跳到主要內容區

數學之美與微積分學習

NTUT 教學資源中心|AI 輔助微積分教學資源

數學之美與
微積分學習

從動態幾何視角透視函數、空間與微積分的本質

洪老師用 Desmos 動態繪圖搭配多種 AI 工具,把導數、黎曼和、體積這些常停留在符號層次的概念,做成學生可以拖動、旋轉、放慢來看的圖形與互動網頁。這裡整理他在示範簡報中用到的全部線上資源,每一項都附畫面、說明和可直接掃描的 QR Code。

21 項線上資源10 張課程投影片6 個學習單元工具:Desmos 2D/3D、Claude、Gemini、YouTube
洪揮霖老師的深藍單色線稿肖像
洪揮霖老師(單色線稿插畫)
01

授課教師

專長
微分方程、邊界值分析及不等式
最高學歷
國立中央大學數學研究所 博士
研究室
共同科館 602 室
分機
3062
E-mail
honger@ntut.edu.tw
簡報封面:數學之美與微積分學習,國立臺北科技大學通識教育中心
簡報下載

數學之美與微積分學習(示範簡報)

完整 10 張投影片,PDF 格式,約 1.7 MB。封面與第 2 張投影片上的 QR Code 可直接用手機掃描。投影片視覺由 Gemini Notebook 生成。

下載簡報 PDF
02

從符號推演到動態感知

傳統微積分課多半停在極限符號與代數運算,連續的變化被凍結在紙上。這套教材的出發點是讓代數和幾何互相翻譯:代數保證邏輯正確,幾何讓學生看見方程式背後的形狀。

以切線為例,學生在黑板上看到的是 y = f′(a)(x − a) + f(a);在動態圖形裡,他們拖動 a,看割線一路轉成切線,導數成了斜率與形狀在一個點上的連續變化。

簡報把整門微積分整理成「變化、累積、變換」三條線,最後收在三個學習目標:建立直覺、透視空間結構、發展數學創造力。

投影片:從符號推演到動態感知
簡報第 5 張
03

AI 在這套教材裡做了什麼

不同工具各負責一塊:Desmos 處理精確的數學操作,AI 工具用來產生課程視覺、做互動網頁與 3D 模型。

工具 在教材中的用途 對應資源 學生怎麼用
Gemini Notebook 生成 10 張投影片的概念插圖與版面,如微積分架構圖、黎曼和演化、切片原理。 全部投影片(右下角有浮水印) 上課看投影片,建立概念全景
Claude 洪老師把概念做成可操作的單頁互動網頁:玫瑰綻放、龍形曲線、科赫雪花、碎形樹配唐詩、國樂與唐詩。 6 個互動網頁 手機掃碼即可操作,不用安裝
Gemini Canvas 建立 3D 吉娃娃模型,旁附建模與運動軌跡分析面板。 1 個分享頁 對照模型和面板,看建模用到的函數
Desmos 2D/3D 數學繪圖主力。標註 Honger 的圖檔為洪老師自製,另引用 Desmos 國際大賽作品作賞析。 13 個圖檔 拖動滑桿、改參數、讀運算式

Desmos 本身是數學繪圖工具,不是 AI;放在表中是因為它承擔了教材中所有需要精確計算的部分。

04

依簡報順序的六個學習單元

點畫面或「開啟資源」進入,也可以用手機掃 QR Code。可以只看某一種工具的資源。

共 21 項資源

1

美的入口:用作品打開好奇心

課程先不談定義,而是讓學生看見數學能畫出什麼:金門大橋、蜂鳥、幾何城市、玫瑰花束、會搖尾巴的吉娃娃。每一幅圖背後都是一組函數或參數式。

前三件是 Desmos 國際大賽的外部作品,用來示範可能性;玫瑰與吉娃娃則對照同一主題在 Desmos、Claude、Gemini 中的不同做法,其中兩個玫瑰互動網頁由洪老師以 Claude 製作。

引用提醒:金門大橋、Geometropolis、Hummingbird 為其他創作者的作品,課堂使用請保留原作者名稱與連結。

Desmos 國際大賽作品賞析

Golden Gate Bridge 畫面
Desmos 2D

Golden Gate Bridge

Desmos 藝術競賽作品。以多邊形與隨機函數畫出夜間金門大橋的燈光、雲與海浪,共 221 條運算式,兩個滑桿可開啟浪花與燈光閃爍動畫。

開啟資源 ↗外部參賽作品(作者說明在圖檔左側)
Geometropolis 畫面
Desmos 3D

Geometropolis

以五種柏拉圖立體為主題的虛構城市,631 條運算式。按播放鍵啟動動畫與音樂,建議以深色模式觀看。

開啟資源 ↗作者:Aayan Deshpande(Desmos 國際大賽作品)
Hummingbird 畫面
Desmos 2D

Hummingbird

用 3D 轉 2D 投影、圓柱與環面參數式畫出蜂鳥振翅採花,單一參數 j 驅動整段動畫。

開啟資源 ↗作者:simon Lav(Desmos 國際大賽作品)

同一主題,不同工具:玫瑰與吉娃娃

玫瑰花束 畫面
Desmos 3D

玫瑰花束

以 Paul Nylander 的玫瑰參數曲面為基礎,平移複製出 5 朵玫瑰組成花束,加上包裝、蝴蝶結、雪花與星星。

開啟資源 ↗圖檔標題標註「學生」
3D 吉娃娃建模 畫面
Gemini Canvas

3D 吉娃娃建模

可互動的 3D 吉娃娃,旁邊的分析面板列出軀幹與頭部建模、運動學與尾巴簡諧擺動角度;可切換犬種、動作、穿衣、視角與線框模式。

開啟資源 ↗以 Gemini Canvas 製作的分享頁
綻放之光玫瑰 畫面
Claude 互動網頁

綻放之光玫瑰

線框光暈風格的玫瑰綻放動畫,可拖動綻放進度、重新播放,並切換多組色彩漸層。

開啟資源 ↗洪老師以 Claude 製作
玫瑰花開 畫面
Claude 互動網頁

玫瑰花開

3D 玫瑰從花苞逐步綻放,可拖曳旋轉、縮放,並切換花色。

開啟資源 ↗洪老師以 Claude 製作
2

碎形與無限:簡單規則,無窮細節

微積分處理的是趨近極限的平滑,碎形展示的是無窮迭代下的自相似。從旋轉正方形、直線包絡、平方根螺旋,到龍形曲線和科赫雪花,學生在同一個規則反覆作用的過程裡,第一次直觀感受到「極限」。

r = √((1 − p)² + p²),迭代深度 N = 60

這一單元也延伸到跨領域:碎形之樹長成後題上唐詩,樹下清音以國樂配詩,讓數學、詩、樂放在同一個畫面。

投影片:碎形與無限,遞迴幾何的深邃之美
簡報第 2 張
旋轉正方形碎形 畫面
Desmos 2D

旋轉正方形碎形

正方形每次旋轉縮小後內接,疊出螺旋狀圖形;縮放比例 r = √((1−p)² + p²),迭代深度 N 可調。

開啟資源 ↗Desmos 2D 圖檔
旋轉摺疊碎形 畫面
Claude 互動網頁

旋轉摺疊碎形

從一條線段開始,每次以最後一點為中心複製並逆時針旋轉 90°,逐層長出龍形曲線;可逐步前進、後退。

開啟資源 ↗洪老師以 Claude 製作
科赫雪花 畫面
Claude 互動網頁

科赫雪花

從正三角形逐步疊代科赫雪花,說明周長趨向無窮、面積收斂於有限值。

開啟資源 ↗洪老師以 Claude 製作
碎形之樹 畫面
Claude 互動網頁

碎形之樹

L-system 碎形樹生長動畫,長成後以書法字題上唐詩;可選詩、字體、朗誦語言(國語、台語、English、日本語、韓語)與背景音樂。

開啟資源 ↗洪老師以 Claude 製作
樹下清音 畫面
Claude 互動網頁

樹下清音

選一種國樂器(竹笛、古箏、古琴、琵琶、洞簫、二胡),畫面換成對應的樂人插畫並配一首唐詩,可奏樂與朗誦。

開啟資源 ↗洪老師以 Claude 製作
甜點盤 畫面
Desmos 3D

甜點盤

用不等式與參數式建模的雙層甜點架,有布丁、馬卡龍、冰淇淋與蛋塔。

開啟資源 ↗Desmos 3D 圖檔
3

導數:從割線到切線

簡報用「變化、累積、變換」三條路線畫出整門微積分的架構,導數是「變化」的起點。互動圖檔讓 B 點沿著 f(x) = x² 滑向 A 點,學生看著 n 條割線收斂成切線。

y = f′(a)(x − a) + f(a)
投影片:微積分的架構圖
簡報第 3 張
2-1 切線與導數 畫面
Desmos 2D

2-1 切線與導數

f(x)=x²,用 n 條從 A 到 B 的割線逐步逼近 A 點切線 y = f′(a)(x−a) + f(a)。

開啟資源 ↗洪老師自製(Desmos,標註 Honger)
4

積分:從離散到連續

嚴謹的 ε-δ 定義與微積分基本定理寫在左邊,右邊用動態圖形翻譯它們。黎曼和工具讓學生把 n 從 5 拉到 50,看長方形一階一階被撫平成曲線下的面積。

limn→∞ Σ f(xi)Δx = ∫ f(x) dx
投影片:從離散到連續,黎曼和的動態演化
簡報第 5 張
5-3 中點黎曼和 畫面
Desmos 2D

5-3 中點黎曼和

五次多項式在 [a, b] 上的黎曼和,C 可切換左端點、中點、右端點,n 可調 2 到 100,並與定積分比較。

開啟資源 ↗洪老師自製(Desmos,標註 Honger)
5

從平面到空間:面積旋轉與切片

當二維面積開始旋轉,定積分就從測量平面走進三維空間。面對複雜立體,做法是把它切成無數個能計算的二維切片,再用積分把維度加回去。

3D 固體 → 2D 切片面積 A(x) → ∫ A(x) dx = 體積

原簡報第 6 張的 QR Code 與圖片超連結指向不同圖檔(水波與正交圓柱),本頁兩個都收錄,並重新產生各自正確的 QR Code。

投影片:降維與升維,積分空間的切片原理
簡報第 7 張
正交圓柱的體積 畫面
Desmos 3D

正交圓柱的體積

兩個相同圓柱垂直相交的重疊部分。可分別顯示圓柱、重疊區、單一切片與全部切片,切片皆為正方形,積分 A(x) 即得體積。

開啟資源 ↗Desmos 3D 圖檔
2-6 水波 畫面
Desmos 3D

2-6 水波

水滴落入水面形成同心波紋:z = 0.5 / √(0.2 + x² + y²) · sin(2π√(x² + y²) − 2t)。

開啟資源 ↗洪老師自製(Desmos,標註 Honger)
6

線積分與參數之美

投影片:空間中的漫步,線積分的幾何實體化
第 8 張:沿路徑 C 建立的波浪牆,面積就是 ∫C f(x, y) ds
投影片:大師之作,數學參數的極致綻放
第 9 張:掌握正弦、指數衰減、旋轉矩陣與參數化後,每一行方程式都能創造新圖形
05

數學之美:從看見到理解

INTUITION

直覺

建立幾何直覺,讓導數與極值這類抽象定理在眼前具體成形。

CONSTRUCTION

建構

看清空間結構,跨過降維與升維的理解障礙,掌握切片與累積的本質。

CREATION

創造

啟發數學創造力,把嚴謹的運算思維和藝術美感結合在一起。

登入成功