【育人新篇】张景中院士:用“教育数学”为“数学教育”做减法

发布时间:2024-09-10文章来源: 浏览次数:

张景中,中国科学院院士,著名计算机科学家、数学家和数学教育家,中国科普作家协会第四届理事长,中国高等教育学会教育数学专业委员会第一届理事长,广州大学计算机科学与网络工程学院教授、名誉院长,计算科技研究院名誉院长,广东省数学教育软件工程技术研究中心主任。

从教50年来,张景中坚持教书育人,提出“教育数学”的思想理念,努力为每个难点寻找简单路径;他致力数学科研,深耕机器证明、距离几何及动力系统等领域,使几何定理可读证明自动生成的难题取得突破;他从事科普创作,用作品阐释数学主张,履行自己眼中“科学家的责任”;他研究教育信息技术,与团队共同打造出互联网动态数学工具——网络画板,用信息技术赋能数学课堂……在与数学相伴的漫漫长路上,张景中逐渐成长为一名数学家和数学教育家,一步步将教育理念转化为教学实践。

曲径辟新,为了教育改造数学

1974年,张景中在新疆二十一团子女中学做数学教师,看到很多学生为学数学头疼,尤其是学到几何部分时,有不少学生反映做不出题目。作为教师,他为学生们想了一些更简单的解法,发现很有效,还有好几位初中生当时就学会了高中的数学知识。1978年,张景中被调到中国科学技术大学教少年班和数学系,又看到很多学生为高等数学发愁,于是他开始针对他们认为难度较大的几个问题,研究使其“变简单”的方法。直到1989年,他接到出版社写书的邀请,正式把这一理念提炼命名为“教育数学”。

路虽远,行则将至;事虽难,做则必成。新的概念提出后最难的往往是实践。由于“教育数学”的理念和传统的数学教学方法相差太大,当时很多人不愿意尝试新理念。用“教育数学”做实验,一旦实验未能达到预想的效果,不单已有的投入付诸东流,这批实验生的数学成绩也要有人负责。张景中思虑再三,还是决定“试一下”,推动“教育数学”落地。“我写了很多科普文章,宣传让数学变得容易学的新方法,之后部分奥数参考书开始选用这些内容。为了更好地贴合学生的学习实际,我尝试用这些新方法做了大量中小学数学习题,并在这个过程中提炼出了几何证明的算法。渐渐地,华东师范大学的张奠宙先生开始注意到我的理念,他很欣赏‘教育数学’的理念,在他的倡导下,宁波崔雪芳老师开始用‘教育数学’做实验。他们面向初一学生用我的方法讲了一节课引入正弦,发现学生都能够理解,还生发出了想要继续深入学习的兴趣。当时距离这一理念的提出已过去了将近20年的时间。”张院士如是说。后来,在广州、贵州、成都等地陆续开展了教学实验,结果都很理想。目前已有十几个省的一百多所学校加入实验队伍,并有了初步成效。

在数学理论研究上,张景中也作出里程碑式的贡献。他提出以面积方法为基础的消点法,实现了几何定理可读证明的自动生成,被国际同行誉为 “是自动推理领域三十年来最重要的进展,是计算机处理几何问题道路上的里程碑”,获中国科学院自然科学一等奖和国家自然科学二等奖;他给出初等图形在欧氏空间实现的充要条件、发现并证明了有限质点组的基本的不等式、给出单调连续函数生成的迭代半群的唯一性准则……这些研究为发展“教育数学”奠定了基础。“为数学问题寻找更简单的方法,研究起来难度不同,有的研究只花了我一夜的功夫。我觉得数学课堂中的许多问题,实际上都能转化为科研课题,如果能在数学科研上做出探索和突破,那么前者的复杂问题也就有了迎刃而解的可能。”张景中真正实现了教研相长,双融互促。

把“让数学变得更简单”视为终生事业

数学科普这件事,他一干就是几十年。他认为,数学科普和数学创新同等重要。日常的数学学习和科普阅读可以为孩子提供生动的情景和榜样,启发他们的学习兴趣,激发他们在生活中多动手动脑的热情,同时认识到数学知识的广泛应用,了解提出和解决数学问题曲折有趣的历史。比如当初看不到抽象代数这门数学课程有什么用处,所以称之为“抽象”代数。后来发现因式分解几乎用到了它的所有理论,它的理论还可用来研究构造和破译密码,有着很高的实用价值。

张景中的科普创作,要从他小时候热爱科普读物说起。“我小时候喜欢读科普作品。法布尔的书让我看到一个新奇的世界,伊林的作品让我知道了许多平常的东西包含着不平常的故事和道理。科普读物启发我思考,激励我探索,使我产生了研究和创新的愿望。我常常想,如果有一天我能出书,也要写好看的科普书。就这样,我给自己加上了写科普书的责任。”张景中如是说。好看的科普书很难写,特别是数学科普创作,要用通俗有趣的语言来说清枯燥的数学定律、公式是非常困难的。张景中这样形容自己科普写作的状态:“在写科普作品的时候,往往是自己想了很久,想出一个有趣的话题,然后才把它作为一本书或者一个思路的开头。”上世纪八十年代,张景中第一次发表了相关的研究成果,后来陆陆续续写了很多科普著作和文章。一本6万字的《数学家的眼光》,为了写得易懂而有味道,他来回地改,花了5年的时间才完成。“写在书里不过十几行的道理,却要用两天多时间。”科普创作很辛苦,但想到能和许多读者特别是年轻人交流思想,许多青少年可能因喜爱自己的作品而对数学产生兴趣,张景中感到很欣慰。他认为这也是一种幸福,一种精神享受!

近年来,张景中又致力于教学工具“超级画板”的研发,用数学学科专属的教育信息技术,帮助教师更加高效地备课、授课,并将更为直观的内容呈现给学生,调动他们的学习兴趣,让数学学起来更容易。

以“科学家精神”为国育才

张景中认为科学家精神可以用求真、务实、探索、创新来概括,而他也切身践行着。他在培养自己的硕、博生时告诫同学们不要追求论文的数量,要追求质量。在论文选题方面给予学生很大的自由度,要选一个自己真正想做的内容,只要有任何问题,都可以给他发邮件,只要他来到学校,就会找学生来进行交流,了解学生做科研的状态。对于自己,张景中至今每天仍保持近10个小时的工作时间。他惜时如金,每次到外地参加学术会议,除了听报告和用餐,他总是一头扎进自己的房间,甚少外出。

对于数学人才的培育和数学教育的未来发展,张景中谈到:数学人才的培养不是一蹴而就的,想要实现顶尖数学人才的充足,首先要实现中等层面数学人才的充足,前者更多是研究数学专业理论的学者,后者可以包含各行各业的普通人,像工程师、设计师、程序员、会计师……支持他们工作、进步的相当一部分基础正是扎实的数学知识。国家人才的需求多种多样,中等层面数学人才的培养也应该百花齐放,数学教师也属于这一范畴,但现在很多地方依然缺少数学教师,优秀的数学教师更是稀缺的人力资源。

未来,他希望通过自己的工作能够在数学教育领域,把下一代学生的数学素养充分提高,对中国梦的实现有积极作用。教育界应该增强数学教育,鼓励创新,中国人的生活质量就会随之提升。


张景中院士的近五十年教育生涯,是献身教育、不断创新的五十年。从数学研究到数学教育再到数学科普,他的足迹和贡献无处不在,其身上涌现的教育家精神更加值得千千万教育和科研工作者学习。


注:文本部分素材引自《教育家》2023年4月刊第2期《数学家张景中:用“教育数学”为“数学教育”做减法》




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