唐代的高考数学都考些啥?
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2022年9月9日-2022年9月16日
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互动话题:
“什么事,让你惊叹于科学的魅力?”
评选规则:
截止9月16日12:00前
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每人将获得
《科学元典学生版(共15册)》
当中的一本(随机)
揭晓时间:
2022年9月16日
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中国古代人的数学能力有多强?
小时候人手一把算盘,“珠算”是每个孩子的基本功。算盘便是由“算筹”脱胎而来。
算筹指的是一把很整齐的小竹棍或者小木棍,相当于古人的“小计算器”;而将这些小棍子或纵或横摆放在平坦的物体上做计算,叫做“算筹”。
算筹是宋代以前世界上最方便的计算工具。
小小的算筹,能够做很多意想不到事:
将其纵横交错,并用空位表示0,可以表示任何自然数,也可以表示分数、小数、负数、高次方程和线性方程组,甚至可以表示多元高次方程组。
正是因为先进的“算筹+十进位值制计数法”,中国古典数学十分长于计算,而中国古典数学的主要成就,大都是借助算筹和筹算取得的。
这些宝贵成就,又是如何流传下来的呢?
唐代初年,有个叫李淳风的年轻人,他饱览群书,才华横溢,尤其精通历法、天文学和算术;唐太宗李世民对这个当时只有25岁的年轻人非常器重。
唐太宗命李淳风在数学最高教育机构——国子监算学馆,整理编辑从西汉到唐朝初年的十部算术著作,李淳风为了提高数学的地位,灵机一动,将“算术”改为了“算经”,毕竟在“经史子集”分类法中,“经”排在首位;《十部算经》就这样诞生了。
这部被尊为“算经之首”的古代数学经典,后来不仅成为唐代算学馆的指定教材,还被钦定为“高考数学”(科举考试明算科)的考试科目——看来为数学头疼的,不仅仅是当代学生。
《算经十书》中最重要的一部,就是大名鼎鼎的《九章算术》。
在这部编订于2000年前、西汉时期的经典中,四则运算法则、正负数加减法则、线性方程组解法、勾股定理……都是世界上最早的文献记录,领先了其他文化传统几百年、甚至上千年,是具有世界意义的重大科学成就。
但中国古典数学在延续了2000多年之后,在20世纪初中断。此后,中国数学融入世界统一的现代数学,吸纳西方的公式化演绎体系。
这当然是历史的进步。但是在现代数学教育中,完全剔除中国古典数学,是不可取的。
事实上,中国古典数学,特别是《九章算术》以及刘徽的《九章算术注》中的许多思想和方法,不但与现代中小学数学教学内容高度契合,而且有的思想和方法,比现行教材还优越。
有理由相信:倘若中小学生有机会接触、掌握这些思路和方法,会大大加强对课本知识的理解,改善学习效果。
而理解这些思想财富的最好方法,就是阅读科学元典。
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为什么建议
中学生读科学元典
“科学元典”则指那些比经典还经典的,科学史和人类文明史上里程碑性质的作品。
它们是对某个领域成果的系统阐述,经过时间的检验,被公认为是科学领域的奠基之作,为人类文明做出巨大贡献。
除了《九章算术》,像达尔文的《物种起源》、牛顿的《自然哲学之数学原理》、哥白尼的《天体运行论》、魏格纳《海陆的起源》、笛卡儿《笛卡儿几何》等经典著作,都位于此列。
这时候大家可能会问:初中生或小学生读这些晦涩难懂的大部头,是不是太早了、也太不现实了呢?
——这么想,一个是低估了现阶段学生的学习能力和知识接受能力;二是低估了“人类群星闪耀思想”的魅力。
究竟为什么建议大家“读元典”呢?
第一,最直接的好处,是帮孩子做知识层面的补充和修正。
以《九章算术》为例,课堂上学习的知识大多是抽象化的公式和公理;而中国古代数学思想最突出的特点是从解决实际问题出发,而且一些位置值、机械化思想和几何问题的代数化特点,能帮学生们开拓解题思路、更容易掌握解题方法。
同时,元典是第一手学术资料;现如今市面上的教辅书、科普书五花八门,其中大多数选择把元典里的知识加以概括、简化。
我们或许更易于接受这些简单明了的知识,但这样一来容易死记硬背结论,只知其然、不知其所以然;二来,经过二次加工后的知识谬误不少,如“伽利略在比萨斜塔上做过落体实验”、“牛顿提出了牛顿定律的诸数学表达式”等,都是以讹传讹。
更有科普书籍很不严谨,为了便于理解,把中国古代算学中算法形式的勾股关系,说成是古希腊和现代数学中公理化形式的“勾股定理”……
相比之下,元典能原汁原味、准确无误地呈现大师们的思维过程,实现与人类历史上的天才“面对面”交谈。
这也是小北推荐的第二个重要原因——读元典是培养理科思维、或者说培养科学思维方式的高效途径。
大家小时候有没有被说过学理科“不开窍”?而“别人家的孩子们”好像天生就像是学理科的料,不仅理解迅速,还能举一反三。
开窍和不开窍的差距,除了所谓天赋,最重要的就是“思维方式”和“思维过程”的差别。
现在中、高考数学和理科喜欢出“开放创新题”,给一个完全陌生的公式,让考生现场运用或证明。考验的,就是同学们的思路和举一反三的能力。而大师们面对科学史、思想史上最艰涩难懂的命题时的探索路径和“解题思路”,不就为我们做了最好的范例吗?
就像中国科学院大学教授任定成在《科学元典(学生版)》的弁言中的观点:
理科教科书是浓缩结晶状态的科学,呈现的是科学的结果,隐去了科学发现的过程、科学发展中的颠覆性变化、科学大师活生生的思想。
而接触元典,可以直观地了解牛顿、伽利略、爱因斯坦、达尔文等大师们的思考过程;也能耳濡目染他们思维的魅力。
比如在《物种起源》中,达尔文为了论证“自然选择”,首先论证的是家养状态下生物变异的普遍性,为什么不是直接讨论自然状态下的变异呢?
正如达尔文本人指出的那样:由显见的家养状态下的变异入手,然后再用类比的方法,逐步深入较难于观察到的自然界中的微小变异;由显而微,先易后难,这应当是人们认识复杂事物本质属性的常规逻辑,也正是大师论证方法的高明之处。
对知识的记忆是理科学习的基础,而清晰的思考逻辑、良好的思维习惯,准确的论证方式,则是从“学习”跨越到“学会”的不二法门。
最后,元典里有说不尽的传奇故事,能够极大激发孩子们的科学兴趣。
还记得看电影《万物理论》的时候,人类历史上最伟大的物理学家之一霍金在病痛中沉沦,他面对痛苦、纠结;但依旧对真理有着不懈的探索和坚持。
当主人公说出“但是还有比没有边界更特别的答案吗?我想人类的潜力也不会有边界”的台词时,我想这就是科学精神。
历史上的科学元典更是如此。
这些学术著作,无一不记录着科学家们激动人心的理性思考,洋洋洒洒的思维论证,历经无数求索夜晚得出的答案……
每一个简单的字句背后,都有人类思维大海掀起的惊天波澜,也因此经住了时间不朽的考验。
你或许知道,为捍卫哥白尼《天体运行论》中的学说,布鲁诺被教会处以火刑;但你可能不知道,被誉为"现代化学之父"的拉瓦锡,在其《化学基础论》出版后5年被法国革命法庭处死,传说拉格朗日悲愤地说,砍掉这颗头颅只要一瞬间,再长出这样的头颅一百年也不够。
这不仅是科学的魅力,更是人性的魅力。
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中学生如何读科学元典
必须要承认,中学生在阅读科学元典的过程中容易遇到两个“拦路虎”:
一个是时间。这些经典距离我们太过遥远,话语体系和时代背景的迥乎不同,都为理解原著加深隔阂;
第二个则是理解难度。这些科学成就、科学思想和科学方法都是天才思想的结晶,对于课业繁重的中学生,读起来注定不是那么轻松。
为了解决这两个问题,让大师的原著更加平易近人;北京大学出版社“科学元典学生版”应运而生。
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相信大家一定都对这套“科学元典红皮版”不陌生:北京大学出版社“科学元典丛书”收入自古希腊以来,主要是自文艺复兴时期现代科学诞生以来,经过足够长的历史检验的科学经典;是近代科学传入中国以来最大规模的科学名著汉译工程。
自2005年第一部著作出版至今,历经10余年,丛书已经出版50余种,连续纳入“十一五”、“十二五”和“十三五”国家重点图书出版规划;并且销量已超过100万册,得到万千读者的选择和认证。
丛书删繁就简,精心编排,力求帮助同学们最高效得读懂、读透。每种书分为上篇、中篇和下篇:
上篇为阅读指导,这一部分里,能读到众多知名学者对大师思想的梳理概括,解答“大师究竟是怎么想的”以及“为什么这么想”;为后续进入原著建立基本的认知框架,同时帮助同学们建立批判意识,而非“全盘皆收”。
中篇由著名专家们精选原著精华,将科学经典的精华内容突出呈现。
下篇为学习资源,包括扩展阅读建议、数字课程、思考题、阅读笔记。
全新改版的小蓝皮
“科学元典丛书(学生版)”
为中学生量身打造
丛书主编
任定成,著名科学文化学者。曾任中国科学院大学教授,北京大学科学与社会研究中心教授、主任,中国科学院大学人文学院执行院长,日本学术振兴会研究员,北京科学史与科学社会学学会创会会长。现任山西大学教授。
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来源/人民网科普、北京大学出版社责编/宋文珍 本期编辑/刘敬、张梦琦(实习生)