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谈及数学,相信不少人会觉得这戳到了他们读书时代的痛处,谁没有被数学折磨过呢?
对绝大多数人来说,数学是一生中学得最多的一门课程:从小学到中学,从中学到大学,包括到了研究生的学习阶段,都在学习数学。可为什么要花这么多时间来学习数学?又为什么一定要努力学好数学呢?
微博上曾发起过“数学滚出高考”的调查,“数学无用论”在大众中引起了很大的反响和共鸣。“难道我买菜还要用函数吗?”诸如此类的叩问一度甚嚣尘上,觉得对于普通老百姓而言,简单的计算会了也就够了,深奥的数学知识有科学家去钻研,学那么多数学反正会忘掉,学起来还那么痛苦,何必呢?
难道数学真的无用吗?答案显然是否定的。其实学习数学最侧重的是逻辑思维的锻炼。我们不仅仅是要学习一些知识,解决一些数学问题,更重要的是数学教导我们的应该是遇到事情我们如何去思考和处理,如何冷静地分析问题进而找到解决问题的方法。
数学给了我们应对工作生活中方方面面各种问题的思路,也许我们会忘了某些学过的定理、公式,但分析解决问题的能力却是烙印于我们脑海,且会随着面对和解决问题的增加而愈加丰富和干练。所以数学的用处绝不仅仅在于我们买菜时的加减乘除,更在于我们在社会中生存所面临的每一个问题,每一件事情的应对处理中。
说起数学就不得不提到一个人,那就是古希腊著名数学家欧几里得。他的主要著作《几何原本》是人类历史上最伟大的著作之一,对数学、自然科学乃至一切人类文化领域都产生了极其深远的影响。
在两千多年的时间里,《几何原本》一直被视为纯粹数学的公理化演绎结构的典范,其逻辑公理化方法和严格的证明仍然是数学的基石。它从几个简单的定义以及几条看起来自明的公理、公设出发,竟然能够推导出大量根本无法直观且不可错的复杂结论。在很大程度上,这种数学演绎也因此成为西方思想中最能体现理性的清晰性和确定性的思维方式。
哥白尼、开普勒、伽利略和牛顿等许多科学家都曾受到《几何原本》的影响,并把他们对《几何原本》的理解运用到自己的研究中。霍布斯、斯宾诺莎、怀特海和罗素等哲学家也都尝试在自己的作品中采用《几何原本》所引入的公理化演绎结构。爱因斯坦回忆说,《几何原本》曾使儿时的他大为震撼,并把《几何原本》称为“那本神圣的几何学小书”。
奥斯卡影片《林肯》里有这样一个场景:在签发解放黑奴的法律之前,美国林肯总统一人独处书房,手里拿着《几何原本》,死死盯着第四公理在想:“所有直角都是相等的,那为什么人人生而平等就不能成为一条不证自明的公理或是法则呢?”这就是《几何原本》的力量,也许大部分人认为这只是一本关于几何的数学书,但只有那一小部分人能看到其更深层的意义。
(古希腊著名数学家-欧几里得)
欧氏几何的特点就是由有限的公理经过严密的逻辑推理得到一批更具实用意义的定理,再由这些公理和定理推导出我们需要的结论。可以说几何的学习正是最凸显数学逻辑关系的学习,也是最锻炼思维,对数学能力发展、创造性思维形成的关键所在。
《几何原本》虽然成书于几千年前,但其中渗透的数学思想方法却对于数学的学习大有裨益。事实上,我们现在再看《几何原本》会站在不同的高度审视我们所学,明白这些知识到底是怎么来的,这正是发现的过程,也正是创新思维形成的过程。所以我们对于数学要摒弃功利之心,追本溯源,明白我们要学什么,学的什么,学的知识又是怎么产生和发展的,这样我们才能更深切地体会到我们学习的意义,也才能反过来更进一步促进知识的发展。
数学也是素质教育的体现
要搞清为什么要学好数学,还要认识数学对一个人培养与成长的重要作用。数学既然这么重要,那么学习数学的目的就仅仅在于得到一大堆定理、公式和结论,懂得各种各样的数学方法和手段,会求解各种各样的习题嘛?答案当然不是!
数学是一门重思考与理解、加上严格的训练、充满创造性的科学,只有掌握了数学的思想方法和精神实质,才能由不多的几个公式演绎出千变万化的生动结论,显示出无穷无尽的威力。
实际上,通过认真的学习和严格的数学训练,是可以具备一些特有的素质和能力。这些素质和能力是其它课程的学习、实践中所无法替代或难以达到的。而且,即使所学的数学知识已经淡忘,这些素质及能力作为一个人的数学教养仍不会消失,将伴随终生,始终发挥积极的作用。
例如:
由此可见,数学教育看起来只是一种知识教育,但本质上也是一种素质教育。
现代科技的发展进步离不开数学
数学的重要性不言而喻。随着社会的高速发展,各种科技创新的不断进步,大众对于数学的重要性有了越来越深刻的认识。尤其是在近两年中兴、华为等一批科技企业所面临的国外技术封锁和打压的时候,民众越发意识到自主创新对于民族发展,中国复兴的重要意义。而科技的进步归根结底靠的正是以数学为代表的基础学科的发展进步。
如果走的路正确,中国在未来十年内可以发展成最好的数学强国。著名华人数学家丘成桐此前在接受媒体采访时曾表示,只要政策支持、资金充裕,科研工作者拥有足够的发展空间,中国科学一定会有大发展。马云在阿里巴巴全球数学竞赛颁奖典礼上说:“数学跟哲学一样,是所有科学的基础,是推动整个社会进步的基础……这是一个人人都需要以数学为基础的时代。”
爱因斯坦曾花10年时间重修数学,为创建广义相对论打下基础。二战中数学家帮助联军躲过德国袭击、扭转战局。用此前参加《我是演说家》安利数学的英国华威大学数学专业毕业生游斯彬的话说,数学是通往星辰大海的密钥,是国防科技的护盾,是我们脚下这片土地的未来。
而数学不止用于星空之上,也用于社会之中,同时也是重大技术创新发展的基础。一个国家的数学实力往往影响着其科技发展水平,几乎所有的重大发现都与数学的发展与进步相关,数学已成为航空航天、国防安全、生物医药、信息、能源、海洋、人工智能、先进制造等领域不可或缺的重要支撑。
2019年9月25日,被外媒评为“新世界七大奇迹”的北京大兴机场正式投入运营。作为全球首座高铁地下穿行、全球首座双层出发双层到达的航站楼,大兴机场令人赞叹的还有它那精妙绝伦的建筑设计。而它的设计师正是被誉为国际著名建筑师、曲线之王——女魔头扎哈·哈迪德。
北京大兴机场的棚顶是一个非常漂亮的六芒星的结构。建筑上有很多非常光滑的曲线,实际上看它内部的钢架结构,里面彼此垂直的曲线结构形态非常优美。而它就是几何中一个非常深刻的数学概念——叶状结构,所以大兴机场是完美的体现了艺术和数学的结合。
其实日常生活中大家也都在使用简单的几何原理。比如两点之间直线最短,可以帮你在规划路线时节约不少时间;利用勾股定律可以更方便地提前制作出三角形框架的各个边,然后拼搭在一起;车轮是圆的而不是方的,因为圆的半径是个恒定值,故能保证车轮旋转时,车轴离地面的距离永远恒定,从而车能够平衡。
《几何原本》的重要性不仅在于它所提出的一系列意义重大的公式、定理,而是它建立了严密的逻辑,进而演变成了一种借助数学去理解世界的思想体系。古希腊、古罗马、中世纪、文艺复兴、近代科学、现代世界的格局等等,无不是在这种思想体系的框架中产生。

如果你想好好体会一下这种逻辑和演绎的力量,最简单的办法就是亲自找一本《几何原本》来读一读。也许当我们真正了解数学的价值,才能真正领略数学之美。
推荐阅读
《几何原本》
欧几里得
果麦文化/江西人民出版社
