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科研科普兩相成,創作教學齊攀峰 ——張景中的科普人生

文章來源:科普創作 作者: 彭翕成 發布時間:2019-03-28 15:22

       張景中是我國著名的數學家、數學教育家,同時也是一位科普作家,曾擔任中國科普作家協會理事長。張景中從學生時代(二十世紀四五十年代)就開始在報紙雜志上零散地發表科普文章,在二十世紀八九十年代達到一個創作高峰,至今共出版科普圖書二十余部。
       張景中自小喜歡讀科普作品。法布爾的書讓他看到了一個新奇有趣的世界,伊林的作品讓他知道了許多平凡的事物卻有著不平凡的故事和道理。科普啟發人思考,激勵人探索,使人產生研究和創新的愿望。因為喜愛科普,從而敬仰科學家和科普作家,所以張景中從小立志,若有一天能出書,也要寫這樣好的科普書。就這樣,張景中開啟了他的科普人生。
       科研科普相輔相成
       習近平主席指出,科技創新、科學普及是實現創新發展的兩翼。這將科普的價值、地位提高到前所未有的高度。
       理論上,沒有誰說科普不重要,但實際上有不少人認為科研比科普難,科研比科普高。許多院校和科技單位在統計成績時只考慮論文專著,科普作品被打入另冊或不予考慮。甚至有人說,科學家搞科普是“不務正業”,是科研干不下去了走旁門左道。
       張景中很不贊成這種說法。他認為科研和科普都姓科,兩者相輔相成,缺一不可。科普工作能促使科研工作者對相關科學內容作更多的思考,想得更清楚、明白。隨著科普創作實踐的不斷深入、豐富,科研工作也會有更充分的理解,更開闊的思路,兩者形成一種良性的循環互動。科學家主要從事科研工作,但科普也是一種責任擔當。社會為科學家提供了科研條件, 那么科學家就有責任向大家說明研究工作的進展以及研究工作的意義。
正因為張景中科研成果突出,同時注意科研與科普的結合,所以才寫出了一系列的原創科普作品。
       譬如很多科普文章寫尺規作圖,都是從數學史中摘取素材,因此寫出來的大同小異。而張景中卻注意到了美國著名幾何學家佩多教授公開征解的銹規問題(固定大小的圓規作圖問題),將之圓滿解決后,相關的學術論文刊登在英文版的《幾何學報》上,同時也寫進了科普書《數學家的眼光》中。尺規作圖的研究史里幾乎沒有出現過中國人的名字,張景中的科普不炒冷飯,而是給數學史續寫了新的篇章。
       用機械的方法解決千變萬化的幾何問題,曾是歷史上一些卓越的數學家的美好夢想。現在,這個夢想已成為現實。成功來之不易,是許多數學家多年努力的成果,其中以吳文俊先生為代表的當代中國數學家的工作起了決定性作用。如何向大眾介紹這一前沿成果?這并不容易。而張景中卻在《計算機怎樣解幾何題》中用生動的語言娓娓道來,將例證法、搜索法、吳方法、面積法等講得清清楚楚,普通的中學生讀后,都能對幾何定理機器證明有個大致了解。
       在課堂上,數學老師反復強調:不能通過測量有限個三角形的內角和是180度來確定所有三角形的內角和都是180度。但例證法的研究卻否定了這一點,甚至可以在測量有限個三角形的內角和接近180度(誤差滿足一定條件)時,就下肯定的結論。有誤差的計算竟然能獲得準確的結果,這種與常識“相悖”的科研進展,其研究成果還是老模式,既寫成學術論文在《中國科學》這樣的高層次期刊發表,又寫成通俗易懂的科普給中學生看。若干年后,基于這一想法,張景中團隊開辟了“零誤差計算”的新的研究方向。例如,基于這一思想建立的因式分解新算法,對于兩個變元的情形,解題效率是現有方法的上千倍。這個方向的研究還在發展中。如果讀者對“有誤差的計算可能獲得準確結果”表示懷疑,不僅可以細看文章中的解釋,還能進一步查看更嚴謹的學術論文。這樣,張景中就把讀者一步步引向了科學的前沿。
       正是由于科學研究的深入,使得張景中的科普絕不同于一般的科普讀物,它不是簡單的材料收集和整理,而是一個站在科學前沿的學者的真知灼見。其視角獨特、見解深刻、引人深思、令人叫絕,廣受讀者好評。因此有評論認為,張景中的科普作品是中國數學科普的一面旗幟。
       科普教學融為一體
       傳統的科普作為課外讀物出現,大多選取一些趣味故事,希望借此擴展學生的知識面,激發學生的學習興趣。而這些趣味故事可能與課堂上學的內容有較遠的差距,兩者關聯甚微。若將數學科普和課堂內的知識結合,不但能讓學生喜歡上數學,還能切實提高學生的成績。這也是家長最關心的。
由于張景中非常關心中小學數學教學,因此很自然地將數學科普和數學教育融為一體了。
       數學教育有很多世界公認的難點,如初等數學里的幾何和三角,高等數學里面的微積分,都比較難學。為了攻克這些難點,很多老師以及數學教育的專家前赴后繼,做了不少的研究,進行了廣泛的教學實踐。實在太難就“刪繁就簡”,少學或者不學。張景中則是迎難而上,創建教育數學流派,希望改造數學使之更適于教學和學習。在幾何中,他建立了面積法體系,結束了幾何無定法的歷史(見《幾何新方法和新體系》);在三角中,他改變了正弦的定義,使其很早(初一階段)就能被學習者掌握,而不用等到學習了三角形相似(初三階段)之后(見《一線串通的初等數學》);在微積分中,他更是大膽創新,勇于挑戰權威,建立不用極限的微積分,先是在《數學家的眼光》中增補了一章,后又寫成兩本科普書《不用極限的微積分》《直來直去的微積分》。
       張景中在不斷修改完善微積分的科普(他的合作者林群院士也是如此)。他認為,全世界每年有數以千萬計的人在學習微積分,其中有相當部分為學不好微積分而苦惱。如果實行微積分教學的改革,可以大大減少微積分教學的時間,保守估計能減少1/3,也就是說如果現在學一年半,教學改革后一年就行了,而且學生掌握得更好。因此微積分教學改革是一件很有價值的事情。
       寫科普固然辛苦,推廣科普更難,特別是張景中這種原創性強,在諸多方面與傳統觀念“格格不入”的科普。
       張景中非常希望他的科普作品能發揮更大的作用。科普作品,以“普”為貴。科普作品中的內容若能進入基礎教育階段的教材,被社會認可為青少年普遍要學的知識,就“普”得不能再“普”了。當然,一旦成為教材,科普書也就失去了自己作為科普的意義,只是作為歷史記錄而存在。這是張景中的希望,也是多年努力的目標。
       在中國的中小學教材上出現什么內容,甚至以何種面貌出現,都有一定的規則。打破這個規則,實在太難了。張景中利用其影響力,組織了由多位北大、清華、中科大、北航的院士、教授和知名中學教師等組成強大的作者隊伍,精心編寫了湘教版高中數學教材。這套教材在教育部審定評比中頗受好評,但由于一些慣性思維,張景中的很多想法還是被刪掉了。他希望寫出科普作品的風格,寫成學生可以在教師指導下自己閱讀的書,寫成學生愿意在畢業之后保存參考的書,這樣寫也有助于緩解教師力量不足的困難。他認為教材在語言上要適度口語化,不板著面孔講數學,盡量用貼近學生生活和感情的、通俗明白的語言來講明數學內容最精華的內核,避免故弄玄虛嚇唬人。
       用大白話講數學,而且要講得清楚明白,很不容易。如果對數學了解較少,只能照書上的話說,越雷池一步就要犯錯誤;只有對數學了解深刻了,才可以用自己的語言,用大眾化的語言講授。這就是一位數學家、一位科普作家在寫數學教材時的優勢。
       雖然湘教版數學教材的科普風格最終有所刪減,但還是吸引了不少懂數學的人。中國臺灣地區的九章出版社果斷引進版權,在臺灣地區出版繁體字版。將大陸正在使用的基礎教育中學教材引進臺灣地區,這在兩岸文化交流史上尚屬首次。
       在現階段,科普變成教材,幾乎是不可能的。但還是有不少一線教師被張景中的數學思想吸引,加入數學教育實踐中來。例如,廣州市海珠實驗中學的一個實驗班不直接使用統編的數學教材,而是將張景中的科普讀物《一線串通的初等數學》與人教版數學教材上的知識點進行整合,形成一種新的體系結構。長達三年的實踐表明,使用了調整后的教材體系結構,學生探索和解題的能力明顯提升,尤其是解決綜合題的能力大大增強,升學成績也明顯好于其他班。
       風格形式多種多樣
       科研貴在創新,科普也要創新。風格的創新、語言的創新、表達方式的創新、體制的創新,科普不在創新上下功夫是不行的。
       張景中不但在內容上創新,在形式上也創新。例如,《數學哲學》中一些類似散文詩的句子,充滿辯證色彩、哲學意味,讓人愛不釋手,這與古龍用詩歌語言寫小說一樣,屬開先河之舉措。這些哲學反思讓我們看到,數學家的眼光是抽象的、辯證的、精確的、透徹的,能看出一般人根本看不出、想不到的東西。
       最近這些年,隨著計算機的普及,科普不再是簡單的紙質書籍,形式更加多樣化,譬如視頻、動畫等。這方面國外領先我們很多,國內起步較晚。張景中曾與李毓佩籌劃創作科普動畫片《數學王子》和《數學荒島歷險記》。2012年年底,張景中又和王鵬遠合作出版《少年數學實驗》,可謂在科普載體上下足了功夫。
       《少年數學實驗》的設計以計算機支持的數學實驗為特色,為初中學生設計了內容豐富的數學活動,借以培養他們的動手實踐能力,發展其個性品質與創新精神,并促進不同的學生在數學上得到不同的發展。這些內容也可以作為供廣大教師參考的有價值的教學案例。像《少年數學實驗》這樣既可以閱讀,又能利用免費電腦軟件,通過動手實驗學習數學的讀物,在國內并不多見。最近幾年,張景中團隊又組織開發了網絡畫板,只要能上網(http://www.netpad.net.cn/),就能做出各種各樣的幾何圖形、函數曲線,甚至是讓計算機幫我們自動解題。



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