Shushu:壹讀君,為什么我明明為數學付出了很多,它都不回應我?是我太笨了嗎?
壹讀君:只要數學成績不好,很多人都喜歡歸因于自己腦細胞不夠。對此壹讀君想套用一句話:在高斯、柯西、傅立葉頻繁出沒于課本之前,真的還沒到拼智商的地步好嗎!
當然,對中國學生而言,努力也不是問題。被數學支配的恐懼大部分來源于我們的知識是零散斷裂的,無法有效的提取以前的知識幫助現在的學習。因此壹讀君覺得咱們的教育缺失了數學史這塊。不了解學科的脈絡,就無從形成“數學觀”,更談不上行之有效的學習方法。
所以對于你的問題,壹讀君準備從天地玄黃,宇宙洪荒講起。
從未與傅立葉邂逅過的壹讀君 | 安安
很久很久以前,原始人對數的認知很樸素,只要搞清楚今天抓了幾只羊就行了,于是有了自然數的概念,代表不可分割的個體。
但如果今天只抓了一只羊,還得分一半接濟鄰居怎么辦?數的概念迎來了第一次擴張:分數。從已有的文獻中可以看到,人類使用自然數和分數的歷史非常悠久。例如公元前約2000年的古埃及萊茵德紙草書上就有關于分數的計算方法。中國殷代的甲骨文中也有很多自然數,最大的數字是三萬,使用的是十進制計算方法。
自然數和分數具有不同的性質和關系,為了計算這些數,發明了加減乘除四則運算。人們把運算法則運用于生活中并進行歸納總結,最終催生出了古老的數學—算術。
早期算術致力于解決各種具體問題,時間一久,老祖宗們開始琢磨:就不能為同類型的問題找一個普遍的解法嘛?答案當然是可以,要不然我們今天也不用學代數了。初等代數的首要問題是將實際生活中數量關系轉變為代數式。因為代數是數的化身,就像紙幣代表金子一樣,所以解方程時,依然可以使用四則運算,同時加了乘方和開方兩種新形式。
通過對解方程的不斷研究,又促進了數的概念進一步發展。將算術中討論的整數、分數的概念擴充到了有理數的范疇,數的家族包括了正負整數、正負分數和零。
可是有的方程在有理數的范圍內仍然沒有解腫么辦?此刻輪到實數閃耀登場,而再進一步,復數誕生。
至此,人類對數學的認知上了一個臺階。如果以前算術只能分別研究蘋果和梨有什么特點,現在可以通過抽象研究共性了。根據出土的文物顯示,公元前300年左右,古巴比倫人就有了解決一次、二次(個別甚至是三次、四次)方程的能力。
除了計算數量關系,丈量土地的需要帶來了幾何。它與算術、初等代數構成了初等數學的三座大山。不過由于不同文明對數學的認知不同,所以各自的發展重點不同。
比如中國古代數學著重解決實際問題,所以偏愛算術和代數。很多古典著作都采取的是自問自答的形式,在問題里提出具體的數值問題,回答中則給出具體的數值解答。按照數學家吳文俊先生的觀點,“中國古代數學就是一部算法大全”。
古希臘則把數學作為認識世界的工作,看重抽象、邏輯和理論,歐幾里得的《幾何原本》就是在這樣的文化氛圍中熏陶出來的。這本書到底有多牛呢?現代數學的第一個特點“公理化”是從它開始的。
如果古希臘文明一直璀璨下去,數學的質變可能就不用拖到17世紀了。畢竟阿基米德已經把抽象的數學原理和工程技術結合起來,根據力學原理求幾何圖形的面積,第一個播下了積分學的種子。
然而歷史沒有如果,所以數學從常量到變量還是得等到中世紀以后。所謂常量數學,指從以自然數、分數體系形成的萌芽期到解析幾何、微積分誕生前的階段,彼時數學只能描述事物和現象相對穩定的狀態。但馬克思爺爺教導過我們,世間萬物都是患有多動癥的,所以到了16、17世紀,隨著生產力的發展,變量成為了數學研究的中心課題。解析幾何與微積分的創立宣告人類正式進入變量數學時代。
講到這大家有沒有發現,我們學數學時掉過的坑幾乎和上面提到的那些質變是一一對應的。本來掉坑很正常,上坡的路總是艱難的。但問題是對于大多數不知道知識點之間有什么聯系的中國學生來說,眼里就全是坑壓根沒有路了。
我們不妨和古人的學習方式做對比,查閱下那些大師的求學經歷,經常會讀到“他在閱讀亞里士多德的著作后對XX產生了濃厚的興趣,經過了系統的學習......”。看看,別人是從最原始和本質的內容開始學習,知道在哪里曾經碰到過什么問題,因此需要什么樣的公式定理,明白前一個腳印會對下一步的方向產生怎樣的影響。
反觀我們,好不容易學會了加減乘除,氣都來不及喘一口,下節課老師就可能搬出從沒見過的方程開始bla、bla的講,真是讓人“拔劍四顧心茫然”啊。
參考文獻:
1.《數學簡史》,張紅,科學出版社
2.《從常量數學到變量數學——從微積分思想獲得的啟示》,王華,《高教視野》2015年 5月endprint