丘成桐:中小学应该如何教授数学和物理
2023-10-22 12:51:01 直快帮 私信 科技

丘成桐(Shing-Tung Yau),1949年4月出生于广东汕头,祖籍梅州蕉岭,美籍华裔数学家,菲尔兹奖首位华人得主,美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士、中国科学院外籍院士、中央研究院院士、香港科学院名誉院士,哈佛大学数学系荣休教授,香港中文大学博文讲座教授兼数学科学研究所所长,清华大学讲席教授、丘成桐数学科学中心主任。

我们从小的数学教学,充斥着太多“技巧”和变着花样的练习,却忽略了数学的“大道”。

下面举四个例子:

一、方程

严格来说,在学会使用方程之前,并非“数学”,只是“算术”。未知数和等号,小朋友能不能理解?很早就可以,学完加减乘除就可以理解,所有小高的应用题都是白做的,方程全秒杀。

你以为在锻炼小朋友逻辑推理,其实在耽误他们养成方程思维。

二、几何

平面几何很重要,但国内教育过多关注在几何技巧,全是辅助线和五花八门的定理。

读过大学数学的回头一看,会发现根本在一个孤立的小树林里兜圈子,没有多少后续价值。

正确的打开方式:一路向前,走过解析几何、三角函数、复数,未来还有向量和矩阵。你会发现平面几何几乎不用任何辅助线和定理,都被代数化和方程化。没错,还是“方程”。

这就是自笛卡尔以来400年里,数学家研究几何的“康庄大道”。

注释:从欧几里得开始,代数学和几何学一直分离发展。笛卡尔通过引入了坐标系这个概念,使任意一对数字都对应平面上的一个点,反之亦然。这样,图形和位置的关系就能通过方程精确表达,几何问题也能用计算解决。1637年,笛卡尔在《几何学》一书中首次提出了变量和函数的关系。他开创的坐标几何学,成为连接代数和几何的桥梁,开启了一个崭新的时代,17世纪以后的数学发展都基于他确立的坐标系基础之上。

三、高中物理

高中物理之所以支离破碎,根本原因就是违背了物理学被创造出来的基本逻辑:牛顿创造了微积分,并用微积分为整个力学运动学建模。

没有微积分,学什么物理?全是零散的所谓“知识点”,记一堆“物理”概念,最后大学推倒重来,发现全都是数学“方程”里的自然呈现。

所以更恰当的教学,应该是把高中力学和初等微积分合并成一门课一起教,“位置、速度、加速度”和“导数、积分”等概念本来就是一体的,自然融会贯通。

注释:1666年,22岁的牛顿写出了《流数简论》,提出了求曲线面积的方法,这开创了微积分的新纪元 牛顿通过两个例子解释了运动学问题与积分的关系:匀速直线运动的距离就是速度曲线下面积,匀加速运动的距离就是加速度曲线下面积。这启发了他运动距离与速度曲线面积之间的关联。曲线面积问题也由此成为微积分的核心内容。牛顿运动定律的写法也体现了微积分思想。原始表述是力等于动量的微分,而动量是质量和速度的积。因为当时认为质量不变,则力就是质量与速度的微分,也就是质量与加速度的乘积,即著名的F=ma。牛顿的微积分思想和运动定律,奠定了现代物理学的基础。

四、兴趣

欧美最好的孩子的数学教育,其实比我们好很多,他们的老师不仅教了数学的内容,还教他们把数学的兴趣提起来,他们对数学有真正的兴趣,有很大的原动力去寻找数学美妙的地方。

中国的小孩子,很多看不到数学最精华的地方,把题目做好、考好试,就很开心了。数学的真谛不是做人家所给的题目,而是要自己能发掘出一个好的方向、好的题目,要去做突破性的创新研究。

为什么中国孩子数学都很好,为什么中国出不了大数学家?

因为我们的教育,使得中国孩子与欧美孩子相比,在好奇心、兴趣上存在差异。二从好奇心发展出来的科学,往往会拥有比其他科学都要强大的影响力。





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