院士教數學「優秀」百分百

2020-12-11 網易新聞

他是中科院院士,也是全國優秀教師;他是科學家,也是中學數學教育的設計者。在廣州日報全媒體記者採訪的院士中,張景中院士也許是最接地氣的科學家之一:為讓數學更容易,他提出教育數學,兩個班的普通學生3年之後數學成績個個優秀;為讓數學更有趣,他的團隊推出了「超級畫板」,幾何機器證明研究得到成功應用。在廣州工作22年,他的兩大研究成果都得以落地應用。他感慨道:「思想解放的廣州讓我的研究成果從紙上進入了現實。」

文/廣州日報全媒體記者秦松 通訊員張英俊、林其剛、梁孝廉

【院士小傳】

張景中,河南省汝南縣人。1954年進入北京大學數學力學系學習,1957年肄業。1979年任中國科學技術大學數學系講師,1982年升為副教授。1985年起在中國科學院成都分院工作,任數理科學研究室主任、研究員。1995年當選為中國科學院院士。現為廣州大學計算機與教育軟體學院名譽院長,中國科學院成都計算機應用研究所名譽所長等。曾獲「全國優秀教師」等稱號及「全國五一勞動獎章」。

他和合作者提出和實現了定理機器證明的數值並行方法。把多年來在教育數學研究中所發展的幾何新方法用於機器證明,創建了幾何定理可讀證明自動生成的原理和方法。曾獲1982年國家發明獎二等獎,1995年中國科學院自然科學獎一等獎,1997年國家自然科學獎二等獎。科普作品曾獲2005年和2009年國家科技進步獎二等獎。

「超級畫板」落地

推廣這款好的教學軟體

1995年,即將進入耳順之年的張景中開始「廣漂」生涯。「當時廣州想進行一個軟體開發類的研究項目,剛好和我的研究內容有關係,我們就來到了這裡。」如今,22年過去,他已年逾八十。

在廣州的22年,有兩項成果讓張景中印象深刻,其中一項是具有自動推理功能的動態數學軟體「超級畫板」。在此之前,他創立了計算機生成幾何定理可讀證明的原理和算法,這項成果被國際同行認為是使計算機能像處理算術一樣處理幾何的「裡程碑」。1995年,他因此獲「中科院自然科學獎一等獎」,1997年獲「國家自然科學獎二等獎」。

在廣州,這一研究成果變成了智能軟體而更加可視化。「超級畫板」實現了高度的智能化,不僅在使用的方便性和教學互動性上超過國內外同類產品,而且還可以進行幾何機器證明,適用於從小學到大學的學生自學、教師備課進修、課堂教學和網絡教學。

2009年,時任廣州市委書記朱小丹在看了張景中的演示後當場表態:「廣州要帶頭推廣這麼好的教學應用軟體。」他說,廣州發展教育的任務非常重,主要從孩子抓起,科普工作要大力加強。讀書學習興趣很重要,用了「超級畫板」後,學生興趣提高了,就應該推廣。

如今,這項研究成果已經在教學方面廣泛應用,大大提升了孩子們學數學的興趣。

讓數學更好學

逾百學生中考100%達優

相比幾何機器證明的高大上,另一項研究更加接地氣。在漫長的科學研究生涯中,張景中還是一名視科普為終身事業的數學教育家。一直致力於將數學變簡單的他,2012年創造了一個不小的教育奇蹟。

早在1974年,張景中在新疆一個農場子女中學教書時,就深感學生學習數學很困難,由此開始思考讓數學變得好學的方法。20世紀80年代以來,他陸續發表了一系列有關數學教育的著作。然而30多年來,在應試教育的大背景下,卻沒人敢將他的設想進行教學實驗。

「一直到2012年,第一篇論文發表了32年之後還沒有人敢做,是廣州市科協支持了這個實驗的立項。」張景中說,當時廣州市科協的領導曾找他加入「千師萬苗工程」,即1個專家帶10個中學生,1000個專家帶10000個學生。「中學生那麼多,我帶好10個能解決多大的問題?我的精力有限,壽命有限。如果能建立一種可操作的方法,無論誰來教,無論誰來學,都能在數學上有顯著提高,不是更好嗎?但這需要實驗。」張景中建議給他幾個班,讓他進行實驗,而且要求不要挑好學生。

廣州市科協支持了這一做法。海珠實驗中學的領導和老師大膽地承擔了建設實驗班的工作。實驗班學生入學時做了測試,其中一題是讓學生計算三角形的高,有些鈍角三角形的高在外面,結果有2/3的學生不會做,這說明學生們的數學水平確實很一般。授課老師將張景中有關著作的內容編入教案,設計了90多節課取代通用教材,有些地方還改變了傳統的定義。3年後的中考,這兩個班的數學成績竟然全部達到優秀水平。

「3年時間裡,不僅減少了48個數學課時,還學到了一些高中才能學到的知識。中考成績出來之後,這兩個班的學生數學成績優秀率達到了100%,我都感覺很驚訝。我覺得兩個班的學生成績會提高,但提高到這個程度是我想不到的。」張景中說,因為與課程標準中數學教學的內容不一致,實驗有風險,學校當初還和實驗班的學生家長們籤了協議,保證中考失敗了也能在本校上高中。沒想到兩個班100多個學生中,除了7個沒有本地戶口的學生外,全部上了廣州的好高中。

談數學教育:

改造優化初高中數學教學

為什麼學了和標準課程不一樣的內容,學生的成績反而提高了呢?

張景中認為,為數學教育而改造數學,通過豐富發展數學而推進教育,是教育數學的宗旨。這包括提出新定義新概念,建立新方法新體系,發掘新問題新技巧,尋求新思路新趣味等。

在他看來,不僅是初中數學,高中、大學數學都可以改造優化。如高等數學中的微積分很多人認為難懂,歸根到底就是極限概念問題。微積分真的必須以極限為基礎嗎?他思考了50年,最近發現「其實這個問題很簡單,就是平均速度與瞬時速度的關係,瞬時速度是忽快忽慢的,基於這個來談微積分,那麼高中甚至初中都能講了。」

談人才引進:

更重要的是自己培養人才 

來廣州之後,張景中每年有一多半的時間在廣州。這些年來廣州發展得很快,他都看在眼裡。廣州吸引人才方面下了很大功夫,但他認為除了吸引人才,更重要的是注重自己培養人才。

「人才引進會推高政府對人才的重視程度,但如果不培養,人才的數量是有限的,你引進一個,別人就少了一個,所以最重要的還是花力氣培養自己的人才。」張景中認為,引進人才要有針對性,根據科學問題來組織適當的團隊。

「廣州與北京、上海最大的差距可能在教育。最近幾年,廣州更重視教育了,還組建了教育研究院。教育數學實驗在教育研究院立項後,有很多學校申請參加。」張景中說。

「大學不要停留在數數階段,比如院士多少、傑青多少。」張景中稱,有文章說國際上只有三流的大學在重視數數,好的大學應該看有什麼樣的建樹能夠載入歷史,「我們要爭取解決國際上正在做而沒有解決的問題,或者是人家還沒有發現而我們發現提出的問題。」

談人生成長:

反覆思考就可能有所發現 

在張景中的成長曆程中,也曾遇到多個挫折,比如學歷,雖然北大給他補發了畢業證,但他其實沒讀完大學。「我只念了三年半大學,1958年還沒有從北大畢業就到農場勞動了。」張景中說。

大學都沒畢業是如何取得這麼大成就的呢?張景中說是自學和持續不斷的思考。在農場期間,他就在思考一些數學裡的基本問題,因為「高大上的東西都是從最基本的開始,從小數據和小切口也可以看到很多東西」。

「有人曾問 數學之王 高斯為何會取得如此大的成就,他說 假如別人和我一樣持久地思考數學,他們也會做出同樣的發現 。其實很多成就都是普通人取得的,一個人在一個問題上反覆思考,就可能有所發現。」張景中說。

【記者手記】

仍奔波在傳道路上的八旬長者

採訪張景中院士的當月正值他80歲生日,當他穿著最普通的外套出現在我們面前時,略顯羸弱的身子讓我們一度擔心他的健康。隨著採訪的深入,記者發現,這位謙遜的長者目前依然奔波在傳道、授業、解惑的大道上。

採訪約在廣州市南海中學,為了給我們預留足夠的時間,他犧牲了午休早早趕到,為我們提供了一個小時的寶貴採訪時間;而在接受採訪後的十分鐘,他又將在這所學校為學生開數學講座。在網絡上,他的講座信息頗多,足跡幾乎遍布全國,除了中小學外,還有大學和專業的學術機構。對一個八旬長者來說,這樣的工作強度是難以想像的。 

或許是數學家天生思維敏捷,雖是高齡,他思路仍然十分清晰,每個人名、每個數字都記得一清二楚。他鄉音很重,「河南普通話」是他的「標配」,每當記者聽不清楚時,他都會含笑重複,慈祥的面龐一下子就拉近了與人們的距離。或許這就是數學的魅力:儘管是一座高峰,但也可以很接地氣。

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