今日聽了一篇演講關於數學與大家一起分享
我們在學習時很忌諱不講發明,只講證明;不講道理,只講定理。
所以我希望數學文化發生改變,變成講道理的學問,變成講發明的科學
聊聊各個階段的數學
今天很有幸能跟各位談論一點有關數學的事情。
數學知識太多了,我們不可能統統掌握,所以只能在眾多的數學分支裏面,挑選那些最重要的進行學習。
什麼是最重要的呢?比如說我們小學學的算術,那是人類幾萬年智慧的結晶。小學念完念中學,中學是簡單的代數,也相當於算術的發展,還有一些初等的幾何學,這是人類幾千年的智慧結晶,所以我們要學。
中學念完念大學,大學學什麼呢?大學主要學微積分和線性代數,這個是人類幾百年探索的結果。
總而言之,人類留下的財富需要我們站在巨人的肩膀上來吃透它,消化它。所以我們必須學習,否則就要回到黑暗中重新探討,那太可怕了。
我想引用哈佛大學數學系教授邱成桐的講話。聽說他經常告誡學生,“要學好微積分和線性代數,歸根結底一切高級的數學都是微積分和線性代數的各種變化。”
所以,我們學習必須有重點,不能夠鋪開學,太多了,反而學不好。“多則少”,你想學很多,你得到很少;反過來“少則多”,如果你學得很少,比如你就學一點小學數學,學一點中學數學,再學一點大學數學,大學數學就是指微積分和線性代數,這些學習內容對我們的一生都是非常有助益的。
我再重複一遍,多則少!大家不要什麼都學,不要學得很多,也不要做很多。現在有各種活動吸引我們,但是我覺得對於學習來說,這些只能起到輔助的作用。
最重要的還是在課堂上學習,把正課學好。把小學的數學,最簡單的算術學好,把中學數學最簡單的代數和幾何學好,把大學的數學學好,就是把微積分和線性代數學好,這是最重要的。
然後,在接下來的工作中再發展,繼續學習,因為學無止境。這是第一點意見,供各位家長和學生參考。
怎樣學習數學
怎麼學習數學呢?數學太難了,我是最怕數學的,我們一家人都怕數學,我認識很多朋友,包括各種各樣工作場合,都最怕數學。
所以數學怎麼學,是我很苦惱的問題。我是經常在心裏面思考這個問題的。
剛才我說了,邱成桐先生認為,微積分是一切高級數學的基本功。但是,微積分怎麼學呢?你翻開一本教課書,講解微積分要用好幾百頁。
我從50年前就開始學微積分了,但是看一些教課書,我看得暈頭轉向,講的內容太多了。
許多教科書很煩瑣,大家要警惕。所以我們要把微積分學好,不是讀萬卷書,不是走萬里路,而是儘量“投機取巧”。
我認為學微積分跟學別的數學一樣,“假傳萬卷書,真傳一案例”,把一個案例學好,你就把整個微積分的精神掌握了。
學習微積分用什麼案例呢?應該用我們平常生活裏經常見到、經常用到的案例。
比如我們經常坐高鐵,高鐵車廂裏頭有一個標誌顯示當前的時速是多少,也就是一小時走多遠。速度就是路程除以時間。
我們經過天津站的時候,就顯示時速多少,經過大連站時也會顯示時速多少。時速是什麼意思呢?就是指某一時刻的速度,某一時刻的速度是什麼意思?
你看,那個時刻不動,時間等於零,沒有時間,火車不能運行,所謂當時的速度,你仔細想想,是一個0除以0的問題,沒有時間,就沒有路程。那麼路程比時間,速度就是0比0。0比0的問題是很嚴重的,使得牛頓這樣的大物理學家都覺得傷腦筋。
但是牛頓很聰明,他想出了辦法計算瞬時速度。他設想,火車在很短的時間裏,走過很短的距離,因為時間很短,火車沒有時間加速,所以它的瞬時速度應該是可以這麼計算的,把它變換成一個在很短的時間裏面走過的很短路程。
大家好好想想看,時間很短,火車沒有時間加速,所以,速度只有很小的變化,用這個辦法來計算,我這裏寫的,小路程,由x點跑到x+h點,很短的時間內,瞬時速度變化很小,因為沒有時間變化,時間太短了,瞬時速度很小。
瞬時速度+小變化,再乘以短時間,小路程是這麼算出來的,小路程是瞬時速度+小變化,然後再乘以短時間。把它分開,小學的算術學過了,(A+B)×C=A×C+B×C,瞬時速度×短時間+小變化×短時間,時間縮短以後,小變化就很小,基本上被消滅掉。
全路程就是小路程加起來,小路程加起來是什麼意思呢?就是瞬時速度×短時間,加起來,再加上小變化×短時間,短時間加起就是總時間。
比如說北京到上海是一小時,一小時就是總時間。總時間是固定的,比如說一小時,總時間乘以小變化還是很小,因為時間是固定的,時間不變,就是一小時,乘以小變化,還是小變化。
總而言之,全路程是瞬時速度乘以短時間相加,再加上小變化乘以總時間,小變化乘總時間還是小變化,因為總時間是固定的。
比如說一小時,小變化乘一小時,還是小變化。通常是這樣,如果瞬時速度不斷走,短時間加起來,積累得很多,就是積分了。這個是等於把小學、中學的數學,到大學換了一個名詞。
小學的數學跟大學的數學、初等數學和高等數學,本質的區別不大,但是要換一個稱呼,把原來的相加變成積分了。
這樣的話,就變成一個速度×時間的積分,然後加上小變化×總時間。如果時間不斷縮短,小變化就沒有了,整個就是速度×時間的積分,也就是路程是速度×時間的積分。這樣子就是大學微積分的制高點了,有了這個制高點就好辦了。
以火車的瞬時速度為案例講這麼多,是希望把整個微積分展開在你面前,面對案例要認真分析,認真思考。
從小朋友到年齡大一點的人,都應該把瞬時速度作為我們的思考題,在某一時刻,火車的速度究竟是多少?某一時刻,時間沒有變化,速度等於路程除以時間,某一時刻,如果時間沒有變化,路程還是那個路程,所以速度應該是0比0。
但是牛頓很聰明,把這個問題變通了,最後變成瞬時速度+小變化,再乘以短時間,後面的演算是比較簡單的,這樣微積分就掌握了。
我強調一下,“假傳萬卷書,真傳一案例”,所以我們要找真傳,不要讀很多書。很多人認為應該“走萬里路,讀萬卷書”。
我的經驗不是這樣的,因為我是很笨的人,我讀書讀得很慢,不可能讀萬卷書。我讀一本書就滿頭大汗,讀幾年都讀不懂,最後才發現上當了,原來真傳只有一個案例。今天要講的就是從哲學的角度來講學習方法,你們要記住:假傳萬卷書,真傳一案例。
我想再說一說,我們現在教科書有很大的問題。容許我批評一點,我們的教科書把簡單的東西講得很複雜。能夠通過一個案例說清楚的,不講案例,卻講怎麼證明,怎麼推導定理,這就是假話。
事實上,證明是靠發明的,定理是靠道理的,所以我們首先應該給學生講道理,講發明,而不是講定理,講證明。
當我們把道理弄清楚了,多數情況下證明自動就弄清楚了。比如說剛才講的微積分,把火車瞬時速度的案例搞清楚,證明兩行、三行,最多四行就出來了。
現在書上不講道理,現在的教科書證明剛才這樣的一個定理就是一本書。我們在學習時很忌諱“不講發明,只講證明;不講道理,只講定理”。
所以我希望數學文化發生改變,變成講道理的學問,變成講發明的科學。
其實據介紹說,牛頓是三一學院裏的平凡學生,當時倫敦出現瘟疫,他逃到鄉間,在鄉間思考,蘋果打到頭上發現了萬有引力定律。
不管故事是否真實,但是說明了一個問題,只有在鄉間,不在學校裏面,不過忙碌的生活,思考才能做出創造。
現在我們的活動太多了,沒時間思考。你看小學生參加多少活動、競賽,中學生的活動更多。
家長要改變自己的做法,讓孩子有閒暇的時間,在樹下散散步,在湖裏遊游泳,讓他們去思考,去發明,不要整天考試。
考試是個機器,我也接觸了個別的考試能手,我非常佩服他們,他們做題比我快得多,一眨眼就做出來了,但是他們不知道在做什麼題。
家長們最好不要希望孩子一個個都是考試能手,應該讓孩子過平常的生活。天天都可以考試,從小學考起,中學也考,大學也考,我進大學就考了一百題,一天考一百題。
所以考試很平常,沒什麼了不得,讓他去考。