若干大学数学教育改革项目和研究活动
在大学的数学改革中,许多学者有自己独特的观点,形成了百花齐放、百家争鸣的局面,其中一些已经实施。与此同时,大学数学教育的研究和探索仍在继续。这里有一些简短的介绍。
(一)张景中、林群的“微积分初等化的探索”
微积分理论目前都是基于极限理论,并在ε-δ语言中提倡表达。张景中院士试图改变这种现象。阿蒂亚(现代著名数学家,1966年菲尔兹奖获得者)在1976年伦敦数学学会担任会长时说过:“当获得的经验代代相传时,我们必须不断努力简化它并且让它统一,事物在过去的岁月中很容易让人们疑惑,但以后的年代里连孩子们都会很容易理解。”这是张景中让数学更容易的一些动力。
早在20世纪90年代,张景中院士就开始用非ε极限来推广无穷小微积分的转换。这个想法逐渐成为现实。经过张景中的一系列实验,重庆大学数学系陈文立在2005年基于非ε极限理论编写并发表了《新微积分学》,并由广东高等教育出版社出版。2006年,张景中还在全国数学课程报告论坛上报道了他的新作《微积分的初等化》。这一次,他提出了使用不等式来定义导数的概念,即没有边界理论,使用初等数学方法来严格解释微积分。林群的著名演讲“微积分魔术”也旨在躲避边界理论将微积分初等化,通过不等式加以表述。要点是:求导推出极限过程改用不等式以及求积分推出函数下方图形的面积改为求导数的面积。张景中和林群的微积分基本化思想虽然得到很多人的支持接受,但并未得到普遍应用。
(二)数学文化的研究形成热潮,“数学文化”课程普遍开设
在21世纪,人们急于在大学数学教育领域研究数学文化。丘成桐、杨乐、季理真编著了《数学与人文》系列丛书,于2010年5月出版。同样在2010年,《数学文化》期刊开始出版,编辑由德国和国外著名的数学家组成。更重要的是,顾沛教授率先在南开大学开设了“数学文化”课程,并逐步推广到全国的各大专业。数学文化课程的目标是将数学和文化相结合,从文化角度观察数学,以更好地揭示数学的文化价值。顾沛认为,“数学文化”是指数学的思想、精神、方法和观点及其形成和发展,进一步的包括数学家、数学史、数学教育、数学发展中的人文成分、数学与社会的联系、数学与各种文化的联系等。“数学文化”课程的开设有助于提高学生的数学素质,更好地理解和掌握数学思想。顾沛编著的《数学文化》一书,2008年由高等教育出版社出版。张奠宙、王善平编著的《数学文化教程》(高等教育出版社,2013)是为文科学生编写的教材,内容更加贴近社会科学的需要,如介绍用数学方法研究《红楼梦》作者是谁、统计数据可能撒谎、20世纪世界数学中心的变迁等课题。“全国高校数学文化课程建设研讨会”于2008年7月在河南郑州举行。会议论文结集为《数学文化课程建设的探索与实践》,于2009年由高等教育出版社出版。2013年8月,第三届全国数学文化论坛学术会议在沈阳举行,马志明、严加安、袁亚湘等院士出席演讲,李大潜发来书面文稿,盛极一时。
(三)西方数学与中国传统文化的融合
我们的大学数学课程早年是从西方引入的。这些课程中的理性文明已融入中国文化,成为现代中国文化的一部分。然而,许多学者也用中国古典文化来解释西方数学。例如,勾股定理、刘徽割圆术、杨辉三角、算法思想体系等已被纳入西方数学。此外,关于“一尺之棰,日取其半,万世不竭”的讨论被用来描述一系列极限过程;徐利治用“孤帆远影碧空尽”的诗句描述了无穷小连续数量的过程;严加安主张数学与诗歌的联系;张春燕用白居易的《寄韬光禅师》诗来表达“数形结合”的数学思想。这些努力都是将西方引入的数学与中国传统文化观念相结合的尝试,首先主要是通过意境交流。
张奠宙等在“数学欣赏”的课题中,做了一些努力,特别是建议微积分教学可以按照“局部与整体”的线索展开,增加人文气息。例如,用《道德经》的“道生一,一生二,二生三,三生万物”理解自然数公理和数学归纳法;以苏轼的《琴诗》揭示数学反证法的含义;用贾岛的“只在此山中,云深不知处”解说“数学存在性定理”的意境;以陈子昂的《登幽州台歌》比喻爱因斯坦的四维时空。
(四)“大学数学课程论坛”和“高等学校大学数学教学研究与发展中心”的设立
大学教学课程论坛由国家高等教育教学研究中心、教育部数学与统计学系、中国数学学会教育委员会、国家高等教育学院数学委员会、中国数学会教育工作委员会、全国高等学校教学研究会数学学科委员会、高等教育出版社及有关高校联合发起。大学数学课程报告论坛于2005年11月5日和7日在上海同济大学举行,以后每年召开一次,众多知名院士、专家参加会议。数学教育界的这一数学教学改革盛会,已经对我国的教育教学改革产生了重大的影响。
2009年,西安交通大学与高等教育出版社联合成立“高等学校大学数学教学研究与发展中心”(以下称“中心”),这是近几年大学数学教学改革的一件重大事件。“中心”每年都通过组织立项的方式推进大学数学教学的研究和改革,取得了一系列的成果,推动了国内对大学数学教学实践和理论的研究。“中心”不仅对国外大学数学教学和教材研究做出了贡献,而且为我们借鉴国外的经验提供了便利条件。
(五)“慕课”教学方兴未艾
慕课是缩写词MOOC的音译,意思是大型开放在线网络课程。它于2012年秋季在美国开始,包括麻省理工学院(MIT)在内的许多著名大学的视频片段免费向全世界提供,因此任何人都可以报名参加该课程。同时,中国大力推进优质课程和资源共享课程的开发,使原有的教学体系和教材面临新的挑战:课程的视频资源是开放的,但课程也是如此吗?如果需要,可以订购著名学校的课程,谁还在普通大学上学?但观看视频与真人讲课是不同的。没有师生互动,测试评估方法是独一无二的,这导致了MOOC发展的许多局限性。MOOC的未来,也有必要进一步观察研究。