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全國政協(xié)委員張?jiān)朴拢焊兄婷畹臄?shù)學(xué)
我認(rèn)為小學(xué)時(shí)期是可以學(xué)奧數(shù)的,只要孩子愿意,就鼓勵(lì)。
當(dāng)前,我國數(shù)學(xué)英才教育的缺失,是數(shù)學(xué)教育的重大隱憂,為改變落后局面,應(yīng)加強(qiáng)數(shù)學(xué)教育特別是數(shù)學(xué)頂尖人才的培養(yǎng)。
———張?jiān)朴?/p>
(一)數(shù)學(xué)之美
數(shù)學(xué)在某種程度上是一種工具。通過數(shù)學(xué),可以研究其他事情。從本質(zhì)上說,數(shù)學(xué)研究三類問題,一是研究數(shù)量,二是研究空間圖形,三是研究隨機(jī)現(xiàn)象。也就是說,所研究的事情可能發(fā)生也可能不發(fā)生,因此,數(shù)學(xué)思想主要有3個(gè),即抽象、推理和模型。
我國漢代就有《九章算術(shù)》,其內(nèi)容包含當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)全體,宋、元時(shí)期,“算學(xué)”和“數(shù)學(xué)”兩詞并用,1935年中國數(shù)學(xué)會(huì)名詞審查委員會(huì)仍主張兩詞并用,直到1939年6月,才確定使用“數(shù)學(xué)”,而不再用“算學(xué)”。
數(shù)學(xué)的拉丁文來源于希臘字的科學(xué)、知識(shí)、學(xué)問的意思?!按鷶?shù)”來自拉丁文,公元820年左右,烏茲別克的阿爾花拉子模著有一本《代數(shù)學(xué)》,1140年羅伯特(Robert)把它譯為拉丁文,書名應(yīng)是“還原與對消的科學(xué)”,后來漸漸演變?yōu)椤按鷶?shù)”。
幾何一詞最早來自于希臘語,由“土地”“測量”兩個(gè)詞合成而來,指土地的測量,即測地術(shù),后來拉語化為幾何。
數(shù)學(xué)是一個(gè)基礎(chǔ)性的學(xué)科,人不一定一輩子都從事數(shù)學(xué)研究,如果從事經(jīng)濟(jì)學(xué)研究,習(xí)慣于定量分析,擁有較好的數(shù)學(xué)知識(shí)就很好;如果研究生物學(xué),對基因的遺傳規(guī)律感興趣,也可以學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí);物理中更多的是可量化的事情,如果對物理感興趣,可以學(xué)習(xí)數(shù)學(xué);如果希望進(jìn)行并習(xí)慣于理性思維,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的好處是,一方面學(xué)會(huì)了計(jì)算;另一方面學(xué)會(huì)了邏輯思考。當(dāng)然,各類名牌大學(xué)提前錄取時(shí),還將數(shù)學(xué)自主命題作為重中之重。
羅素曾說:“恰當(dāng)?shù)卣f,數(shù)學(xué)不僅涵括真理,亦表現(xiàn)最高等的美——這種美冷靜而簡樸,宛若雕塑,不訴諸我們?nèi)魏稳崛醯谋拘裕瑳]有繪畫中抑或音樂中的華麗絢爛,但是純粹得莊嚴(yán),只有最偉大的藝術(shù)才能展示其嚴(yán)格的完美?!?/p>
文學(xué)評論家林興宅說“最好的詩是數(shù)學(xué)”。只有在數(shù)學(xué)和詩里,人的精神才能夠進(jìn)入一個(gè)比較純粹的境界,才能把對世界的認(rèn)知符號(hào)化、純粹化,從而提升激揚(yáng)。
如4位數(shù)黑洞6174現(xiàn)象,把4個(gè)數(shù)字由小至大排列,組成一個(gè)新數(shù),又由大至小排列組成一個(gè)新數(shù),這兩個(gè)數(shù)相減,之后重復(fù)這個(gè)步驟,只要4位數(shù)的4個(gè)數(shù)字不重復(fù),數(shù)字最終便會(huì)變成6174。
3X+1猜想是任取一個(gè)自然數(shù),如果是偶數(shù),就除以2,如果是奇數(shù),就乘3再加上1。在這樣的變換下,得到一個(gè)新的自然數(shù)。如果反復(fù)使用這個(gè)變換,就會(huì)得到一串自然數(shù),猜想就是:反復(fù)進(jìn)行上述運(yùn)算后,最后結(jié)果為1。
假如先取5,首先得到3×5+1=16,然后是16÷2=8,接下去是4、2和1,由1又得到4,于是我們就陷在4→2→1這個(gè)循環(huán)中了。再舉個(gè)例子,最開始的數(shù)取7,我們得到下面的序列:7→22→11→34→17→52→26→13→40→20→10→5→16→8→4→2→1。在西方,它常被稱為西拉古斯(Syracuse)猜想,據(jù)說這個(gè)問題首先是在美國的西拉古斯大學(xué)被研究的;而在東方,這個(gè)問題將由它帶到日本的日本數(shù)學(xué)家角谷靜夫的名字命名,被稱作角谷猜想。
(二)要不要學(xué)奧數(shù)
對于奧數(shù),人們歷來褒貶不一,爭議很大。最普遍的一種說法,是奧數(shù)只適合5%的孩子學(xué)習(xí),對另外的95%是不適合的,甚至,可能會(huì)是一種折磨。也許我們的孩子不是那5%,但我們有讓孩子爭取進(jìn)入那5%的自由和權(quán)利。
我認(rèn)為,小學(xué)時(shí)期是要學(xué)奧數(shù)的,這是今后學(xué)習(xí)必須打好的基礎(chǔ)之一。當(dāng)然,沒有必要逼著孩子去參加奧數(shù)比賽,只要孩子愿意,找一位適合的老師,認(rèn)真學(xué)習(xí)就行。我女兒8歲那年,開始學(xué)奧數(shù),通過一年仔細(xì)觀察,我發(fā)現(xiàn),孩子的邏輯性變強(qiáng)了,做事情更有條理了,每做事之前,她都會(huì)想一想,列個(gè)計(jì)劃,按步驟去做,不僅提高了效率,反應(yīng)也變快了,這和在奧數(shù)學(xué)習(xí)中的訓(xùn)練有很大關(guān)系。
對于如何學(xué)奧數(shù)這個(gè)問題,我認(rèn)為無論學(xué)什么,首先要有興趣,因?yàn)榕d趣是學(xué)習(xí)最根本的動(dòng)力,在學(xué)習(xí)的過程中,在克服困難的過程中感到樂趣,這很重要。
大數(shù)學(xué)家高斯曾說過:“讓人產(chǎn)生最大樂趣的應(yīng)該是學(xué)習(xí)而不是知識(shí),是追尋而不是擁有,是過程而不是結(jié)果?!睂W(xué)習(xí)數(shù)學(xué)要會(huì)思考,因此,具有理性思維的人更適宜學(xué)數(shù)學(xué)。學(xué)數(shù)學(xué)不做題不行,但也不一定必須要大量做題,要從刷題到挖題,從做題到講題再到命題!
對于小學(xué)生來講,應(yīng)注重趣味性,可以學(xué)習(xí)加德納趣味數(shù)學(xué)典藏版”(第一輯、第二輯、第三輯),這些書籍包括法國趣題大師皮埃爾·貝洛坎精心設(shè)計(jì)的絞腦汁難題集,美國趣題大師馬丁加德納及英國趣題作家休伯特菲利普斯、安吉拉鄧恩、亨利杜德尼等4位作者的圖書,還可通過日本小蜜蜂BEE(日本菲爾茲獎(jiǎng)得主小平邦彥、廣平中佑主持)來了解和學(xué)習(xí)奧數(shù)。
我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)是,學(xué)習(xí)前先精心選好素材,孩子聽不懂的堅(jiān)決不講,大人講得比較累的堅(jiān)決不講,沒有興趣的堅(jiān)決不講,只講趣題,不講難題,即便是難題,也要用一種通俗易懂的方式教會(huì)孩子,且能觸類旁通,所謂大道至簡即是此理。
(三)關(guān)于數(shù)學(xué)競賽
IMO是國際數(shù)學(xué)奧林匹克競賽的縮寫,1959年7月在羅馬尼亞舉行了第一屆IMO,當(dāng)時(shí)只有7個(gè)國家(羅馬尼亞、保加利亞、波蘭、匈牙利、捷克斯洛伐克、前民主德國、前蘇聯(lián))參加,后來,美、英、法、德等國家和亞洲一些國家也陸續(xù)參加,如今,IMO幾乎已被所有的文明國家所接納。
1956年,中國受前蘇聯(lián)影響,在京、津、滬、漢4個(gè)城市舉辦了第一次數(shù)學(xué)競賽,主持這一競賽的是著名數(shù)學(xué)家華羅庚。那時(shí)的競賽規(guī)模較小,僅限于大城市,但由于各種因素的干擾,斷斷續(xù)續(xù)地進(jìn)行了近10年后完全停止,直到1978年才再度恢復(fù)。
目前,正在舉行的各類競賽包括希望杯、迎春杯、中國女子數(shù)學(xué)奧林匹克、世界(中國)青少年數(shù)學(xué)奧林匹克、中國數(shù)學(xué)奧林匹克等近20項(xiàng)賽事。在每年的全國高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽后,選拔120名左右的同學(xué)參加中國數(shù)學(xué)奧林匹克“冬令營”,簡稱CMO。CMO為期5天,在每年的1月舉行,無論是題型還是難度,CMO完全模擬IMO,而且也是每天做3道題,限時(shí)4.5小時(shí),但每題21分,總分126分。從1990年開始,冬令營設(shè)立了“陳省身杯”團(tuán)體賽。從1991年起,冬令營又被正式命名為“中國數(shù)學(xué)奧林匹克”,與前蘇聯(lián)和美國的國家級最高競賽相類似。冬令營后,再經(jīng)過TST選拔,最終選拔6名同學(xué)(高一到高三)參加IMO。
從最近幾年的成績榜單看,我國已連續(xù)3年處于第2、第3位,就目前的發(fā)展趨勢,今后在1到3名之間徘徊應(yīng)該也是大概率事件,這不得不讓人反思,人才外流、幾何短板,代數(shù)技巧性不強(qiáng)、課程體系不合理,難的不難、簡單的不簡單,競賽定位不明確、發(fā)展方向迷茫等都阻礙了數(shù)學(xué)的發(fā)展,因此,培養(yǎng)頂尖數(shù)學(xué)人才已迫在眉睫。
(四)數(shù)學(xué)競賽入門推薦書
在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時(shí),一味迷戀初等數(shù)學(xué)的技巧,忽視高等數(shù)學(xué)的重要性,難以走遠(yuǎn)且很難取得好的發(fā)展。很多競賽題都取材于高等數(shù)學(xué),這里推薦幾本好書,多看書是有好處的。
對于奧數(shù)入門者來說,最先做的當(dāng)然是補(bǔ)全課標(biāo)大綱和競賽大綱之間的差距,《新編中學(xué)數(shù)學(xué)解題方法全書》《奧數(shù)教程》較適合,這兩本為經(jīng)典奧數(shù)藍(lán)皮書。優(yōu)點(diǎn)是與課本知識(shí)聯(lián)系緊密,以講解為主,以測試為輔,適合在第一遍學(xué)習(xí)高中數(shù)學(xué)知識(shí)的同時(shí)同步提高,打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
想要參加數(shù)學(xué)競賽并獲得提高,《奧賽小叢書》很適用,很多題非常精彩,難度涵蓋聯(lián)賽和冬令營。另一本《奧賽經(jīng)典》內(nèi)容比較全面,例題選取比較新,難度較高,適合著眼于聯(lián)賽二試和冬令營的同學(xué),代數(shù)部分可以作為《奧賽小叢書》的補(bǔ)充?!睹}人講座》適合系統(tǒng)學(xué)習(xí),沖刺冬令營。但沒必要每本都做,挑其中較好的做便可?!稊?shù)學(xué)競賽研究教程(套裝上下冊)》是參加數(shù)學(xué)競賽的教練員和選手的必備用書。國內(nèi)數(shù)學(xué)競賽研究方面的權(quán)威參考書。
學(xué)習(xí)幾何的同學(xué),可參考《初等數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)及研究平面幾何》《初等數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)及研究立體幾何》,是蕭振綱教授的幾何變換(哈工大版),有助于深化系統(tǒng)幾何基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)組合的同學(xué)可參考單樽老師的《組合幾何》《趣味圖論》。
已進(jìn)入數(shù)學(xué)競賽實(shí)戰(zhàn)的同學(xué),可以參考《中等數(shù)學(xué)》,這本書是專業(yè)的競賽書籍,有各種講座和國內(nèi)外試題詳細(xì)解析?!陡咧袛?shù)學(xué)聯(lián)賽備考手冊》各省預(yù)賽試題集錦。《走向IMO》收集國內(nèi)最高層次數(shù)學(xué)競賽試題和國外數(shù)學(xué)奧林匹克試題,難度非常大。歷屆CMO/IMO試題集,準(zhǔn)備聯(lián)賽實(shí)戰(zhàn)的同學(xué)還有很多參考書,例如《奧數(shù)精講與測試》《備考手冊》《幾何瑰寶:平面幾何500名題暨1000條定理》和《世界著名平面幾何經(jīng)典著作鉤沉》,等等。
再向大家推薦幾本數(shù)學(xué)競賽原著,讀原著有助于真正提高水平,是成為大師的必由之路,首先是《數(shù)學(xué)奧賽輔導(dǎo)叢書》(第一輯、第二輯),《數(shù)林外傳》是中科大出版的提高數(shù)學(xué)修養(yǎng)的好書?!稊?shù)學(xué)小叢書》是華羅庚等數(shù)學(xué)大家編寫的,認(rèn)真閱讀受益終生。數(shù)學(xué)分析習(xí)題集《吉米多維奇》《北大習(xí)題集》,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課有中科大常庚哲、史濟(jì)懷的《數(shù)學(xué)分析教程》,外文的推薦《圖靈數(shù)學(xué)系列》《數(shù)學(xué)名著譯叢》《華章數(shù)學(xué)譯叢》《法蘭西精品譯叢》。
(五)中外數(shù)學(xué)名家
提起數(shù)學(xué)家,大多數(shù)人會(huì)列出阿基米德、高斯、歐拉、艾薩克·牛頓(微積分和力學(xué))和波恩哈德·黎曼,他們是自古以來最杰出的5位數(shù)學(xué)思想家。
曾有人說:“一輩子沒有學(xué)過數(shù)學(xué),是一生的失敗,一輩子沒讀過拉馬努金公式,是全社會(huì)全人類的失敗”,拉馬努金是印度在過去一千年中所誕生的超級偉大的數(shù)學(xué)家。他的直覺的跳躍甚至令今天的數(shù)學(xué)家感到迷惑,在他死后70多年,他的論文中埋藏的秘密依然在不斷地被挖掘出來。他發(fā)現(xiàn)的定理被應(yīng)用到他活著的時(shí)候很難想象到的領(lǐng)域。
我國當(dāng)代著名的數(shù)學(xué)家有陳省身、華羅庚、陳景潤、丘成桐、吳文俊。陳省身是國際數(shù)學(xué)大師,“走進(jìn)美妙的數(shù)學(xué)花園”的創(chuàng)始人,少年時(shí)代即顯露出非凡的數(shù)學(xué)才華,在整體微分幾何上貢獻(xiàn)卓越,影響了整個(gè)數(shù)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。曾先后主持、創(chuàng)辦了三大數(shù)學(xué)研究所,造就了一批世界知名的數(shù)學(xué)家。
華羅庚是世界著名數(shù)學(xué)家,是中國解析數(shù)論、矩陣幾何學(xué)、典型群、自安函數(shù)論等多方面研究的創(chuàng)始人和開拓者,國際上以華氏命名的數(shù)學(xué)科研成果有多項(xiàng),如“華氏定理”“華氏不等式”等。
陳景潤是中國著名數(shù)學(xué)家,1966年發(fā)表《表達(dá)偶數(shù)為一個(gè)素?cái)?shù)及一個(gè)不超過兩個(gè)素?cái)?shù)的乘積之和》(簡稱“1+2”),成為哥德巴赫猜想研究上的里程碑。而他所發(fā)表的成果也被稱之為陳氏定理獲得中國自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。1999年,中國發(fā)行紀(jì)念陳景潤的郵票。同年10月,紫金山天文臺(tái)將一顆行星命名為“陳景潤星”。
丘成桐是著名華裔數(shù)學(xué)家、哈佛大學(xué)終身教授、美國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院外籍院士、俄羅斯科學(xué)院外籍院士、意大利科學(xué)院外籍院士、數(shù)學(xué)界最高榮譽(yù)菲爾茲獎(jiǎng)得主、克拉福德獎(jiǎng)得主、獲得有數(shù)學(xué)家終身成就獎(jiǎng)之稱的沃爾夫數(shù)學(xué)獎(jiǎng)。
吳文俊是中國著名的數(shù)學(xué)家,在拓?fù)鋵W(xué)的示性類和示嵌類、數(shù)學(xué)機(jī)械化等領(lǐng)域中作出重要貢獻(xiàn),后者得益于他對中國數(shù)學(xué)史的研究。這是近代數(shù)學(xué)史上的第一個(gè)中國原創(chuàng)的領(lǐng)域,被國際上稱為“吳方法”。
《美麗心靈》這部影片于2001年出品,數(shù)學(xué)家小約翰·福布斯·納什英俊而又十分古怪,少年時(shí)即對數(shù)學(xué)有了驚人的發(fā)現(xiàn),開始享有國際聲譽(yù)。但他出眾的直覺受到了精神分裂癥的困擾,使他向?qū)W術(shù)最高層進(jìn)軍的歷程受到挑戰(zhàn)。在妻子的幫助下,終于戰(zhàn)勝病魔,于1994年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
《心靈捕手》是一部勵(lì)志劇情電影,講述的是一位麻省理工學(xué)院的數(shù)學(xué)教授,在公布欄寫下一道難題,希望他的學(xué)生能解開答案,可無人能解。一位年輕的清潔工威爾輕而易舉地解出了答案。威爾在數(shù)學(xué)方面雖然有著過人的天賦,但他卻是個(gè)問題少年,最終在心理學(xué)家的幫助下,終于打開心扉,找回了自我。
《費(fèi)馬最后定理》費(fèi)馬最后定理在長達(dá)三個(gè)多世紀(jì)的歷史長河中,令許多杰出的數(shù)學(xué)家絞盡腦汁而不得其解。最后,安德魯·懷爾斯幾十年如一日,執(zhí)著地鉆研探求,終于證明出費(fèi)馬最后定理。
《笛卡爾》講述的是一位名叫勒奈·笛卡爾的真實(shí)故事。他對現(xiàn)代數(shù)學(xué)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn),因?qū)缀巫鴺?biāo)體系公式化而被認(rèn)為是解析幾何之父。他還是西方現(xiàn)代哲學(xué)思想的奠基人,是近代唯物論的開拓者,提出了“普遍懷疑”的主張。他的哲學(xué)思想深深影響了之后的幾代歐洲人,開拓了所謂“歐陸理性主義”哲學(xué)。
《牛頓探索》1643年1月4日,在英格蘭林肯郡小鎮(zhèn)沃爾索浦的一個(gè)農(nóng)耕家庭,牛頓誕生了。牛頓是一個(gè)早產(chǎn)兒,出生時(shí)只有三磅重,接生婆和他的親人都擔(dān)心他能否活下來。誰也沒有料到這個(gè)看起來微不足道的小東西會(huì)成為一位震古爍今的科學(xué)巨人。
《博士熱愛的算式》一次交通意外,令天才數(shù)學(xué)博士只剩下80分鐘的記憶,時(shí)間一到,所有記憶自動(dòng)歸零,重新開始。遇上語塞的時(shí)候,他總會(huì)以數(shù)字代替語言,以獨(dú)特的風(fēng)格和別人交流。他身上到處都是用夾子夾著的紙條,用來填補(bǔ)那只有80分鐘的記憶。這次,新來的管家杏子帶著10歲的兒子照顧博士的起居。博士十分喜愛杏子的兒子,并稱呼他作“根號(hào)”,因?yàn)楦?hào)能容納所有人和事,他讓母子倆認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)算式內(nèi)美麗且光輝的世界。因?yàn)橹挥卸潭?0分鐘,3人相處的每一刻都顯得非常珍貴。
《阿基米德的秘密》古希臘物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、靜力學(xué)和流體靜力學(xué)的奠基人阿基米德,除了偉大的牛頓和偉大的愛因斯坦,再?zèng)]有一個(gè)人像阿基米德那樣為人類的進(jìn)步做出過這樣大的貢獻(xiàn)。即使牛頓和愛因斯坦也都曾從他身上汲取過智慧和靈感。他是“理論天才與實(shí)驗(yàn)天才合于一人的理想化身”,文藝復(fù)興時(shí)期的達(dá)·芬奇和伽利略等人都拿他來做自己的楷模。
《伽利略:為真理而戰(zhàn)》基于達(dá)娃·索貝爾的暢銷傳記《伽利略的女兒:科學(xué)、信仰和愛的歷史回憶》改編而成,展示了偉大科學(xué)家伽利略的人生軌跡和追求真理的道路。
《阿蘭·圖靈》阿蘭·圖靈這個(gè)名字無論是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、數(shù)學(xué)領(lǐng)域、人工智能領(lǐng)域還是哲學(xué)、邏輯學(xué)等領(lǐng)域,都可謂“擲地有聲”。圖靈是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者,許多人工智能的重要方法也源自這位偉大的科學(xué)家。他在24歲時(shí)提出了圖靈機(jī)理論,31歲參與了二戰(zhàn)時(shí)英國破解德國通訊密碼計(jì)算機(jī)的研制,33歲時(shí)構(gòu)思了仿真系統(tǒng),35歲提出自動(dòng)程序設(shè)計(jì)概念,38歲設(shè)計(jì)了“圖靈測試”,在后來還創(chuàng)造了一門新學(xué)科——非線性力學(xué)。人們仰望著這位偉大的英國科學(xué)家,把“計(jì)算機(jī)之父”“人工智能之父”“破譯之父”等頭銜都加冕在他身上,甚至認(rèn)為,他在技術(shù)上的貢獻(xiàn)及對未來世界的影響幾乎可與牛頓、愛因斯坦等巨人比肩。
日本著名數(shù)學(xué)家米山國藏曾在《數(shù)學(xué)的精神、思想和方法》中寫到,數(shù)學(xué)有用,而且是一門偉大的學(xué)問!米山國藏認(rèn)為,作為知識(shí)的數(shù)學(xué)出校門不到兩年可能就忘了,唯有深深銘記在頭腦中的數(shù)學(xué)的精神、數(shù)學(xué)的思想、研究的方法和著眼點(diǎn)等,這些隨時(shí)隨地發(fā)生作用,使人終身受益。
編輯:張佳琪
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