柯尔莫哥洛夫的数学教育论
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柯尔莫哥洛夫在莫斯科大学培养了很多数学家,他们中有不少人成为了国际知名的学者;柯尔莫哥洛夫其实还热衷于高中的数学教育,自己也会给学生上课,并深入思考数学教育应有的形式。
当得知1987年10月20日,苏联伟大的数学家柯尔莫哥洛夫教授与世长辞的消息时,我宛若失去支柱一般,无比哀伤与寂寞。自学生时期(1937 年)读了他的名著《概率论基础》并立志研究概率论以来,我在这条道路上坚持了五十余年,对我来说,柯尔莫哥洛夫就是我研究数学的基石。
三面之缘
我只与柯尔莫哥洛夫教授有过三面之缘。第一次见面是在1962年国际数学家大会(斯德哥尔摩)上。开幕式开始前,我在大厅闲逛,耳边突然传来了亲切的声音:“Ito? Kolmogorov.”(是伊藤吗?我是柯尔莫哥洛夫。)我虽吃了一惊,但欣喜异常。他用德语问我多大了,我回答:“Sieben und vierzig.”(47 岁。)他又问:“Dreißig ?”(30 岁?)这么问恐怕是因为日本人大多看起来年轻,我大概看起来也比实际年龄要小上十来岁吧。之后过了两三天,克莱姆教授(瑞典的大学联席主任,主要研究概率论、分析整数论)将与会者中与概率研究相关的差不多十名研究人员邀请到家里,举办了晚宴。与柯尔莫哥洛夫和杜布一同,我也受到了款待。
和柯尔莫哥洛夫再见就到了1978年。参加完国际数学家大会(赫尔辛基)之后,我又参加了概率统计国际学术研讨会(维尔纽斯、立陶宛、苏联),在归途中顺路去了莫斯科。当时我与瓦拉丹(Varadhan,纽约大学)和普罗霍洛夫(Prokhorov,苏联科学院)一起应柯尔莫哥洛夫的邀请,在克里姆林宫旁边的高级餐厅共进午餐。那段时间柯尔莫哥洛夫热心于高中的数学教育,他自己也聚集了很多优秀的学生并亲自授课。我听说这件事后,便询问了他授课内容。他回答我说主要是一些培养学生数学观察能力的内容,比如向学生展示简单的向量场(速度场)图,然后让学生用图来表示其积分曲线,或是思考具体的分支过程等。
第三次见面是在第比利斯(1983 年)召开的日苏概率统计研讨会上。那时他身体状况不佳,但还是进行了演讲,在宴会上也尽力炒热气氛,能看出年轻人对他十分敬仰。
柯尔莫哥洛夫几乎在数学的所有领域都有独特的想法,并引入了崭新的方法,虽然留下了优秀的成果,但他并没有高高在上,而是给人一种不修边幅的敦厚君子的感觉。这才是真正伟大的数学家。
经历
柯尔莫哥洛夫在1903年出生于俄罗斯的坦波夫。他的父亲是一名农学家,母亲在他出生后不久便撒手人寰,他则是被他的姨母们带大的。柯尔莫哥洛夫在1920 年(17 岁)入读莫斯科大学以前,曾在铁路上做列车员,他利用闲暇时间撰写了关于牛顿的力学法则的论文。虽然这篇论文的原稿没有被保存下来,但我们依然能够想象他在少年时期就已经多么有才了。那时,正值俄国革命(1917 年)爆发,虽然我很想了解当时的环境究竟如何,但目前并无头绪。
1920年,柯尔莫哥洛夫正式进入莫斯科大学学习。他最初对俄国的历史抱有兴趣,曾就15世纪、16世纪的诺夫哥罗德的财产登记进行过调查。之后他又加入了斯特潘诺夫的傅里叶级数(三角级数)的研讨会,1922年他撰写的关于傅里叶级数、分析集合的著名论文(后面会叙述)震惊了数学界,在那之后他又以行空天马之势接连发表了重要的研究成果,并于1925年从莫斯科大学毕业,1931年评为莫斯科大学教授,1933年出任莫斯科大学数学研究所所长,1937年成为苏联科学院会员。直至1987年逝世,他都在数学的研究与教育领域贡献自己的力量。
数学教育论
很多人知道柯尔莫哥洛夫在莫斯科大学培养了很多数学家,他们中有不少人已成为国际知名的学者,但柯尔莫哥洛夫其实还热衷于高中的数学教育,自己也会给学生上课,并深入思考数学教育应有的形式。
苏联的教育制度与日本的有所不同,分为小学(7 岁~10岁)、初中(11岁 ~14岁)、高中(15 岁~17岁)和大学(18岁~20岁)几个阶段。在大学,数学专业和物理专业是合并在一起的(数学与物理专业)。苏联的高中课程相当于日本高二到大学二年级的课程,大学课程则相当于日本的本科课程加研究生课程。与日本的旧制高中和大学十分相似。大学毕业时必须提交论文才能获得学位,获得的学位相当于日本的硕士。博士学位只授予此后能发表很多原创论文的优秀学生。
柯尔莫哥洛夫认为,有一些父母或教师会从10~12岁的学生中寻找具有数学才华的人,这种做法可能会毁掉学生的前途。但到了14~16岁这个年龄段,事情就大不相同了,学生会明确表现出对数学和物理的兴趣。根据柯尔莫哥洛夫在高中教数学和物理的经验,差不多有半数学生认为数学和物理对自身没什么实际应用价值。他认为针对这样的学生,课程的内容可以设置得简单一些。这样一来,另外一半学生(虽然这部分学生未来不可能都去读数学和物理专业)的数学教育也会有更好的效果。
在高中阶段,最好还是将数学、物理专业,工程学专业,生物、农业、医学专业,社会、经济学专业分开。只要稍稍增加一些每个专业主要学科的教学时间即可(比如数学多一小时,物理多一小时等)。这种做法也能收到显著效果。针对各专业的班级进行的教育可以让学生具有目的意识,但这并不会对范围更广的一般教育构成威胁。在革命初期兴盛起来的“统一劳动学校”这个口号意在废除带有阶级意识的学校,打破横亘在贫苦人面前的屏障,而非对个人能力的开发或特殊训练予以否定。
学习数学需要特殊才华这种说法在多数情况下是带有夸张成分的。人们觉得数学是一门非常难的科目,有时也是一些糟糕或是极端的教学方法所造成的。只要有优秀的教师和优秀的教科书,以普通人的能力完全可以应付高中数学,也能理解初级的微积分。
高中生在决定选择数学作为大学专业时,自然想要检验自己与数学这门学科的适配度。实际上,每个人理解(数学)推论、解决问题、进一步产生新发现的速度、困难程度和成功率都不相同。为了数学专业的教育,应以选择在数学上更容易取得成功的青年为目标。
· 一步一步进行逻辑推理的能力。比如可以正确使用数学归纳法。
就算具备这些能力,如果没有对研究课题的热忱和每日不间断的研究也没有任何意义。
(iii)可以成为优秀的辅导老师。能够充分认识到每个学生的能力,在学生的能力范围内为学生分派任务,使学生获得自信。
以上三点虽然都是评价标准,但理想的教师应该是最后一种类型的。
· 重视实践。
第二点的意思我起初也不是很理解,最近问了一位以前在莫斯科大学跟柯尔莫哥洛夫学习过的学生,才知道实践是指给学生一些微分方程的系数或边界条件的具体数值,让学生调查其解的性质。
在学生开始进行研究时,首先要让他们拥有“我一定可以做些什么”的自信。因此,在给研究题目的时候,需要思考这个题目的重要性,还必须思考“这个研究能否帮助学生前进”“这个课题是不是在学生的能力范围之内,并且需要学生尽最大的努力才能研究出来”等问题。
以上就是柯尔莫哥洛夫的数学教育论的大致内容。柯尔莫哥洛夫不仅是一位伟大的数学家,还是一位伟大的教育家,更是一位伟大的思想家。
作者:[日] 伊藤清
译者:刘婷婷
沃尔夫奖、高斯奖得主,现代随机分析之父 日本数学大家 伊藤清
讲述数学思想与方法
激发关于概率与世界的深层
呈现日本数学发展的另类线索
本文经授权转载自微信公众号“图灵新知”。
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