同濟數學有多難,學過的大學生都知道

2021-01-12 網易新聞

在大學,很多大學生面臨的第一個學習難題,就是高數。而讓他們輾轉反側的那本教材,通常是同濟版的《高等數學》。為什麼全國會有那麼多大學生,都要學習同濟版高數呢?

「每所大學都有一種樹,叫高數,樹上掛了很多人。旁邊有座墳,叫微積分,裡面葬了很多人。

不論你們學校的校訓是博學篤行,還是求實創新,不論你學的是理、工、商,還是農、醫,軍,高等數學是大部分大學生都繞不開的艱難課題。

就連許多文科專業也要修《文科高等數學》,讓許多歷經高考以為終於擺脫數學魔爪的大學新生重回噩夢。

「高數之難,難於上青天。」「上有極限無窮求解之心焦,下有積分換元求導之瘋癲。」高數能把學生逼成詩人,在被它打敗後依靠鬥詩重拾生活的信心[1]。

高數考試之後的人文學院 / 微博截圖 @ 三生十裡LGT

當年叱吒NBA球場的姚明也難逃高數的魔爪。經過7年的努力終於從上海交大畢業的姚明表示:「在校讀書的幾年中,我不止一次想過退出,特別是在上高數課的時候……」[2]

如果在中國上大學,你的高數課很可能使用的是同濟版《高等數學》教材。不管是第五版,第六版,還是最新的第七版,總有一版能讓你五味雜陳。

這本中國大學生的綠皮書,足夠成為無數人的夢魘 / 微博@青春礦大

為什麼大家都在用同濟版《高等數學》呢?高數這麼難,這鍋該不該同濟數學來背呢?

歷史選擇了同濟數學

一直有傳言說,同濟版的《高等數學》是中國發行量前三的書籍。這話不一定靠譜,但同濟數學的發行量是真的大。

據統計,同濟《高等數學》已經發行了61年,總發行量超過6000萬冊[3]。幾代大學生,都曾經夜不能寐,只為在考試前再多看一眼這本書。

在淘寶網上搜索「高等數學教材」,按銷量排序,前21名全部是同濟版《高等數學》,銷量僅次於同濟數學的華東師大版《數學分析》,銷量還不到第七版同濟數學的十分之一。

風光旖旎的同濟大學,卻誕生了如同惡魔之吻的同濟《高等數學》 / 微博@同濟大學

而在京東網上,第七版同濟《高等數學》有超過17萬條評價,另外兩套流行的高等數學教材華東師大版《數學分析》和北京大學版《高等數學》僅分別獲得6300餘條和5500餘條評價。

可見,同濟版數學才是無人能敵的教材大佬。

為什麼這本教材如此流行,一大半的原因要歸到歷史上。

50年代初期,中國高等教育「以蘇聯為師」,「向蘇聯學習」,高校教學全盤使用蘇聯的教學大綱。同濟大學樊映川教授參考蘇聯教材編寫的《高等數學講義》,就成了新中國最早一批自編教材[4][5][7]。

樊映川所編的《高等數學講義》,正是現在廣泛使用的同濟《高等數學》的前身。誰都會變,但高數不會,高數不會就是不會

當時,全國正進行院系調整,同濟大學數學系被併入了復旦大學,同濟數學專業僅保留基本的工科教學工作,數學系停辦,直至1980年正式恢復[10][11]。

編寫適用於工科的高數教材,可以說是當時同濟大學數學教員的主要工作之一。也是他們,為這本超難的高數打下了基礎。

佔據了先發優勢,又有優秀底本的同濟數學,在之後屢次成為國家級規劃教材[5],許多教師在選擇教材時也會首先考慮同濟版本。

到了80年代中期,同濟的《高等數學講義》的發行量就已近1000萬冊[6]。

《高等數學》教材出版61周年在同濟大學舉行,沒有哪本教材能像同濟《高等數學》這樣,成為幾代人的學習指南和失眠寶典 / 同濟大學

除了歷史因素,一部教材的命運也與其學科特點息息相關。

數學屬於基礎學科,從17世紀60年代牛頓、萊布尼茨創立微積分起,經過300餘年發展,大學高等數學所涵蓋的內容與知識點已十分完善。教材不需要快速更新,老教材往往更加經典。

比如美國經典大學數學教材《Calculus and Analytic Geometry》自1952年首次發行,至今仍被世界各國高校廣泛採用。而另一本現今美國大學廣泛使用《Mathematical analysis》如今也有62歲高齡了。

「如果你能考到60分,就可以當我男朋友。」連《小時代》都知道高數有多難考 / 小時代

相比之下,有些學科的教材就很難如此「長壽」。

比如同樣是國家規劃教材,清華大學版《Visual Basic程序設計實用教程》在2010年前還是許多計算機學生的必修教材,而如今,計算機專業的學生早就開始學習各種新語言[8][12]。

不是數學最強校,但有最強教材

很多人會想,同濟的數學教材這麼厲害,那麼同濟的數學一定很牛吧?事實上,同濟的數學專業實力在國內高校中並不算最強的,至少沒有教材那麼強。

2017年,教育部根據師資、人才培養質量、科研水平等指標,對學科進行評估,同濟數學專業僅獲得A-,低於獲得A+的北大、復旦、山大,以及獲得A的清華、南開等其他9所高校[9][13]。

另一方面,現在中科院數學相關院士有30人左右。所屬院校包括北京大學、復旦大學、南開大學、清華大學等。沒有一名數學專業院士在同濟大學數學系工作,同濟歷史上也沒有出現過數學院士[15]。

由此看來,同濟的數學系水平,還沒有像他們編寫的教材一樣,佔據全國龍頭老大的位置。

不管版本怎麼變,同濟數學讓你雙眼慘綠的底色都不會變 / 孔夫子舊書網

不過,這可能也正是同濟數學能「流行」的原因。

數學強校所編教材往往針對數學專業學生,理論性和難度更高,側重方向也不同。

比如同樣涵蓋極限,微積分,無窮級數,解析函數等內容,數學專業會使用更偏向推理證明的《數學分析》教材,而理工科專業使用的《高等數學》教材則偏向應用與計算。

2018年9月9日,山東濟寧,大學生在本子上密密麻麻寫滿了數學題和公式。除了少數藝術專業學生,幾乎所有學生都要學習高數

事實上,就算是同濟大學數學系的學生,現在使用的高數教材也並非同濟出品,而是華東師大版的《數學分析》。

北京大學、復旦大學、山東大學等數學強校的理工科專業都並未使同濟版《高等數學》作為高數教材,而用是在使用本校的自編教材。

很多數學專業非常厲害的學校,都自己編過數學教材, 編寫者不乏數學大師。

在中國科技大學成立後,大數學家華羅庚教授、關肇直教授、吳文俊等教授都為學生上過數學基礎課,並編寫過專門的數學教材。

20世紀70年代,華羅庚正在和助手討論數學問題。這些大師也都曾編撰過高等數學的教材 / 中國科學院

他們編寫的教材不受統一教學大綱的限制,也沒有傳統意義下分析、代數與幾何的嚴格分界線,是對前蘇聯教材的突破。但也由於其內容結構與傳統教學大綱不一致,並未得到廣泛使用[5]。

嚴格按照教學大綱編撰的同濟《高等數學》,卻擁有了更多的受眾。除了數學系的學生不學,其他大多數院校的大多數專業都要學。於是,這本教材也就順帶著難哭了一眾大學生。

同濟數學太難了

就算同濟版《高等數學》印得多用得廣,很多人還是會抱怨聽不明白。學不懂高數,這個鍋該同濟數學來背嗎?

其實高等數學的內容並不「高等」,它只是針對算數、初等代數、初等幾何等「初等數學」相對而言的,而且都是一些老古董。

現在大學高等數學教材所包含的極限、微積分、解析幾何、向量代數、無窮級數等內容,基本都是17世紀中期到18世紀末這段時間裡產生並完善的[16][17]。

當時世界的數學水平大概就剛剛達到現在的高三水平。所以高數的內容對於大部分剛考上大學的學生來說難度應該剛剛好。

2018年6月4日,黔東南某高中高三學生在堆滿書的教室裡上晚自習。他們肯定沒想到,能應對高三數學,卻應付不了大學數學

學不懂高數,主要還是因為你打開的方式不對。而教材作為幫你打開高數大門的指導手冊,也難逃其咎。

由於歷史原因,中國大學的數學教材,使用的是前蘇聯的教學模式和知識體系。蘇聯模式的數學教育,追求學科內容的系統性和完整性。因此教材內容大而全,而且所有內容一定要求嚴謹。

比如在同濟版《高等數學》中,編者把「極限」這個概念當做微積分的基礎介紹給學生,但其實「極限」的定義是在牛頓、萊布尼茨發明微積分100多年後才創造的。[16]

如今被各種理工騷客用來表白的心形公式,實際上對17世紀的人來說還很陌生,傳聞說笛卡爾通過心形公式表白,也更像是後人的牽強附會

編者為了保持定義的準確和完整性,打破了學習數學循序漸進的規律,也過早的將最抽象最晦澀的部分硬塞給了學生,使學生失去了探索的樂趣。

這就好比一個新手玩家在跳傘吃雞之前,先讓你記住所有武器的殺傷力,所有交通工具的速度值,所有資源點的位置圖,然後才能開始遊戲。

雖然這可能對你早日吃雞有幫助,但更有可能的是,你因為記不住那麼多參數信息,決定放棄這個遊戲。

舉另一個例子。在講解導數時,同濟數學先給出了導數的定義,然後通過定義直接給出了f(x)=xⁿ的導數公式。這實際上並不符合數學知識的產生過程。

第六版同濟《高等數學》,在給出導數的定義後,就通過數學計算,得出了冪函數的導數公式,雖然準確,卻失去了讓同學們自己推導猜想的過程

事實上,研究數學的樂趣就在於由特殊到一般,由猜想到證明的過程。這就是為什麼哥德巴赫、黎曼等數學大佬如此熱衷於提出數學猜想,而其他數學大牛如此熱衷於證明這些猜想。

如果沒有猜想,只是根據教材學習數學,那就成了背定義套公式。而我們很多人,在學習高數時,就是這麼背過來的。

相比而言,一些經典的歐美教材在這一點上就做的就比較好。比如在美國經典教材《Calculus》中,作者先教學生計算f(x)=x、f(x)=x²的導數,再逐漸進行猜想推導。

這樣,學生不僅學會了導數的定義和證明,也學會了通過尋找規律總結數學結論的能力。

大家很難理解高數,也是因為我們不理解那些抽象的數學概念與現實生活的聯繫。這也是同濟版《高等數學》存在的一個問題。

理解不了數學概念那我們就死記硬背好了 / bilibili @2019更努力

比如在介紹自然對數底數e的時候,同濟高數通過計算(1+1/n)ⁿ的極限來引出這個重要的數學常數。但這個約等於2.718的無理數跟我們有什麼關係,書中卻沒有介紹。

而在美國《Calculus》中,就會用在銀行存款最多能收到多少利息的例子來引出e的概念,讓學生意識到數學與現實生活的關係,對數學產生濃厚的興趣。

這種例子在一些歐美經典教材中還有很多。但是在同濟數學中,你卻很少能看到,也難怪你不理解數學裡的那些符號都是什麼意思。

數學系少女黑島用自己擅長的數學來計算自己的交際關係 / 日劇《輪到你了》

所以,下次要是再被問,高數怎麼老是學不會,你就可以說,是因為同濟數學太難了。

但再想一下,到了大學,沒有老師再針對一個知識點反覆講,課後也頂多布置一下書本上的練習題,上課時你就暈暈乎乎,課後又不加練習, 學會高數當然更難了。

這時候你就不能只怪同濟數學了,還得怪自己。

參考文獻

[1] 文科生期末考試後吐槽高數:高數之難 難於上青天

[2] 不易!姚明上海交大本科7年終於畢業 感慨:上高數課我也想過退學

[3] 傳承經典 再創輝煌——同濟大學《高等數學》出版61周年座談會隆重召開

[4] 馬知恩.工科高等數學課程教學改革五十年[J].中國大學教學,2008(01):11-16.

[5] 我國大學數學課程建設與教學改革六十年 我國大學數學課程建設與教學改革六十年課題組 高等教育出版社

[6] 緬懷先生精益求精奉獻精神 全面提高工科數學教學質量 殷俊峰 教育部高等學校教學指導委員會通訊2012年第8期(總第111期)

[7] 同濟大學《高等數學》出版61周年座談會舉行 科學網

[9]全國第四輪學科評估結果出爐:數學學科高校排名 中國教育在線

[10] 中國高等院校1952年院系調整 

[11] 專業介紹 同濟大學數學科學學院 

[12] Matthew MacDonald The Rise and Fall of Visual Basic 

[13] 全國第四輪學科評估結果公布 中國學位與研究生教育信息網

[14] 嚴冬梅.高等數學課程教材分析[J].牡丹江大學學報,2012,21(07):167-169.

[15] 全體院士名單 中國科學院學部

[16] 微積分學 wikipedia 

[17] 十八世紀的數學 數學博覽館

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