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走在迷宮里的大學(xué)數(shù)學(xué)

 育則維善余言 2019-07-15

華為創(chuàng)始人任正非在不久前接受全國數(shù)家媒體群訪時提到數(shù)學(xué)的重要性,在此之前,他已在各種場合提及數(shù)學(xué)達二十幾次。

這樣的聲音,在相當程度上代表了工業(yè)驅(qū)動下,社會對于數(shù)學(xué)的強烈渴求,也指明了未來大國競爭的基石。

要知道,目前正在改變世界的5G標準,其實是源于十多年前土耳其教授的一篇數(shù)學(xué)論文,華為驚艷世界的P30手機照相技術(shù),也是一種數(shù)學(xué)算法。

然而,我們當前的大學(xué)數(shù)學(xué)教育,是不是能夠承擔(dān)得起為工業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)突破,提供足夠智力支援的任務(wù)呢?

在表達數(shù)學(xué)重要性的同時,任正非也曾提到,“將來退休后,想找個好大學(xué),去學(xué)學(xué)數(shù)學(xué)?!?/span>

那么,當身為工業(yè)領(lǐng)袖的任正非再次回到大學(xué)數(shù)學(xué)課堂,他真的能夠看到自己理想中的數(shù)學(xué)教育嗎?

應(yīng)試思想深入骨髓

每次學(xué)校組織“翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí),教數(shù)學(xué)的老師總是遠遠躲著。似乎這一新穎的教學(xué)方法,跟數(shù)學(xué)這一古老學(xué)科格格不入。

課堂上,也是死氣沉沉。

教師們對著PPT照本宣科,學(xué)生們等著布置習(xí)題,因為習(xí)題通常是考試重點。追求考分的學(xué)生與滿足完成課時量的教師,心照不宣。

忽然,話筒掉落傳來一陣雜音,昏昏欲睡的學(xué)生茫然四顧……

這樣的場景發(fā)生在數(shù)學(xué)課堂上,很多人并不陌生。

關(guān)注快速解題,而非能力訓(xùn)練,是應(yīng)試教育的余毒?!疤坠?、定理,求解?!边@種缺乏想象力、創(chuàng)造力的解題模式,代表了中國學(xué)生腦子里對數(shù)學(xué)的刻板印象。

重視解題在中國尤其有生存的土壤,由此帶來了大學(xué)數(shù)學(xué)之怪象——課時量一再被壓縮,從200學(xué)時壓縮到176學(xué)時再到152學(xué)時,“講完高等數(shù)學(xué)上下冊都捉襟見肘?!蔽髂鲜痛髮W(xué)理學(xué)院院長謝祥俊說。

背后充滿了許多無可奈何。

謝祥俊告訴《中國科學(xué)報》,受功利主義的影響,學(xué)生不太愿意花更多時間精力來深入學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),練好數(shù)學(xué)基本功。

專業(yè)負責(zé)人更看重為專業(yè)課程學(xué)習(xí)提供數(shù)學(xué)工具,不在乎數(shù)學(xué)思想、數(shù)學(xué)思維、數(shù)學(xué)方法的培養(yǎng),因此在數(shù)學(xué)課程學(xué)時分配中,希望用更少的課時“完成”數(shù)學(xué)教學(xué)。

數(shù)學(xué)教師不得不在教學(xué)過程中,壓縮看似“無關(guān)緊要的”數(shù)學(xué)知識的歷史起源、演化歷程、工程應(yīng)用等,實際上丟掉了數(shù)學(xué)的“靈魂”,只能專注于教會學(xué)生數(shù)學(xué)知識本身,甚至是如何解題的應(yīng)試化教育。

表面上看,學(xué)生順利獲得數(shù)學(xué)類課程的“好成績”,但是更多成為了“萬金油”式的“人才”——既無法很好地滿足企業(yè)家需求,也不能達到數(shù)學(xué)家的境界。

事實上,重視解題并沒有在大學(xué)終結(jié),社會上對“猜想”的崇拜成為它的變體。

法國著名數(shù)學(xué)家亨利·龐加萊在數(shù)論、代數(shù)學(xué)、幾何學(xué)、拓撲學(xué)、天體力學(xué)、數(shù)學(xué)物理、多復(fù)變函數(shù)論、科學(xué)哲學(xué)等許多領(lǐng)域建立了概念、體系,但是比起這些,由他提出的龐加萊猜想被列為世界七大猜想之一,更為世人所知。這一猜想直到99年后被破解。

“猜想之于體系,就如殿堂中一塊華麗的磚。有時固然畫龍點睛,但最閃光的還是,包括概念、理論等在內(nèi)的體系?!敝袊茖W(xué)院院士、首都師范大學(xué)副校長方復(fù)全說,猜想的本質(zhì)是尚未破解的數(shù)學(xué)題,中國人最擅長解題,但這卻不是數(shù)學(xué)研究最重要的部分。

過度沉溺解題,實際上并不利于數(shù)學(xué)大家的產(chǎn)生。

邏輯訓(xùn)練被應(yīng)用削弱

就像游泳除了是一項技能,還能教會人冷靜。

絕大多數(shù)的中國人只是把數(shù)學(xué)當作應(yīng)試手段,稍好一些的當作工具,并沒有意識到,數(shù)學(xué)建立了一個人基本的邏輯思維。

例如,平面幾何從中學(xué)的教學(xué)大綱中刪去,人們習(xí)以為常的證明問題的三段論——假設(shè)、論據(jù)、結(jié)論也跟著旁落。

中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授徐宗本指出,這一中學(xué)平面幾何形成的文化不容小覷,它是一個人一輩子說話、思維、論證中最基本的素質(zhì)。

眼下的中小學(xué)教改過度強化了對社會適應(yīng)性的一面,在這個名義之下,加入了很多現(xiàn)代知識點,但同時也削弱了學(xué)科固有的精神。

“數(shù)學(xué)精神,可以理解為嚴謹?shù)耐评硭季S能力,嚴謹?shù)募僭O(shè)、求證能力,嚴格的建模轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題的能力。數(shù)學(xué)提供的能力,是科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)明最基礎(chǔ)的能力。中小學(xué)打基礎(chǔ)階段,不應(yīng)過多地過問社會需求,而是要讓學(xué)生領(lǐng)會學(xué)科精神。不要把邏輯問題帶到大學(xué)。”徐宗本說。

被中小學(xué)階段忽略的邏輯訓(xùn)練,帶到大學(xué)依然難以解決。

華中師范大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院副教授代晉軍對此深有體會。

“大學(xué)數(shù)學(xué)期末考試不允許帶計算器,我不太理解?!彼嬖V《中國科學(xué)報》,大學(xué)數(shù)學(xué)不同于中小學(xué)數(shù)學(xué),更多強調(diào)推理、論證等能力,而非單純的計算能力,況且計算器本來就是數(shù)學(xué)發(fā)展的成果,為什么人們在進一步解決數(shù)學(xué)問題的時候,不能使用它?

越是古老的學(xué)科,改革的阻力越大。在中國的教育體制下,更多的是無力對抗默認共識的心痛。

和代晉軍一樣,不少大學(xué)數(shù)學(xué)教師,盡管對學(xué)生知識斷檔、邏輯匱乏心知肚明,但面對眾多不一樣的個體,他們能做的有限。

這樣的思考就像海灘上的腳印,一個更大的浪打來,它就消失了。

這個更大的“浪”,就是數(shù)學(xué)教育究竟應(yīng)該重基礎(chǔ),還是重應(yīng)用?

對此,科學(xué)界的觀點較為一致,基礎(chǔ)數(shù)學(xué)為應(yīng)用數(shù)學(xué)造工具,應(yīng)用數(shù)學(xué)為企業(yè)發(fā)展提供工具。二者并沒有高低之分。

然而對這一問題,中小學(xué)、大學(xué)教育舉棋不定。既想平衡二者,又受到就業(yè)、課時、價值觀等的影響。

“表現(xiàn)在大學(xué)數(shù)學(xué)課程開設(shè)上,既想加強交叉,又要加強基礎(chǔ),往往二者矛盾,很多大學(xué)都無法平衡?!毙熳诒菊f。

不少大學(xué)的做法驚人一致,為了讓學(xué)生有更寬的就業(yè)面,課程設(shè)計者把更純粹、更艱深的課程舍棄,改成時髦、應(yīng)用型課程。

結(jié)果不可避免地導(dǎo)致,快速找到工作的畢業(yè)生因缺少深刻的數(shù)學(xué)思維,創(chuàng)新的源動力不足;原本致力于攀登科學(xué)高峰的畢業(yè)生,受功利所惑,不愿意花更多的精力去追求數(shù)學(xué)之美。

除了價值觀引導(dǎo),在徐宗本看來,背后反映的“千校一面”的辦學(xué)模式要引起反思。

“我國的策略顯然是保持一批精干的數(shù)學(xué)隊伍,吸引絕大多數(shù)數(shù)學(xué)家投身于國民經(jīng)濟建設(shè)主戰(zhàn)場、投身于解決國家重大急需問題。純數(shù)學(xué)研究應(yīng)在為數(shù)不多的高校開展,不同類型的高校,學(xué)科辦學(xué)特色要鮮明。遺憾的是,就連大學(xué)本身也搞不清學(xué)科特色為何物,更遑論學(xué)科特色與學(xué)生興趣相一致?!?/span>

實際問題難以轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題

不少參觀華為的人都有同樣的際遇,即便是應(yīng)邀參觀的數(shù)學(xué)家,華為的展廳也不被允許拍照。

出于保密的考慮,這樣的行為可以理解。但是一個重視基礎(chǔ)研究的企業(yè)尚且如此,也從一個側(cè)面窺見,中國企業(yè)與數(shù)學(xué)家的距離。

有意思的是,一方面,高校重視應(yīng)用、削弱純粹數(shù)學(xué)課程;另一方面,數(shù)學(xué)家和企業(yè)家陷入“彼此不了解”的狀態(tài)。

原因并不復(fù)雜。

徐宗本表示,數(shù)學(xué)家滿足于熟悉領(lǐng)域,不愿冒開辟疆土的風(fēng)險;企業(yè)家急功近利,不愿意投入基礎(chǔ)研究;政府缺乏促進二者深層融入的機制。于是便造成了“兩不知”的局面。

事實上,除了各自原因,企業(yè)家與數(shù)學(xué)家對話也并不容易做到。

方復(fù)全告訴《中國科學(xué)報》,實際問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題,難在建模。實際中的量很多,一些可忽略,怎樣把有用的量歸結(jié)為數(shù)學(xué)元素,最后變成純粹的數(shù)學(xué)問題,這在應(yīng)用數(shù)學(xué)中至關(guān)重要。

“做交叉就像談戀愛一樣,兩方要有互動的話題?!狈綇?fù)全說,放在大學(xué)數(shù)學(xué)教育上,一方面,大學(xué)教材要面向工業(yè)實際問題,盡可能讓教材上的命題、例子與實際接軌;另一方面,大學(xué)要引導(dǎo)年輕人做數(shù)學(xué)研究,應(yīng)重視實際問題,因其是建模的源泉。

教材是一線教師關(guān)心的問題。代晉軍指出,翻開20年前大學(xué)數(shù)學(xué)課本,和現(xiàn)在的課本相比,只是封面換了一下而已。

專業(yè)數(shù)學(xué)教材內(nèi)容多是上世紀80年代前的,非專業(yè)數(shù)學(xué)的內(nèi)容更是100多年前的。

在他看來,承擔(dān)“頂天”任務(wù)的數(shù)學(xué)教育,應(yīng)盡可能把近現(xiàn)代數(shù)學(xué)成果引入課堂教學(xué);承擔(dān)“立地”任務(wù)的數(shù)學(xué)教育,應(yīng)用豐富的案例充實教材,“中國教材厚度只有二三百頁,不足美國的1/3,學(xué)生僅學(xué)知識點,往往索然無味”。

學(xué)生的畢業(yè)流向,也在倒逼人們關(guān)注案例與實際問題。

據(jù)第三方教育數(shù)據(jù)咨詢和評估機構(gòu)麥可思公布的數(shù)據(jù),2018屆數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)方向,雖然主流還是教育界(49.8%),但是第二位金融業(yè)占13.4%,第三位信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)占8.4%。

盡管建模大賽引入的初衷是由于人們意識到純知識學(xué)習(xí)帶來的能力缺憾,且在一定程度上達到了思維訓(xùn)練的效果,但建模大賽多為模擬賽題,“紙上談兵”不能與實際接軌,且對于數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言,賽題深度也不夠。

方復(fù)全建議,高校應(yīng)當組織數(shù)學(xué)系學(xué)生進行社會實踐,走向企業(yè)感知實際需求、解決實際問題,將實踐滲透到課程教學(xué)中。“相比基礎(chǔ)數(shù)學(xué),這一要求對于應(yīng)用數(shù)學(xué)的學(xué)生更加緊迫。等到研究生畢業(yè)再去接觸實際問題,為時已晚。”

同時,高校應(yīng)與企業(yè)聯(lián)合,讓企業(yè)走進校園、分享所需。

“高校應(yīng)起到橋梁作用,讓學(xué)生跟企業(yè)、社會需求對話,在這一點上,高校做得遠遠不夠?!狈綇?fù)全說。

院士與一線教師的期待

謝祥俊在去年高等數(shù)學(xué)課程期末考試中,專門設(shè)置了一道答案不唯一的考題——請同學(xué)寫出高等數(shù)學(xué)課程中所學(xué)的一個定理,并應(yīng)用該定理解決一個問題。

題目并不難,但沒想到卻在學(xué)生中引起了“轟動”。

有學(xué)生說“一個考試炸出了一堆定理,刺激!”,還有同學(xué)表示“定理寫出來了,但不會應(yīng)用”,甚至有同學(xué)說“寫是寫了,不知道能不能叫定理”……

同樣,如何培養(yǎng)出科學(xué)家、企業(yè)家滿意的數(shù)學(xué)人才,答案也不唯一。

在院士看來,根本上加強價值觀引導(dǎo);在一線教師看來,應(yīng)該突破傳統(tǒng)限制。

“優(yōu)秀的人才不是靠培養(yǎng),而是靠環(huán)境熏陶。”學(xué)術(shù)界一貫有著這樣的共識。

徐宗本指出,培養(yǎng)數(shù)學(xué)人才,重在社會價值觀引導(dǎo)。政府要有旗幟鮮明的導(dǎo)向,要在全社會形成輿論——不能吃得苦中苦,就不能成為人上人;在學(xué)校形成尊重科學(xué)、弘揚科學(xué)、崇尚科學(xué)的精神,讓大學(xué)、研究所始終是一塊凈土。這是實現(xiàn)國家、民族的期望中最重要的事情。

對此,方復(fù)全表示肯定。“要引導(dǎo)有能力的人投身事業(yè)當中?!?/span>

一方面政府要有穩(wěn)定的支持;另一方面,大學(xué)要摒棄雜音、苦練內(nèi)功。

過度追求SCI、大學(xué)排行榜等外在事物,已經(jīng)嚴重干擾了數(shù)學(xué)學(xué)科發(fā)展,要充分尊重學(xué)科規(guī)律,給予其符合自身特點的生長環(huán)境。

徐宗本認為,對待基礎(chǔ)數(shù)學(xué)家,要在口頭、行動上,讓這些堅持十年磨一劍、甘坐冷板凳的人保持初心,不要因生活喪失了尊嚴,不要將其放在過度競爭的環(huán)境下去成長。

對待應(yīng)用數(shù)學(xué)家,應(yīng)鼓勵他們與工程實際、國家需求、科學(xué)前沿結(jié)合,將營造推動、尊重交叉的環(huán)境,作為制定管理政策的起點。

仿佛身陷迷宮的大學(xué)數(shù)學(xué),在質(zhì)疑聲中逐漸迎來了希望。

在不久前結(jié)束的第八屆世界華人數(shù)學(xué)家大會上,著名數(shù)學(xué)家丘成桐說:“中國的高等教育和基礎(chǔ)研究一直受到保守勢力和不合時宜的做事方式所窒礙。但我也相信未來是有希望的,至少在數(shù)學(xué)研究方面?!?/span>

小試牛刀后的謝祥俊對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,也充滿了期待。

他和代晉軍都希望,未來的數(shù)學(xué)課堂有所變革,不再是“以教材為中心”“以教師為中心”,而是構(gòu)建“情境—問題—探索—發(fā)現(xiàn)式”的教學(xué)模式,引導(dǎo)學(xué)生正確思維,讓學(xué)生親身“發(fā)現(xiàn)”定理,使其既掌握數(shù)學(xué)知識,又充分認識數(shù)學(xué)思想方法,達到最佳教學(xué)效果。

《中國科學(xué)報》 (2019-06-19 第1版 要聞)


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