三、数学实验方法
(一)数学实验方法内涵
严格来说,数学实验方法,是指在一定的数学思想理论指导下,经过某种预先的组织设计,借助于一定的仪器和技术手段,进行数学化实际操作,包括对客观事物的数量化特性进行观察、抽样、测试、检验、逼近、仿真等,进而解决数学和科学问题的一类科学研究方法。
比较而言,数学实验方法作为一种实验的方法,数学实验与实际实验有很多共同的属性,如都包括实验主体、工具、手段、对象,但它与实际实验还是有很大的区别,主要表现在三个方面:其一,在于实验对象的关系上,数学实验并不实际改变和作用于实验对象,但却可以对研究对象产生同样的效果;其二,在操作方式上,实际实验有对应的操作仪器,而数学实验主要操作计算机、数学模型和数学符号;其三,在功能上,数学实验主要用于复杂问题的求解和证明,对大型问题进行可行性研究,而实际实验主要是检验理论的真伪。
(二)数学实验方法特征
数学实验方法在内容、形式、手段、功能等方面都是十分独特的,因而具有特有的本质特征。
1.实践性
任何数学实验都是在实践基础上产生的,也就是说,它超越了纯粹逻辑思维的范围,包含有经验性条件。正是源于一定的实践基础和目的,才能促使人类不断去探索更加实用、深刻的思想方法。另外,数学实验与实际实验相结合可用来检验数学模型的准确性和完整性,有助于解释和评价实际实验中的有关现象。
2.创造性
数学实验与科学实验的目的是相同的,探索新现象或新规律,检验已有知识或理论。数学实验扩大了主体在认识过程中的作用,呈现了深刻的创造性,促进了数学的创造性发展。
3.演绎与归纳的统一性
演绎法是从一般到特殊的推理,往往能把前提中隐含的内容揭示出来;归纳法是从个别到一般的推理,往往能揭示出事物的本质属性,数学实验把演绎法和归纳法的精华集于一身,它从模型的初态推出明显结论(演绎),进而对模型进行检验校正。通过观察一系列计算结果归纳出事物的一般规律(归纳),符合人们认识事物的辩证过程。
4.经济实用性与应用广泛性
有些问题在做实物模拟的时候,在准备实验和进行实验方面要花费大量的人力、物力和财力,尤其是某些具有相当大危险性的实验,必须在危险程度小到可以接受的程度才能进行,而如今可以通过数学实验的计算机模拟来进行,如宇宙飞船和卫星发射,飞行路线的模拟等。数学实验应用更广泛,更经济,更精确,更适用,可以在一定程度上取代实物实验。