数学史

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  数学科学与物理、化学等其他知识门类相比,具有极高的历史性与累积性,比如,希腊哲学家亚里士多德提出的“地心说”观点在托勒密撰写的名著《天文学大成》的推动下,一度成为最好的天文学体系,其在西方天文学领域存在了1000多年,但是,随着天文观测技术的不断完善以及航海事业发展等诸多社会因素的推动,哥白尼质疑了托勒密的理论,于1539年写出流传千古的著作《天体运行论》,系统地论述了“日心说”理论。后来,牛顿发现了万有引力,从而彻底推翻了托勒密的“地心说”理论,因为它是错的。

  数学科学是数学家在不断地继承与拓展中发展起来的,它的概念与思想不存在连根拔起和推倒重来,它是在具有很强包容性的环境中慢慢长成的,比如,2600年前的“泰勒斯定理”到今天都是有效的,一样起作用,一样完美无瑕;再比如,在数系的发展与完善过程中,希帕苏斯因为发现了无理数而被投入大海。在人类社会发展的2500年,无理数存在的逻辑基础没有取得丝毫进展,直到欧拉将e写在收敛的无限级数阶乘,证明了e是无理数;兰伯特利用正切函数可以展开为类似连分数的形式证明了圆周率是无理数,再到戴金德和康托儿建立实数理论后,无理数的逻辑结构才真正解决。
  数学科学的发展所取得的每一个成果,都需要数学家几十年、几百年甚至上千年的努力才能迈出有意义的几步,他们在迷雾中摸索前进时,有迷茫、有放弃、有斗争,更有挫败后散落于浩瀚天空中的不为人知,但,坚持者所取得的零零碎碎的成果终将使他们成为数学历史天空中璀璨的群星,熠熠生辉。孩子如果能在阅读数学家的心路历程中感受到他们挫而不败的精神,也将从他们身上获得顽强拼搏、攻坚克难的勇气。
  儿时的孩子,在数学方面都是一张白纸,在刚接触数学时,他们会觉得他们学习的数学,仿佛是一下子蹦出来的,他们心中充满了各种疑惑,学着学着也许就忘了这些疑惑,学习数学变成了死记硬背,丢失了对数学的好奇心。比如,某些鸟类可以区分包含4种成分的集合,数感并非人类独自拥有,但是,在漫长的历史进程中,只有人类能认识到一块石子和一堆石子、一头牛和一群牛、一棵树和一片森林这些客观事实中,存在某些共有的东西,它是唯一的,在一一對应后,抽象出这些客观事实中唯一的共性就是数,不管是一块石子、一头牛,还是一棵树,我们都用1这个符号表示,1称为“数”;再比如,无理数的出现为什么会引起数学发展的危机?虚数到底虚不虚?牛顿与莱布尼茨之间关于微积分的发明而产生的恩恩怨怨,欧拉一边抱着孩子,一边书写着欧拉公式等等。这些疑问,人与事交织的过去都能让孩子认识到数学的美、数学的真、数学的趣,从而产生学习数学的动力。尽早让孩子了解数学思想的发源历史,是学习这个科学非常重要而有意义的一步。

  近代伟大的华人微分几何学家陈省身曾说:“一个数学家的目的,是要了解数学。历史上数学的进展不外乎两个途径——增加对已知材料的了解和推广范围。”庞加莱曾说:“如果我们想要预见数学的将来,适当的途径是研究这门学科的历史与现状。”可见,对数学史的了解并逐步清晰是强基不可或缺的一部分,这样的了解越早越好。
  教育的目的不只是为了让每个人学到更多的知识,更多地懂得知识的来龙去脉,从而能够转化为自己遇到问题时的应对方法与处理能力。数学知识都明明白白地印在书上,只要我们能识字,一天背诵许多页都不是难事。学不会,背会;背不会,刷会。但是,当我们遇到球面上的最短距离不是直线段的问题时,如何与我们在课本上学到的两点之间的最短距离是直线段衔接呢?在同一平面内呢?在三维空间中呢?甚至在更为复杂的空间里,将变得更加难以判定。
  从“无知此岸”到“顿悟彼岸”的行进过程中,有时只能走曲线,虽然曲线很漫长,但是,走过曲线的过程是有趣的,是有用的。这条曲线就隐藏在蜿蜒的尼罗河,富饶的美索不达米亚,长江与黄河沿岸的河谷历史文化中;隐藏在测量庙宇与祭坛而拉着绳子的人的背影里,隐藏在数学家的斗争与挫败中,它是无价的。而我们有时总觉得这样做效率太低了,浪费了孩子的时间,还不如让孩子多做一做题呢。但做了那么多题后,孩子发现自己不知为什么要做那么多的题,我们的出发点也不仅仅是为了多做一道题。
  读读欧拉,他是所有人的老师。
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