，我们采纳冯先生的建议尚不算晚，应当在具体的教学计划上做出切实的调整，以便更好地发挥初等数论在大学数学学习与教学中的作用，进而使之在应用领域能为人熟练地应用，实现这门课程的价值。

教师在教学实践上的重视程度和履行情况也至关重要。教师不但要积极讲授这门课程，而且还要下一番心思认真准备，设计好课堂教学环节，怎样开始，怎样展开，结尾应强调什么，知识点和相关学科知识的联系等，这些环节都极为重要。教师投入热情，自然就会带动学生的热情，师生互动达成，取得良好的教学效果便水到渠成。备课充分与否，教师和学生都能体会得到。

二、改进传统的教学方法

传统的教学方法主要集中于教师课堂讲授演算、随时提问的方式。这种方式立足于教材本身，紧紧围绕教学大纲，中规中矩，对数学专业课程的讲授而言有它的优势。对初等数论来说，情况就不同了。上文所言，不科学的课程设置，实际上是将初等数论这门课程置于比较尴尬的地位。其内容简单，又在大三开设，甚至属于选修课程。带来的结果是听课的人少，学生和老师的情绪互相影响。学生认为没什么可听的，过于简单；教师认为学生一看都懂，讲起来也没什么意思，双方的情绪都不高。这便要求我们必须立足于这门课程在整个大学数学教学中的实际地位，采取相应的更为灵活的教学方式来改变这种状况。我们通过具体的教学实践，总结了以下一些方法。

（一）增加与基本定义及定理相关内容的介绍

在课堂教学中，对基本定义及定理的背景、来源、研究动机、目的与其应用的讲解是必要的。要让学生明白为什么要讲这些内容，它们如何得来，有何应用。如讲质数问题，就要提及整数。整数是最先接触的数集，都以为整数是最基本的数，但中国古代数学家把质数叫做“数根”，意思是数的根本。因为任何整数或者是质数，或者是几个质数的积。古希腊时代的伟大数学家欧几里得在《几何原本》中就已经给出质数的若干性质。欧几里得给出算术基本定理在普通整数中的证明，后来高斯在复整数集{a+bi|a，b均为整数}中得出证明。高斯曾经在《算术探究》提过：“区分质数和合数，并且将合数分解成质因子，是算术中最重要又最有意义的问题。”高斯明确指出了质数的重要性。今天，质数理论不仅在理论上，而且在应用上日益重要。基于大数分解方案的公开密钥体制在信息安全领域的应用就是一个最好的证明。把以上的相关内容向学生做一个简略的介绍，一方面，丰富了质数问题的知识含量，另一方面强调了质数问题的重要性。不但从数学史的角度深化了学生对质数的理解，而且调动了学生学习的积极性。数学史方面的适度渗透，我们在教学实践中经常会用到，效果良好。

（二）盘点每堂课的主要内容，要求学生多练习

课堂上可能学了很多东西，学生能消化吸收多少？一个学期下来学生又记住了什么？我们自己要经常问自己，更要经常问学生。换言之，即要求学生每堂课过后要关注教师的总结，也要自己去总结。课堂上会有一些具体细致的计算与证明，这对领会这门学科的基本方法是必要的，但不能过于执著细的方面，以至于只记得怎样做，而忘了要做什么和为什么要做。要注重讲系统的方法，并展示这些方法可以解决什么问题，同时说明为解决另一些数学问题还需要进一步发展数学。可以在每次课的结尾盘点当天的主要内容以加深印象。但一定要要求学生课下动手做，要多练习，使其具备一定的基本功。学期末，教师要向学生盘点这门课程的重点内容。初等数论都能让我们想到什么，哪些是这门课程的精髓。初等数论的重点是算数基本定理、中国剩余定理、模n的剩余类、欧拉定理（费马定理）、高斯二次互反律等。

（三）营造良好的课堂氛围

相对而言，初等数论这门课内容简单，易于达成师生间的良性沟通，营造出活跃的课堂氛围。但不同授课内容，学生的反应会有所不同。有时学生会对某个问题较为敏感，思维也比较活跃，能够积极思维并参与讨论，带动其他同学，带动整个课堂气氛，这样的教学效果肯定是好的。有时学生会对接受的内容产生诸多疑问，因此，表面上课堂并不活跃，大家都在默默地、积极地思考，沉浸在一种数学的氛围之中。这种课堂氛围同样能达到理想的授课效果。

（四）调动学生参与到应用数论解决简单的实践活动中去

初等数论课是一门可以充分展示学生个性的课。作业中会发现对同一个题目，他们可能有很多种做法，应该对他们给予鼓励，使他们有成就感，进一步提高学生学习的积极性。另外，数论课还可以让学生编一些解决问题的算法。比如，编程解决素数判定（当然是适当大的数以内的）、最大公因数的求解、一次同余式的求解。在全班同学范围内编一个密钥表来模仿公开密钥体制给学生发加密信息等。可以让学生互相比较谁的算法好、速度快，这些既锻炼了学生的编程能力，又提高学生的学习兴趣，同时也培养学生自主学习的能力。

除了上述四个方面外，我们还针对教学中的具体情况采取一些方法。如针对不同层次学生的需求，如何做到因材施教的问题。这是涉及既能保证普遍的教学质量，又能注重优秀学生培养的一个老问题[3]。有的学生天赋好、基础好，常常会有与众不同的想法、问题，要积极引导他们，鼓励他们多读书，读好书。鼓励他们就感兴趣的问题查阅文献资料，这可能同时涉及其他课程、其他学科，也能拓展他们的知识面，让他们感受到数学的应用以及学科之间的关联。

在初等数论课堂教学改进的过程中，我们发现利用这门课程的教学适时地向学生渗透数学的某些思想是有效果的。通过这门课程的教与学，很多学生都明白了数学教学的过程是教师引导他们学习前人得到的概念、定理及方法的过程。这些理论的叙述都是倒叙式的，与前人得到的顺序是相反的。师生虽然不能完全模拟当年数学家的思维过程，也应尽量一起分析这个问题的产生、可能的解决思路，最终方法的确定，一同回味和享受这个过程。这一过程对他们更好地理解理论、体会思想、学习方法、培养兴趣都是非常重要的。另外，这样做有利于培养学生学习的研究能力[4]。

记得有一位老师说过，基础课教学的探讨永无止境。我们只能探索、改进、再探索、再改进。

参考文献：

[1]冯克勤.高校代数教学的一些实践与思考[C]//大学数

学课程报告论坛论文集.北京：高等教育出版社，2005：

49-52.

[2]冯克勤.高校代数课教学的一些作法和看法[J].大学数

学，2004，(5).

[3]曹重光.高等代数课程建设与改革[J].中国科教创新导

刊，2008，(29).

[4]曹重光，张显，唐孝敏，生玉秋.高等代数课程建设与改

革[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2005，(7).

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