论数学中微积分的发展史

538 李维春 1002507007

一、微积分的内容和概念

解析几何是代数与几何的产物，它讲变量引进了数学，使运动与变化的定量表述成为可能，从而为微积分搭建了舞台。微积分是建立在实数、函数和极限的基础上的。极限和微积分的概念可以追溯到古代。到了十七世纪后半叶，牛顿和莱布尼茨完成了许多数学家都参加过准备的工作，分别独立地建立了微积分学。他们建立微积分的出发点是直观的无穷小量，理论基础是不牢固的。直到十九世纪，柯西和维尔斯特拉斯建立了极限理论，康托尔等建立了严格的实数理论，这门学科才得以严密化。

微积分是与实际应用联系着发展起来的，它在天文学、力学、化学、生物学、工程学、经济学等自然科学、社会科学及应用科学个分支中，有越来越广泛的应用。特别是计算机的发明更有助于这些应用的不断发展。 微积分学是微分学和积分学的总称。客观世界的一切事物，小至粒子，大至宇宙，始终都在运动和变化着。因此在数学中引入了变量的概念后，就有可能把运动现象用数学来加以描述了。由于函数概念的产生和运用的加深，也由于科学技术发展的需要，一门新的数学分支就继解析几何之后产生了，这就是微积分学。微积分学这门学科在数学发展中的地位是十分重要的，可以说它是继欧氏几何后，全部数学中的最大的一个创造。

微积分的基本内容研究函数，从量的方面研究事物运动变化是微积分的基本方法。这种方法叫做数学分析。 本来从广义上说，数学分析包括微积分、函数论等许多分支学科，但是现在一般已习惯于把数学分析和微积分等同起来，数学分析成了微积分的同义词，一提数学分析就知道是指微积分。微积分的基本概念和内容包括微分学和积分学。微分学的主要内容包括：极限理论、导数、微分等。积分学的主要内容包括：定积分、不定积分等。微积分是与应用联系着发展起来的，最初牛顿应用微积分学及微分方程为了从万有引力定律导出了开普勒行星运动三定律。

二、微积分的萌芽

微积分的思想萌芽。可以追溯到古代。历来面积和体积都是自古以来数

学家感兴趣的课题。在古代希腊、中国和印度数学家们的著述中，不乏用无限小过程计算特殊形状的面积、体积和曲线长的例子。

（1）中国数学家的极限，积分思想

最早出现在公元前三百年左右，著名的我国古代哲学著作《庄子》一书的《天下篇》里就记载着庄子的朋友惠施的话:“……至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小

一。 ……飞鸟之景，未尝动也．镞失之疾，而有不行不止之时。”把这段话翻译成现代语言，意思是说: “至大是没有边界的，这叫做无穷大；至小是没有内部的，这叫做无穷小。飞鸟在任何一个确定的时刻，只能占据空间的一个特定位置。因此，在这一瞬间它就静止在这个位置上，无所谓运动。如果箭在一瞬间占有两个不同的位置，这只箭一定在运动着。如果在一段时间内飞箭占有同一位置，这时既不能说它是静止的，又不能说它在运动着。”由此可见，立论者当时对“无穷”已有了一定程度的认识。惠施的另一段话: “一尺之棰，日取其半，万世不竭”，更清楚地表现了我们祖先朴素的极限思想。

到了魏晋时期， 我国数学家已经开始把极限概念用于近似计算。 刘徽在约公元2xx年为《九章算术》所作的注释中，提出了“割圆术”，用于计算圆周率π。他从圆的内接正六边形开始，每次把边数加倍，屡次应用勾股定理，求出正12边形、正24边形， ……的每边长．边数越多，多边形周长与圆周长越接近。刘徽指出: “割之弥细，所失弥少．割之又割，以至不可割，则与圆周合体而无所失矣。”意思是说：割得越细，正多边形周长与圆周长之差也就越小，最后与圆周重合，便没有误差了。应当指出，1700多年前的刘徽不可能对极限概念有完整的认识。他的话前一半是对的，后一半则不确切，因为永远没有“不可割”的时候，也永远不会“与圆周合体而无所失”。尽管如此， 刘徽的这一创见，仍是我国古代数学的伟大成就之一。 刘徽的割圆术，后来又被南北朝时期著名天文学与数学家祖冲之(429—500)所发展。 祖冲之应用割圆术，算出

3.1415926<π<3.1415927，使圆周率π精确到小数点后第六位。

( 2 ) 外国数学家的极限、积分思想

欧几里得（公元前3xx年~前2xx年）是古希腊数学家，以其所著名的

《几何原本》闻名于世，其中对不可约量及面积与体积的研究，包含穷即竭法的萌芽。公元前三世纪，古希腊的阿基米德在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下面积和旋转双曲线的体积的问题中，就隐含了近代积分的思想。

三、微积分的发展

到了16世纪，有许多的科学问题需要解决，由于航海、机械制造、军

事上的需要，运动的研究成了自然科学的中心议题，于是在数学中开始研究各种变化过程中的变量之间的依赖关系，变量的引进，形成了数学中转折点。

微积分的酝酿，主要是在17世纪，生产的发展提出了许多科技上的要求，这些科学问题的解决，对数学提出了新的要求，也是促进微积分产生的因素。到了十七世纪，有许多科学问题需要解决，这些问题也就成了促使微积分产生的因素。归结起来，大约有四种主要类型的问题：第一类是研究运动的时候直接出现的，也就是求即时速度的问题。第二类问题是求曲线的切线的问题。第三类问题是求函数的最大值和最小值问题。第四类问题是求曲线长、曲线围成的面积、曲面围成的体积、物体的重心、一个体积相当大的物体作用于另一物体上的引力。 十七世纪的许多著名的数学家、天文学家、物理学家都为解决上述几类问题作了大量的研究工作，如法国的费尔玛、笛卡尔、罗伯瓦、笛沙格；英国的巴罗、瓦里士；德国的开普勒；意大利的卡瓦列利等人都提出许多很有建树的理论。为微积分的创立做出了贡献。

四、微积分的建立

17世纪上半叶在一系列前驱性的工作，沿着不同的方向向微积分的大门逼近。但所有的这些努力还不足以标志微积分作为一门独立科学的诞生。没有人能将这些联系作为一般规律明确的提出。因此需要有人站在更高的高度将以往个别的贡献好分散的努力综合为一套理论。英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼茨分别在自己的国度里独自研究和完成了微积分的创立工作，虽然这只是十分初步的工作。他们的最大功绩是把两个貌似毫不相关的问题联系在一起，一个是切线问题（微分学的中心问题），一个是求积问题(积分学的中心问题)。牛顿和莱布尼茨建立微积分的出发点是直观的无穷小量，因此这门学科早期也称为无穷小分析，这正是现在数学中分析学这一大分支名称的来源。牛顿研究微积分着重于从运动学来考虑，莱布尼茨却是侧重于几何学来考虑。牛顿在16xx年写了《流数法和无穷级数》，这本书直到17xx年才出版，它在这本书里指出，变量是由点、线、面的连续运动产生的，否定了以前自己认为的变量是无穷小元素的静止集合。他

把连续变量叫做流动量，把这些流动量的导数叫做流数。牛顿在流数术中所提出的中心问题是：已知连续运动的路径，求给定时刻的速度（微分法）；已知运动的速度求给定时间内经过的路程(积分法)。

德国的莱布尼茨是一个博才多学的学者，16xx年，他发表了现在世界上认为是最早的微积分文献，这篇文章有一个很长而且很古怪的名字《一种求极大极小和切线的新方法，它也适用于分式和无理量，以及这种新方法的奇妙类型的计算》。就是这样一片说理也颇含糊的文章，却有划时代的意义。他以含有现代的微分符号和基本微分法则。16xx年，莱布尼茨发表了第一篇积分学的文献。他是历史上最伟大的符号学者之一，他所创设的微积分符号，远远优于牛顿的符号，这对微积分的发展有极大的影响。现在我们使用的微积分通用符号就是当时莱布尼茨精心选用的。

五、微积分创立的历史意义

微积分学的创立，极大地推动了数学的发展，过去很多初等数学束手无

策的问题，运用微积分，往往迎刃而解，显示出微积分学的非凡威力。微积分学极大的推动了数学的发展，同时也极大的推动了天文学、力学、物理学、化学、生物学、工程学、经济学等自然科学、社会科学及应用科学各个分支中的发展。并在这些学科中有越来越广泛的应用，特别是计算机的出现更有助于这些应用的不断发展。微积分的产生和发展被誉为“近代科技文明产生的关键事件之一”，它引入了若干极其成功的，对以后许多数学家的发展起了决定性作用的思想。恩格斯称之为“17世纪自然科学的三大发明之一”微积分的建立无论是数学还是对其他的科学以致于科技的发展都产生了巨大的影响，充分显示了数学对人的认识发展、改造世界的能力的巨大促进作用。其实一门科学的创立决不是某一个人的业绩，他必定是经过多少人的努力后，在积累了大量成果的基础上，最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样。不幸的事，由于人们在欣赏微积分的宏伟功效之余，在提出谁是这门学科的创立者的时候，竟然引起了一场悍然大波，造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前，因而数学发展整整落后了一百年。应该指出，这是和历史上任何一项重大理论的完成都要经历一段时间一样，牛顿和莱布尼茨的工作也都是很不完善的。他们在无穷和无穷

小量这个问题上，其说不一，十分含糊。牛顿的无穷小量，有时候是零，有时候不是零而是有限的小量；莱布尼茨的也不能自圆其说。这些基础方面的缺陷，最终导致了第二次数学危机的产生。

第二篇：初中数学论文

合作教学探索

一、合作教学形式

合作教学是将全班学生分成若干小组，在教师恰当的组织和有效的调控下，在课堂教学过程中，以“个人自学”、“小组合作”、“班级合作”为基本教学形式，通过师生之间、学生之间多边互动，积极合作完成教学任务的一种教学模式。

1、合作教学体现学生的主体地位

合作教学是师生之间相互作用，积极合作完成教学任务的教学。在教学活动中，学生是学习的“主体”“主角”，教师起“主导”“导演”作用。老师的主要任务是为学生设计学习情景，激发学生学习兴趣，调动学生学习积极性，让学生参与教学活动全过程

2、合作教学有利于学生认知的发展

在合作教学活动中，教师引导学生合作沿着前人研究、探索数学问题的路子去思维、动脑、动口、动手，亲自体验知识的发生和形成过程，这样不仅掌握了知识，而且学会怎样学习。

3、合作教学有利于教学信息的及时反馈

教师能从合作过程中充分了解不同层次学生的学习信息，及时调整教学策略，针对认知过程中出现的问题，给予点拨、引导，使学生顺利地合作学习，达到预定的教学目标。

二、合作教学的实施策略

1、营造课堂上良好的合作气氛

教师对教材的处理和教学问题的设计应难度适中，既要突出重点，又要分散难点。使学生在每一课的学习中，有一定知识坡度和难度，让学生“跳一跳能摘到果子”。如在“一次函数的图象和性质”新授课的练习中，提出问题“已知函数y=kx的图象经过第二、四象限，那么函数y=-kx+k的图象不经过 象限。”这对刚学习一次函数的图象和性质的学生，要解答这道题，确实难度较大，学生无从下手，我把这个题目改为“已知函数y=kx的图象经过第二、四象限，那么：

（1）k 0（填“>”“=”“<”）；

（2）函数y=-kx的图象经过 象限；

（3）函数y=-kx+k的图象经过 象限。

这时，学生“动”了起来，没有“旁观者”、“怠情生”，在教师的引导启发下，合作分析、讨论，图形结合，解答出来。难题被突破了，合作的成功体验使他们学有兴趣、轻松愉

快，这样，便营造出良好的合作气氛。

2、合作教学课堂活动的操作

合作教学课堂活动操作的主要环节是：引、读、议、练、结。

（1）引：教师围绕教学内容，认真研究每节课的引入，创设情境。采用问题提出、设问引思、复旧引新等手法，为新课的导入铺路搭桥。

（2）读：教师给出阅读问题，为学生自学定标定向，让学生根据提纲阅读教材。对自学中碰到的疑难问题，小组同学可以小声议论，互相启发，取长补短。教师必须来回巡视，指导学生阅读，了解阅读效果，掌握学生自学中存在的疑难问题和不足之处。

（3）议：对各小组自学存在困惑不解的问题以及新知识中的重点、难点、疑点，教师不要急于作讲解、回答，让全班学生合作议论，各抒己见，集思广益，互相探究，取长补短，通过再思、再议达到“通”的境地，解惑释疑。对积极发言的学生予以表扬，对有独到见解的给予肯定、鼓励。

（4）练：这环节的目的是巩固知识，培养能力，发展智力。教师要精心设计练习题，突出解题的思路和思想方法，突出在练习过程所出现的难点、疑点，先让学生独立思考，小组共同议论，后由教师提问或学生板演的形式促进全班合作学习，创造性解决问题。

（5）结：就是对所学内容进行归纳整理，巩固深化所学知识。课堂小结也应师生合作参与进行。先让学生谈学习体会、学习心得，谈学习中应注意的问题。

3、让学生参与教学活动

（1）组建好合作学习小组。学生之间的合作交流，规模要小一些，以4至6人为宜，应由能力不同、性格各异的学生组成。为了使学生合作成功，还必须使学生在自己组内感到愉快。因此，组建合作学习小组前，教师应该熟悉和掌握每个学生的能力、个性和他们之间的人际关系，应当要求学生表明愿意和那些同学在一起。分组时，教师应尽可能给予考虑照顾，使每个学生都有一个好伙伴和他同组，促进小组内部有效合作。

（2）教育学生正确对待合作的争论。合作必有争论，争论的情境和气氛应是合作性的，而不是竞争性的。应强调整体目标，而不是个人目标。在合作的气氛下，争论无所谓输赢，而是互相尊重、互相学习。

(3)师生换位。引导学生充当小老师,让学生到讲台上,代替教师完成一些他们能够做到的事。如:分析解题思路、总结解题方法及经验、评讲同学板演的内容、组织全班学生对各小组合作学习进行评价等等,这些都是促使学生参与合作教学的有效方法。

(4)及时对各小组的合作学习效果进行评价。通过评价激励,使小组成员感受到他们同在

“一条船”上,荣辱与共,从而在学习过程中,共同协作,互相学习,取长补短,各尽其才。

三、体会

1、留给学生独立思考的时间，实施有效的课堂讨论

在刚开始实行合作学习时，当教师一宣布讨论，学生就“千姿百态”：有的是你说你的，我说我的，互相“干扰”；有的是一言不发，静当“听众”；有的是交头接耳，窃窃私语，东张西望，是“自得其乐”。从表面上看学生是动起来了，小组合作学习也开展起来了，课堂气氛也很活跃。但仔细观察便会发现：学生一会儿忙这，一会儿忙那，教室里乱糟糟、闹哄哄，这些只停留在形式上的热热闹闹，不能真正激发学生深层次的思维。讨论时间一到，教师就指名汇报，这样合作的“含金量”能有几分？

让每个学生的独立思考为前提，有针对性、目的性的讨论，才能达到自主学习的要求。如何才能做到这一点呢？在出现问题后，不要急于组织或要求学生讨论，应留给学生一定的独立思考时间，等学生有了自己的想法后再参与讨论，组内同学互相交流看法时要言之有物，言之有理，并轮流在班内发言，再由本组同学补充，然后征求全班同学的意见，最后达成共识。否则课堂内的讨论与交流将流于形式，如有些讨论时间小于2分钟,学生在叽叽嘎嘎地说,谁也听不清楚。这样讨论,很难培养学生独立思考和终身学习的能力，极易助长部分学生的依赖心理，造成两极分化。

2、通过教师的指导，发展学生的知识和技能

当教师提出问题让学生探索并寻找答案时，要放手让学生活动，但要避免学生兴奋过度或活动过量，应当具体研究怎样放，怎样收；什么时候放，什么时候收。有时讨论中出现“争执不下”的现象，我们要注意教给学生一些沟通的技巧，如多查找相关资料，多做思考和交流，去除自我为中心的思想、专心倾听别人发表意见、不随便打断别人发言、能够整合不同的观点、汲取彼此的智慧，尊重事实、形成共识等。

在进入教师的指导阶段时，要先搜集各组汇报的疑惑，有针对性的进行指导。学生可以解决的问题就不用去指导，学生没有解决的问题，要做到有效的指导。尤其应注意的是，当学生进行小组合作讨论时，教师不能站在一旁无所事事。此时教师应以听、看为主，把注意力集中在了解上，在此基础上，迅速地思考下一步的教学应作哪些调整，哪些问题值得全班讨论，哪些问题需要教师讲解。

合作学习以研究与利用课堂教学中的人际关系为基点，以目标设计为先导，生生、师生合作为基本动力，以小组活动为基本教学形式，以团体成绩为评价标准，以大面积提高学生的学业成绩、借以此文抛砖引玉，以期得到同行的指正和帮助。