Правила и алгоритмы

Несмотря на то что понятие алгоритма является едва ли не самым распространенным в современной математике, природа этого понятия становится более ясной только с появлением математической логики. С исторической точки зрения понятие алгоритма связано скорее с алгеброй, потому что именно там оно появляется впервые. Любопытно то обстоятельство, что слова алгебра и алгоритм обязаны своим возникновением имени одного человека – арабского математика Аль Хорезми (787 – ок. 850), после которого осталось несколько трактатов и среди них один был посвящен арифметике, а другой – алгебре. В обеих книгах широко используются разнообразные алгоритмы, а сам термин алгоритм есть искаженное произнесение имени Аль Хорезми (dixit algorizmi – «так сказал Аль Хорезми»). Название же книги по алгебре – Китат аль-мухтассар ибн хасаб аль-габр в’алуккабала – привело к введению слова алгебрадля обозначения соответствующего раздела математики.

Важность понятия алгоритма в настоящее время безусловно осознается в связи с появлением возможности быстрых вычислений, производимых компьютерами. Действие физических машин – компьютеров – основано на исполнении ими программ, которые представляют собой алгоритмы. Простые алгоритмы типа деления столбиком известны каждому школьнику из курса математики, и, казалось бы, нет более знакомой вещи в математике, чем алгоритмы. Математика имеет дело с математическими объектами, среди которых можно назвать числа, функции, множества, фигуры и т.д. Суть математики состоит в доказательстве истинных утверждений об этих объектах, и если есть такое доказательство, объект, фигурирующий в утверждении, считается существующим. Вопрос о том, где он существует: в мире идеальных сущностей, или же в уме у математика, или же во внешнем мире, – занимает в основном философов математики и не интересует нас здесь. Удивительным и весьма важным фактом является то, что алгоритм в обычном его понимании не является традиционным математическим объектом.

Для понимания этого важного факта следует обратиться к тому, что представляют собой математические утверждения. Обычно они являются дескриптивными, т.е. описывающими свойства математических объектов. В более широком смысле можно полагать, что математические утверждения описывают математическую реальность, что бы под этим ни понималось. Важно лишь то, что математические утверждения суть описание чего-то такого, чье существование по некоторым критериям допускается или постулируется.

Что касается алгоритмов, то они носят императивный характер, который виден из того, что они представляют собой предписания: сделай так-то и так-то. В этом смысле они не являются математическими объектами в традиционном их понимании, потому что императивы не есть часть математики. Это представляется странным, но следует учесть, что алгоритмы появляются в доказательствах классической математики в виде текста, который никак не подходит под определение математического объекта как чего-то такого, что описывается математическими утверждениями.

Термин "понятие" обычно применяется для обозначения мысленного образа некоторого класса вещей, процессов, отношений объективной реальности или нашего сознания.

Математические понятия отражают в нашем мышлении определенные формы и отношения действительности, абстрагированные от реальных ситуаций.

Каждое понятие объединяет в себе класс объектов (вещей, отношений) - объем этого понятия - и характеристическое свойство, присущее всем объектам этого класса, и только им, - содержание этого понятия. Например, понятие "треугольник" соединяет в себе класс .всевозможных треугольников (объем этого понятия) и характеристическое свойство - наличие трех сторон, трех вершин, трех углов (содержание понятия); понятие "уравнение" соединяет в себе класс всевозможных уравнений (объем понятия) и характеристическое свойство - равенство, содержащее одну или несколько переменных (содержание понятия).

Содержание понятия раскрывается с помощью определения, объем - с помощью классификации. Посредством определения и классификации отдельные понятия организуются в систему взаимосвязанных понятий.

Формирование понятий - сложный психологический процесс, начинающийся с образования простейших форм познания - ощущений - и протекающий часто по следующей схеме: ощущения - восприятие - представление - понятие.

Обычно разделяют этот процесс на две ступени: чувственную, состоящую в образовании ощущений, восприятия и представления, и логическую, заключающуюся в переходе от представления к понятию с помощью обобщения и абстрагирования.

Чувственная ступень в процессе формирования понятий соответствует первому этапу пути познания вообще, т. е. "живому созерцанию", и поэтому ее осуществление требует широкого применения наглядности. Если ученику никогда не показывали модель куба или предметы, имеющие форму куба, то у него не может образоваться представления, а следовательно, и понятия куба.

Процесс формирования понятий будет эффективным, если он ориентирует учащихся на обобщение и абстрагирование существенных признаков (характеристического свойства) формируемого понятия.