歐陽絳 山西大學自然辯證法研究室
在文明的結構中,存在著許多鏈條,數學-數學史-數學教育-
素質教育是其中一條。緊緊地把握此鏈條及鏈條上的諸關係,將大
有助於文明的發展。
數學有它自己的發展過程,有它的歷史。它是活生生的、有血有
肉的。無論是概念還是體系,無論是內容還是方法,都只有在與其
發展過程相聯繫時,才容易被理解。可以說,不懂得數學史,就不
能真心地理解數學。數學課本上的數學,經過多次加工,已經不是
原來的面貌;刀斧的痕跡,清晰可見。數學教師要把課本上的內容
放到歷史的背景上考察,才能求得自己的理解;然後,才有可能幫
助學生理解。
歷史上的東西都是曾經成為現實的東西。它成為現實,總有它成
為現實的理由;這理由就是邏輯。不懂得數學發展的邏輯,就沒法
把握今天的潮流和未來的趨勢。要知道:每一位談論潮流和趨勢的
人,都加上了他自己的主觀分析和主觀願望;唯獨歷史是公平的,
不偏不倚。
我們強調在教學中要注意啟發,其實,歷史就是最好的啟發式。
探索思想根源,認準歷史上的重大思想轉折,對於在此領域辛勤奔
波的人來說,是最大的啟發。H.伊夫斯(Howard Eves)在《數學
史上的里程碑》中,為我們做出了範例。著名數學家江澤涵先生說
得好:「在數學飛速發展的今天,不了解其歷史、其全局,只見樹
木,不見森林,對數學的學習和研究都不利。」在數學前沿工作的
研究人員,也常常忘記他自己正立足於數學發展的哪一點,更不用
說數學系的學生了。為了整個數學的發展,需要整理和研究數學史。
對於每一個數學研究工作者或者數學教育工作者,數學史都應該在
自己的心目中,列為必修課。
數學從它誕生那天起,就與思維結下了不解之緣。創造數學,構
造數學,學習數學,研究數學,都是思維的過程,而且是較為純淨
的思維過程。數學是鍛鍊思維的體操。這要從多方面理解,包括:
直觀、猜測、類比和演繹,還包括:從具體到抽象,從抽象到具體,
從特殊到一般,從一般到特殊,等等。
「歷史從哪裡開始,思維就應該從哪裡開始。」對於一般學科尚
且如此,對於與思維有不解之緣的數學尤應如此;也就是說,更應
該從探索思維的源頭入手。
隨著數學的發展,人們進一步思考一些問題:數學研究的對象究
竟是甚麼?數學怎樣成為可應用的?對「數學是研究模式的學問」
這句話該怎麼理解?等等。這些問題都是數學哲學的研究課題,只
有放到數學史的背景上考察,才容易理解。另一方面,數學史家在
研究數學史和寫作數學史之前,對上述問題總有一定的觀點、一定
的看法。因此,我們可以仿照科學哲學家們的說法,說:「沒有數
學史的數學哲學是拐子,沒有數學哲學的數學史是瞎子。」
教學法上有這樣一條原則,我們姑且稱之種系發生原則。它建基
於生物學家精闢論述的著名定律:「個體發育重演種系發生史」,
意思就是「個體複製群的發展」。即至少在粗略的外觀上,一個學
生要把一門學科學好,得順著該學科的歷史發展的順序學。作為一
個特殊例子,我們來看一下幾何學。最早的幾何學可稱為潛意識的
幾何學(subconscious geometry),它來源於人類認識物理形式和比
較形狀與大小的能力的簡單觀察。幾何學後來成為科學的,或經驗
幾何學;該學科的此階段發生於這樣的時候,即人類的智能從一組
具體的幾何關係中抽出把前者(指具體的幾何關係)作為特例包括
在內的一般的抽象關係(幾何的定律)的時候。後來,實際上在希
臘時期,幾何學才提高到高級階段;成為證明幾何學。按照這裡講
的教學法原則,主張:應先向年輕的孩子們顯示,如何通過簡單的
技術對自然作簡單的觀察;然後,教學生用圓規和直尺,用尺和延
長器,並且用剪刀和漿糊,導致一批重要的幾何定理;再遲些,幾
何學才能以其證明或演繹的形式被顯示,較早的歸納方法的優缺點
此時才能向學生指明。--僅從這一點來說,數學教育工作者也應
該學習和研究數學史。
H.伊夫斯在探索種系發生原則的過程中,提出了數學之樹的概
念,並且對它作了生動而形象的描述:若干年前,把數學描繪成一
棵大櫟樹的樣子,這是眾所周知的事。在樹根上標著代數、平面幾
何、三角、解析幾何和無理數這樣的名稱。從這些根上長出該樹的
強大的樹幹,上面寫著微積分。然後,從樹幹的頂端發出許多枝,
並且再分為較小的枝。這些枝上寫著這樣的名稱:複變、實變、變
分法、概率等等,包括高等數學的所有各個「分支」。
數學之樹顯然是時間的函數。例如,上面描述的櫟樹肯定不能作
為亞歷山大時期的數學之樹。櫟樹很好地代表十八世紀和十九世紀
相當一部分數學的情況;但是,隨著二十世紀數學的大量增長,櫟
樹給出的數學的一般圖景不再保持了。
我們必須重繪數學之樹,如果它要代表今天的數學的話。幸而存
在作為這種新代表的一種理想的樹--榕樹。榕樹是一種多幹樹,
而且不斷生長新幹。這樣,從榕樹的一枝上,一根像針一樣的生長
物向下伸展,直到它達到地。它在那裡生根,並且,在一些年後,
這針狀物長得越來越粗壯,及時地將自己長成有許多枝的幹,每一
枝又在地下投下它們的針狀生長物。伊恩.斯圖爾特(Ian Steward)
在他著的《自然之數》一書中,又描繪出了數學的前景。由櫟樹,
而榕樹,而自然之數,數學教育工作者都應該把它們置入視野,尤
其是:當我們考慮課程設置時。
文明是有結構的,這指的是:(1)文明由若干部分組成,有:
科學、藝術、宗教、倫理、政治、法律等等;(2)各部分在這個結
構中有一定的地位;(3)各部分之間依一定的關係而共存。
數學是文明的一個組成部分,而且是一個重要組成部分。有了文
明,就有了數學,數學史和文明史幾乎是同步前進的。數學不是在
真空中產生的,總是在一定的文明中出現的。因此,我們講文明史,
也該介紹其文明背景。另一方面,數學的發展對整個文明的發展起
的影響不容忽視。也就是說,我們不能把它僅僅當作一種技術或技
巧,要注意它的文明功能,即對文明發展的促進作用。
對學習和研究數學的人,對未來的數學教師和在職的數學教師,
講數學史,要講甚麼樣的數學史,要怎樣講數學史。這是個值得探
索的問題。
首先,要把它當作一門數學課來講,要強調它是「數學」史,而
不是數學「史」。正如H.伊夫斯在《數學史概說》中指出的,和實
際做到的。第二,要注意數學思想的演變,尤其是數學思想的重大
轉折。正如H.伊夫斯在《數學史上的里程碑》中指出的,和實際做
到的。第三,要把數學的發展與它所處的文明背景的關係講清楚。
這既能說明它是在甚麼樣的文化氛圍中產生的,又能說明它對處於
其中的文明產生的影響,即其文明功能。作為數學教師,對上述這
些有了個清晰的認識,大有助於提高自己的素質。
在這裡,應該探討的問題有:數學的教育功能?不同民族、不同
時代對數學的教育功能的種種看法?這可以從畢氏學派的「數學能
淨化人的思維」說起。
數學教育對整個文明發展的作用?數學教育在不同國家、不同時
代的地位?這可以從柏拉圖學派的「不懂幾何者,不得入內」說起。
當今世界,數學教育是否受到足夠的重視?對於數學教育史,已
經做過些甚麼工作?有哪些工作,亟待進行?在數學教育史中,最
關鍵的是數學教育思想史。
目前,人們都在談論素質教育,眾說紛紜。我不準備在這裡談這
些說法,我只提出一點:應該把「素質教育」作為一個開放的概念,
不要急於下結論。正因為如此,我願大膽地提出自己的看法。我認
為:素質教育的「素質」,應該包括以下內容:(1)身體素質,(2)
心理素質,(3)思維素質,(4)道德素質,(5)科學文化素質。
作為教育工作者的我們,應該弄明白各素質間的關係,尤其是:身
體素質和心理素質對成功的影響。著名數學家、著名數學教育家G.
波利亞(George P鏊ya)(1887-1985),能取得那麼大的成就,是
與他的身體素質高分不開的。
畢達哥拉斯說過:「數學能淨化人的思維」;不少教育學家強調:
數學能鍛鍊人的思維。數學在提過思維素質方面的作用不容忽視。
數學教育在提高科學文化素質上的作用,也是突出的。這不僅由於
數學的內,還由於通過數學學習養成的思維習慣和思維方法。在某
種意義上,數學是開啟科學文化宮殿大門的鑰匙。作為數學教育工
作者,明確地意識到這一點,大有助於提高自己的工作水平。
我們必須懂得整個素質教育的內涵,懂得數學教育在整個素質教
育中的地位;並且,知道自己(面對這麼高的要求)欠缺甚麼,努
力擴展自己的能力,當仁不讓地勇敢地承擔起自己應付的責任。
每一位數學教師,都應該捫心自問:對數學是否熱愛?自己做數
學時,是否常有激情湧現?然後,再考慮:如何通過自己的教學激
發學生學習數學的激情?每一位數學教師,應該弄懂數學與思維的
關係,知道:如何通過教學啟發學生的思維。更要緊的是:讓學生
通過數學活動,培養起良好的思維習慣。每一位數學教師,都應該
認真地學習數學史,用數學史啟發自己的頭腦,然後,用自己的已
經馳騁起來的思維去啟發學生。
作為數學教師,怎樣提高自己的素質呢?一曰實踐。教學實踐,
是提高自己素質的起點,要緊緊把握每一個機會。二曰讀書。要選
擇一兩本書,認真地讀,把上面的題,全把做一遍,並進行反思;
一定要讀透。三曰思考。在實踐過程中,要思考;要知道;單純的
經歷,不等於經驗;經歷加思考,方能形成經驗。在讀書過程中,
要思考,要知道:只有和作者進行思想交流,作者的思想種子才能
在自己的心田中生根發芽。四曰寫作。寫作也是主動地思考、主動
地表述。大膽地寫出自己的見解,方能讓自己在思維領域闊步前進。
畫地為牢,作繭自縛,抱殘守缺,是沒有出路的。
實踐、讀書、思考、寫作,實踐、讀書、思考、寫作,如此循環
往復;你將必然地進入成功者的行列。
以上十一條,是我們數學教育工作者於工作、談問題的立足點。
千萬不要把這些看似遠離教學的東西,當作「陽春白雪」,屏之於
九霄雲外;這是打好基礎、站穩腳跟的大事;站穩了腳跟,才能向
前進。對於上述問題學習與研究、分析與討論,是考慮數學教育改
革問題之前,必須做的準備工作。一句話,是數學教育改革的立足
點。
(一)G.波利亞的著作:
《怎樣解題》,閻首蘇譯,科學出版社,1982年。
《數學的發現(第一卷)》,歐陽絳譯,科學出版社,1982年。
《數學的發現(第二卷)》,劉遠圖等譯,科學出版社,1987
年。
《數學與猜想(第一卷)》,李心燦等譯,科學出版社,1984
年。
《數學與猜想(第二卷)》,李心燦等譯,科學出版社,1984
年。
Mathematical Methods in Science, The Mathematical Association
of America, 1977. (尚無中譯本)
(二)H.伊夫斯的著作:
《數學史概論(修訂本)》,歐陽絳譯,山西經濟出版社,1993
年。
《數學史上的里程碑》,歐陽絳等譯,北京科學技術出版社,
1990年。
(三)其他:
《數學的藝術》,歐陽絳著,農村讀物出版社,1997年。
《思維效率》,歐陽絳著,福建教育出版社,1996年再版。
《自然之數》,伊恩.斯圖爾特著,上海科學技術出版社。
H. Scott Fogler, Strategies for Creative Problem Solving,
Prentice Hall Inc., 1995.
