常說學好數理化,走遍天下都不怕。為什麼數學排第一?

2020-12-22 生活即是熱點

談及數學,相信不少人會覺得這戳到了他們讀書時代的痛處,誰沒有被數學折磨過呢?

對絕大多數人來說,數學是一生中學得最多的一門課程:從小學到中學,從中學到大學,包括到了研究生的學習階段,都在學習數學。可為什麼要花這麼多時間來學習數學?又為什麼一定要努力學好數學呢?

微博上曾發起過「數學滾出高考」的調查,「數學無用論」在大眾中引起了很大的反響和共鳴。「難道我買菜還要用函數嗎?」諸如此類的叩問一度甚囂塵上,覺得對於普通老百姓而言,簡單的計算會了也就夠了,深奧的數學知識有科學家去鑽研,學那麼多數學反正會忘掉,學起來還那麼痛苦,何必呢?

難道數學真的無用嗎?答案顯然是否定的。其實學習數學最側重的是邏輯思維的鍛鍊。我們不僅僅是要學習一些知識,解決一些數學問題,更重要的是數學教導我們的應該是遇到事情我們如何去思考和處理,如何冷靜地分析問題進而找到解決問題的方法。

數學給了我們應對工作生活中方方面面各種問題的思路,也許我們會忘了某些學過的定理、公式,但分析解決問題的能力卻是烙印於我們腦海,且會隨著面對和解決問題的增加而愈加豐富和幹練。所以數學的用處絕不僅僅在於我們買菜時的加減乘除,更在於我們在社會中生存所面臨的每一個問題,每一件事情的應對處理中

說起數學就不得不提到一個人,那就是古希臘著名數學家歐幾裡得。他的主要著作《幾何原本》是人類歷史上最偉大的著作之一,對數學、自然科學乃至一切人類文化領域都產生了極其深遠的影響。

在兩千多年的時間裡,《幾何原本》一直被視為純粹數學的公理化演繹結構的典範,其邏輯公理化方法和嚴格的證明仍然是數學的基石。它從幾個簡單的定義以及幾條看起來自明的公理、公設出發,竟然能夠推導出大量根本無法直觀且不可錯的複雜結論。在很大程度上,這種數學演繹也因此成為西方思想中最能體現理性的清晰性和確定性的思維方式。

哥白尼、克卜勒、伽利略和牛頓等許多科學家都曾受到《幾何原本》的影響,並把他們對《幾何原本》的理解運用到自己的研究中。霍布斯、斯賓諾莎、懷特海和羅素等哲學家也都嘗試在自己的作品中採用《幾何原本》所引入的公理化演繹結構。愛因斯坦回憶說,《幾何原本》曾使兒時的他大為震撼,並把《幾何原本》稱為「那本神聖的幾何學小書」。

奧斯卡影片《林肯》裡有這樣一個場景:在籤發解放黑奴的法律之前,美國林肯總統一人獨處書房,手裡拿著《幾何原本》,死死盯著第四公理在想:「所有直角都是相等的,那為什麼人人生而平等就不能成為一條不證自明的公理或是法則呢?」這就是《幾何原本》的力量,也許大部分人認為這只是一本關於幾何的數學書,但只有那一小部分人能看到其更深層的意義。

(古希臘著名數學家-歐幾裡得)

歐氏幾何的特點就是由有限的公理經過嚴密的邏輯推理得到一批更具實用意義的定理,再由這些公理和定理推導出我們需要的結論。可以說幾何的學習正是最凸顯數學邏輯關係的學習,也是最鍛鍊思維,對數學能力發展、創造性思維形成的關鍵所在。

《幾何原本》雖然成書於幾千年前,但其中滲透的數學思想方法卻對於數學的學習大有裨益。事實上,我們現在再看《幾何原本》會站在不同的高度審視我們所學,明白這些知識到底是怎麼來的,這正是發現的過程,也正是創新思維形成的過程。所以我們對於數學要摒棄功利之心,追本溯源,明白我們要學什麼,學的什麼,學的知識又是怎麼產生和發展的,這樣我們才能更深切地體會到我們學習的意義,也才能反過來更進一步促進知識的發展。

數學也是素質教育的體現

要搞清為什麼要學好數學,還要認識數學對一個人培養與成長的重要作用。 數學既然這麼重要,那麼學習數學的目的就僅僅在於得到一大堆定理、公式和結論,懂得各種各樣的數學方法和手段,會求解各種各樣的習題嘛?答案當然不是!

數學是一門重思考與理解、加上嚴格的訓練、充滿創造性的科學,只有掌握了數學的思想方法和精神實質,才能由不多的幾個公式演繹出千變萬化的生動結論,顯示出無窮無盡的威力。

實際上,通過認真的學習和嚴格的數學訓練,是可以具備一些特有的素質和能力。這些素質和能力是其它課程的學習、實踐中所無法替代或難以達到的。而且,即使所學的數學知識已經淡忘,這些素質及能力作為一個人的數學教養仍不會消失,將伴隨終生,始終發揮積極的作用。

例如:

1. 提高數量觀念。使人能夠認真注意事物的數量變化以及發現其中的規律,這樣可以避免生活工作中心裡沒有數量概念,總是憑感覺或猜測去做決定或判斷。2. 擁有嚴謹的邏輯思維能力。使人可以在繁雜的事務中保持邏輯的清晰,井然有序,條理分明的處理各種問題。3. 高度的抽象思維能力。使人面對錯綜複雜的現象,能分清主次,抓住主要矛盾,突出事物的本質,按部就班地、有效地解決問題,而不會無所適從、一籌莫展。4. 在數學的解題過程中,一直推崇用最少的條件和最簡明的方式去解答問題。所以通過長期的數學訓練,會讓人養成精益求精、力求盡善盡美的習慣和風格。5. 數學作為一種思維與智力上的競賽,會使人增強拼搏精神和應變能力,通過不斷分析問題,從複雜的事物中理清思路,最終解決問題。6. 在數學的不斷學習和鑽研中,會慢慢激發人的探索精神、創新意識及創新能力,使我們更加靈活和主動,聰明才智得到充分的表現和發揮。

由此可見,數學教育看起來只是一種知識教育,但本質上也是一種素質教育

現代科技的發展進步離不開數學

數學的重要性不言而喻。隨著社會的高速發展,各種科技創新的不斷進步,大眾對於數學的重要性有了越來越深刻的認識。尤其是在近兩年中興、華為等一批科技企業所面臨的國外技術封鎖和打壓的時候,民眾越發意識到自主創新對於民族發展,中國復興的重要意義。而科技的進步歸根結底靠的正是以數學為代表的基礎學科的發展進步

如果走的路正確,中國在未來十年內可以發展成最好的數學強國。著名華人數學家丘成桐此前在接受媒體採訪時曾表示,只要政策支持、資金充裕,科研工作者擁有足夠的發展空間,中國科學一定會有大發展。馬雲在阿里巴巴全球數學競賽頒獎典禮上說:「數學跟哲學一樣,是所有科學的基礎,是推動整個社會進步的基礎……這是一個人人都需要以數學為基礎的時代。」

愛因斯坦曾花10年時間重修數學,為創建廣義相對論打下基礎。二戰中數學家幫助聯軍躲過德國襲擊、扭轉戰局。用此前參加《我是演說家》安利數學的英國華威大學數學專業畢業生遊斯彬的話說,數學是通往星辰大海的密鑰,是國防科技的護盾,是我們腳下這片土地的未來

而數學不止用於星空之上,也用於社會之中,同時也是重大技術創新發展的基礎。一個國家的數學實力往往影響著其科技發展水平,幾乎所有的重大發現都與數學的發展與進步相關,數學已成為航空航天、國防安全、生物醫藥、信息、能源、海洋、人工智慧、先進位造等領域不可或缺的重要支撐。

2019年9月25日,被外媒評為「新世界七大奇蹟」的北京大興機場正式投入運營。作為全球首座高鐵地下穿行、全球首座雙層出發雙層到達的航站樓,大興機場令人讚嘆的還有它那精妙絕倫的建築設計。而它的設計師正是被譽為國際著名建築師、曲線之王——女魔頭扎哈·哈迪德。

北京大興機場的棚頂是一個非常漂亮的六芒星的結構。建築上有很多非常光滑的曲線,實際上看它內部的鋼架結構,裡面彼此垂直的曲線結構形態非常優美。而它就是幾何中一個非常深刻的數學概念——葉狀結構,所以大興機場是完美的體現了藝術和數學的結合。

其實日常生活中大家也都在使用簡單的幾何原理。比如兩點之間直線最短,可以幫你在規劃路線時節約不少時間;利用勾股定律可以更方便地提前製作出三角形框架的各個邊,然後拼搭在一起;車輪是圓的而不是方的,因為圓的半徑是個恆定值,故能保證車輪旋轉時,車軸離地面的距離永遠恆定,從而車能夠平衡。

《幾何原本》的重要性不僅在於它所提出的一系列意義重大的公式、定理,而是它建立了嚴密的邏輯,進而演變成了一種藉助數學去理解世界的思想體系。古希臘、古羅馬、中世紀、文藝復興、近代科學、現代世界的格局等等,無不是在這種思想體系的框架中產生。

如果你想好好體會一下這種邏輯和演繹的力量,最簡單的辦法就是親自找一本《幾何原本》來讀一讀。也許當我們真正了解數學的價值,才能真正領略數學之美

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