论理工科院校的数学文化教育
周继振+许峰
［摘要］通过分析数学文化公选课的不足，提出理工科院校将数学文化融入大学三门基础主干课程（高等数学、线性代数、概率论与数理统计）的解决办法，并给出了必要性和具体策略。
［关键词］数学文化数学素质教育改革
［中图分类号］G640［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2013）08-0015-03
一、引言
数学不以客观世界的某一领域、过程或对象作为研究目的，故数学不能算自然科学；数学显然也不属于人文学科，这种矛盾性体现了数学逻辑性的思维和人文性的统一，数学教育应兼顾两者。数学教育的重要任务是要有助于完善学生的自我全面发展。德国数学家格瑞斯曼说：“数学除了锻炼敏锐的理解力，发现真理之外，还有另一个训练全面考虑，科学系统的头脑的开发功能。”数学文化的出现是顺应数学素质教育的产物，是对数学教育模式的改革。
“数学是一种文化”的观点是20世纪60年代美国学者怀尔德提出的。“数学文化”一词首次出现在中国是20世纪90年代。2001年南开大学率先开设了针对普通本科生的“数学文化”课，现已成为国家级精品课程。2003年，教育部颁布了新的“普通高中数学课程标准”，其第三部分单独安排了“数学文化”板块。自此以后，各高校相继开设数学文化课，探讨“数学文化”在新教育改革和促进大学数学教育中的作用的论文大量出现。关于数学文化的课程建设研讨会已经召开了两届，充分肯定了数学文化在提高大学生数学素质方面的作用和意义。
二、数学文化和数学素养
数学文化有两种解释，狭义的数学文化是指数学的思想、精神、方法、观点、语言，以及它们的形成和发展；广义的数学文化除具有狭义的内涵以外，还包含数学家、数学史、数学美、数学教育、数学与社会的联系、数学与各种文化的关系等等。面对本科生所讲的数学文化，一般是指狭义的表述。
如今，“数学是一种文化”的观点已被中国的数学教育界认同，它体现着文理交融。从文化角度分析，“数学是一种文化”包括人类在数学活动中所创造的两种结果。一是静态的，例如数学的概念、知识、方法等，以及其中所蕴含的真、善、美的客观因素；二是动态的，包括数学家的信念品质、价值判断、审美追求、思维过程等深层次的思想创造过程。静态和动态的结果以及它们所包含的各个因素之间的交互作用，构成了完整而庞大的数学文化系统。
什么是数学素养？通俗地说就是：把所学的数学知识都排除或忘掉后，剩下的东西。那么剩下的是什么呢？例如，从数学角度看问题的出发点、严密地求证、简洁和准确地表达问题、逻辑推理、合理简化所从事工作的能力等。
三、开设公选课的不足和解决办法
受到大学扩招的影响，理工科院校具有学生多、数学课授课任务量大的特点，大多数理工科院校只能开设数学文化公选课。例如作者在学校开设了《数学文化》公选课，共32学时，每次选修人数约150人。教材选用顾沛教授的《数学文化》，再融入作者感兴趣的一些内容和对数学文化的理解。学生对于《数学文化》课的反响是好的，但由于受到学时和人数的限制，很多精彩的内容没有时间上，很多学生也选不到此课。受到大学基础课总学时的限制，不可能对所有的学生都开设《数学文化》。本校在这方面的不足也是很多兄弟理工科院校的通病。理工科院校通过开设数学文化公选课来提高学生的数学素质和人文修养在目前还仅是理论上的可能，对全体学生并无多大的帮助。此外，因为是公选课，多数学生上课本着应付的态度，能认真听讲、思考、解决老师所留问题的是少数，多数学生只想拿到两个学分了事。以上所列因素都使得理工科院校以开设数学文化公选课的形式来提高学生数学素养的效果打了折扣。
考虑到高等数学、线性代数和概率论与数理统计是理工科院校的三门主干基础课，这三门课一般需要学生三个学期的时间来学习，具有授课时间长、学时多的特点。就课程内容来说，三门课内容多，包含的数学思想、方法丰富。需要特别提到的是《高等数学》，它将现代微积分的内容都融入进去了，其本身包含了极限、逼近、集合论、无穷、归纳等数学思想。如果能在三门课的授课过程中，融入数学文化，让学生了解数学的思想、发展、思维模式以及解决问题的方式等，那么必将对提高学生的数学和文化素质有很大的帮助。
综合上面的分析可得，通过开设数学文化公选课来提高学生的数学素养在学时、授课内容以及受益人数上有很大的不足。将数学文化融入理工科大学的三门主干基础课，对提高大学生的数学素养来说更具有可行性。
四、加强数学文化教育的必要性
第一，加强素质教育，实行文理交融的教育模式的必然结果。中国实行的是文理分科教育，从高中时候起，学生就分成了文科和理科，大学的专业设置也按文理科进行设置。理科生在高中接受的文科教育就不多，在大学接受的文科知识也较少。分科教育的结果就是理科生文科知识欠缺。数学是文化，是人类文明的重要基础，它包含着丰富的人文文化。学习数学文化，能促进学生的科学素质和人文素质，促进文理交融和学生的全面发展。
第二，提高学生人文素质的必然要求。人文素质，是指由知识、能力、情感、意志等多种因素综合而成的一个人的内在品质，表现为一个人的气质、人格、修养。人文素质教育主要通过吸取优秀的文化成果，让学生学会善良、宽容、刚强、不屈不挠和献身等美好的品质。人文素质教育和建设和谐社会的要求是一致的，是教育对学生只重视考试能力，不注重人格培养的修正。数学文化是人类文化的重要组成部分，在人文素质教育方面有着不可替代的作用。众所周知，数学家的献身、执着以及专注的精神是无与伦比的。数学天才牛顿就因专注于数学，而错过了两次结婚的机会。第一次是牛顿在剑桥大学求学期间，到乡下躲避鼠疫，与自己23岁的表妹心心相印。然而，牛顿生性腼腆，未能及时表达出自己的爱意；又因牛顿回到了剑桥后，钟情于数学，不重视自己的个人生活，很快忘记了自己的表妹。牛顿的表妹在长久的等待中心灰意冷，终于嫁给他人。后一次恋情更有戏剧性，有一次，牛顿轻轻握着自己中意姑娘的手，含情脉脉注视着姑娘，就在将要有什么事情发生的千钧一发之际，牛顿的心却莫名其妙地想到了无穷小量的二项式定理。结果是姑娘离开了牛顿，牛顿也决定终身不娶。三十岁执掌英国数学界牛耳的大师哈代也是一辈子不结婚。他有一个习惯，无论到哪里住宿，都是先用毛巾把旅馆的镜子盖住，他不想因为关注容貌而浪费时间。不同数学学派之间的宽容是有目共睹的，支持欧式几何学的人并没有与支持非欧几何学的人相互争论，反而在一起相互生存，相互发展。阿尔布斯纳特·约翰（Arbuthnot John）说过：“数学能唤起热情而抑制急躁，净化灵魂而使之杜绝偏见与错误。恶习乃是错误、混乱和虚伪的根源，所有的真理都与此抗衡。而数学真理更有益于青年人摒弃恶习。”
第三，数学素质能提高学生的美学欣赏力 。波莱尔说：“数学是一门艺术，因为它主要是思维的创造，靠才智取得进展，很多进展出自脑海深处，只有美学标准才是最后的鉴定者。”科学求真，人文求善，真和善又都导致美。美，具有文化的属性，而数学是美的，数学的美表现数学思想深刻之美。例如黄金分割的再生性、“等于”的思想和逼近的思想都体现着数学的美。数学是人们求真、求善、求美的殿堂，柏拉图言：“几何把我们的灵魂引导到真理面前。”数学是静谧、深奥和典雅的音乐，其书写语言和符号是理性的音符，数学追求美，创造美，数学与艺术的结合更加灿烂绚丽。理解数学的美，必将提高理工科大学生美学欣赏力。
关于提高学生的数学文化教育的意义已在多篇论文中阐述，在此不再赘述。
五、数学文化教育的具体策略
第一，重新编写三门基础数学课（高等数学、线性代数和概率论与数理统计）教材，将数学文化融入新教材中。随着教育大众化时代的到来，现在的大学生在知识和能力水平、学习动机、精力投入等方面与精英教育时代相比，差距很大。中国传统的数学教材来源于前苏联时代，有很强的研究色彩。少数学生通过投入大量时间和精力，会获得超强的计算能力、深厚的数学基础。但是大多数学生会感觉听不懂、学不会。新编的教材应以学生为本，在保留教育部规定的教学内容后，应加强数学内容的思想性、方法性；从文化的角度阐释数学内容，引入数学的应用背景；降低数学抽象所带来的难度，适当融入数学建模的方法，介绍最新的数学软件和编程方法。新教材应体现数学的亲和力，注重对学生个性化能力的培养。
第二，教师在教学过程中应重点阐述数学思想，少些复杂的运算过程。大多数数学老师授课方式都是采用先介绍定义，定理，然后给出证明，最后给出一两个例子结束。至于为什么要有这个定义、定理及其包含的数学思想就基本不讲了。这种教学方式使得学生是被动地接受知识，结果就是学生越学越糊涂，以至最后放弃数学。通过阐述数学思想，解释定义、定理出现的原因，能够使得学生明白“为什么”，体会到学习数学的乐趣。例如在讲授微积分的中值定理时，可按照认知规律从特殊到一般来介绍罗尔定理、拉格朗日定理和柯西定理及其包含的数学思想。
第三，教学过程中，适当加入数学史，讲发展和过程，讲数学体现的文化内涵，包括存在的问题，展望前景，让学生学会思考，学会提出问题。
数学是一个连续性很强的学科，任意一个知识点必有其源头，必有若干数学家在此方面做出过重要贡献。通过介绍数学史，能让学生明白众多数学家为此付出的努力，让学生明白做人做事的道理。讲数学知识点的发展和过程，能让学生体会数学的逻辑和思考问题的方式，理解发展过程中出现的问题，学会思考和提出问题。
第四，教师应揭示数学与生活、数学和其他学科的联系，展示数学的应用价值，吸引学生的学习兴趣。学生不重视数学的一个重要原因就是尽管数学在现代社会有着广泛的应用，但这些应用却鲜为人知。例如，搜索引擎如何在浩瀚的互联网上找到所需要的网页，如何计算炮弹的弹着点，在面临选择时，如何运用概率论的知识增加自己成功的机会等等，这些都需要大量的数学知识。如果在上课的过程中能展示数学的应用价值，必将大大吸引学生的学习兴趣。
最后，以上这些能够实现，都需要一个前提，那就是教师本身的数学文化素养达到一定的高度，熟悉数学史、了解数学有哪些思想、方法等等。因此，加强授课老师数学文化修养就很重要。这不仅需要教师努力提高自身的数学素养，还需要学校为他们提供学习交流的平台。
［参考文献］
［1］杨叔子.文理交融，打造“数学文化”特色课程［J］.数学教育学报，2011,（20）.
［2］顾沛.数学文化［M］.北京：高等教育出版社，2002.
［3］王淑红.漫谈终身未婚的数学家［J］.数学文化，2012,（3）.
［4］方延明.数学文化导论［M］.南京：南京大学出版社，1999.
［5］顾沛.数学的美，在于数学思想深刻之美［J］.数学教育学报，2011,（20）.
［6］顾沛.数学文化课的探索和启示［J］.中国大学数学，2012,（2）.
［7］张奠宙.关于数学史和数学文化［J］.高等数学研究，2008,（1）.
［8］蔺云.解读数学文化［J］.大学数学，2005,（22）.
［责任编辑：碧瑶］
［摘要］通过分析数学文化公选课的不足，提出理工科院校将数学文化融入大学三门基础主干课程（高等数学、线性代数、概率论与数理统计）的解决办法，并给出了必要性和具体策略。
［关键词］数学文化数学素质教育改革
［中图分类号］G640［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2013）08-0015-03
一、引言
数学不以客观世界的某一领域、过程或对象作为研究目的，故数学不能算自然科学；数学显然也不属于人文学科，这种矛盾性体现了数学逻辑性的思维和人文性的统一，数学教育应兼顾两者。数学教育的重要任务是要有助于完善学生的自我全面发展。德国数学家格瑞斯曼说：“数学除了锻炼敏锐的理解力，发现真理之外，还有另一个训练全面考虑，科学系统的头脑的开发功能。”数学文化的出现是顺应数学素质教育的产物，是对数学教育模式的改革。
“数学是一种文化”的观点是20世纪60年代美国学者怀尔德提出的。“数学文化”一词首次出现在中国是20世纪90年代。2001年南开大学率先开设了针对普通本科生的“数学文化”课，现已成为国家级精品课程。2003年，教育部颁布了新的“普通高中数学课程标准”，其第三部分单独安排了“数学文化”板块。自此以后，各高校相继开设数学文化课，探讨“数学文化”在新教育改革和促进大学数学教育中的作用的论文大量出现。关于数学文化的课程建设研讨会已经召开了两届，充分肯定了数学文化在提高大学生数学素质方面的作用和意义。
二、数学文化和数学素养
数学文化有两种解释，狭义的数学文化是指数学的思想、精神、方法、观点、语言，以及它们的形成和发展；广义的数学文化除具有狭义的内涵以外，还包含数学家、数学史、数学美、数学教育、数学与社会的联系、数学与各种文化的关系等等。面对本科生所讲的数学文化，一般是指狭义的表述。
如今，“数学是一种文化”的观点已被中国的数学教育界认同，它体现着文理交融。从文化角度分析，“数学是一种文化”包括人类在数学活动中所创造的两种结果。一是静态的，例如数学的概念、知识、方法等，以及其中所蕴含的真、善、美的客观因素；二是动态的，包括数学家的信念品质、价值判断、审美追求、思维过程等深层次的思想创造过程。静态和动态的结果以及它们所包含的各个因素之间的交互作用，构成了完整而庞大的数学文化系统。
什么是数学素养？通俗地说就是：把所学的数学知识都排除或忘掉后，剩下的东西。那么剩下的是什么呢？例如，从数学角度看问题的出发点、严密地求证、简洁和准确地表达问题、逻辑推理、合理简化所从事工作的能力等。
三、开设公选课的不足和解决办法
受到大学扩招的影响，理工科院校具有学生多、数学课授课任务量大的特点，大多数理工科院校只能开设数学文化公选课。例如作者在学校开设了《数学文化》公选课，共32学时，每次选修人数约150人。教材选用顾沛教授的《数学文化》，再融入作者感兴趣的一些内容和对数学文化的理解。学生对于《数学文化》课的反响是好的，但由于受到学时和人数的限制，很多精彩的内容没有时间上，很多学生也选不到此课。受到大学基础课总学时的限制，不可能对所有的学生都开设《数学文化》。本校在这方面的不足也是很多兄弟理工科院校的通病。理工科院校通过开设数学文化公选课来提高学生的数学素质和人文修养在目前还仅是理论上的可能，对全体学生并无多大的帮助。此外，因为是公选课，多数学生上课本着应付的态度，能认真听讲、思考、解决老师所留问题的是少数，多数学生只想拿到两个学分了事。以上所列因素都使得理工科院校以开设数学文化公选课的形式来提高学生数学素养的效果打了折扣。
考虑到高等数学、线性代数和概率论与数理统计是理工科院校的三门主干基础课，这三门课一般需要学生三个学期的时间来学习，具有授课时间长、学时多的特点。就课程内容来说，三门课内容多，包含的数学思想、方法丰富。需要特别提到的是《高等数学》，它将现代微积分的内容都融入进去了，其本身包含了极限、逼近、集合论、无穷、归纳等数学思想。如果能在三门课的授课过程中，融入数学文化，让学生了解数学的思想、发展、思维模式以及解决问题的方式等，那么必将对提高学生的数学和文化素质有很大的帮助。
综合上面的分析可得，通过开设数学文化公选课来提高学生的数学素养在学时、授课内容以及受益人数上有很大的不足。将数学文化融入理工科大学的三门主干基础课，对提高大学生的数学素养来说更具有可行性。
四、加强数学文化教育的必要性
第一，加强素质教育，实行文理交融的教育模式的必然结果。中国实行的是文理分科教育，从高中时候起，学生就分成了文科和理科，大学的专业设置也按文理科进行设置。理科生在高中接受的文科教育就不多，在大学接受的文科知识也较少。分科教育的结果就是理科生文科知识欠缺。数学是文化，是人类文明的重要基础，它包含着丰富的人文文化。学习数学文化，能促进学生的科学素质和人文素质，促进文理交融和学生的全面发展。
第二，提高学生人文素质的必然要求。人文素质，是指由知识、能力、情感、意志等多种因素综合而成的一个人的内在品质，表现为一个人的气质、人格、修养。人文素质教育主要通过吸取优秀的文化成果，让学生学会善良、宽容、刚强、不屈不挠和献身等美好的品质。人文素质教育和建设和谐社会的要求是一致的，是教育对学生只重视考试能力，不注重人格培养的修正。数学文化是人类文化的重要组成部分，在人文素质教育方面有着不可替代的作用。众所周知，数学家的献身、执着以及专注的精神是无与伦比的。数学天才牛顿就因专注于数学，而错过了两次结婚的机会。第一次是牛顿在剑桥大学求学期间，到乡下躲避鼠疫，与自己23岁的表妹心心相印。然而，牛顿生性腼腆，未能及时表达出自己的爱意；又因牛顿回到了剑桥后，钟情于数学，不重视自己的个人生活，很快忘记了自己的表妹。牛顿的表妹在长久的等待中心灰意冷，终于嫁给他人。后一次恋情更有戏剧性，有一次，牛顿轻轻握着自己中意姑娘的手，含情脉脉注视着姑娘，就在将要有什么事情发生的千钧一发之际，牛顿的心却莫名其妙地想到了无穷小量的二项式定理。结果是姑娘离开了牛顿，牛顿也决定终身不娶。三十岁执掌英国数学界牛耳的大师哈代也是一辈子不结婚。他有一个习惯，无论到哪里住宿，都是先用毛巾把旅馆的镜子盖住，他不想因为关注容貌而浪费时间。不同数学学派之间的宽容是有目共睹的，支持欧式几何学的人并没有与支持非欧几何学的人相互争论，反而在一起相互生存，相互发展。阿尔布斯纳特·约翰（Arbuthnot John）说过：“数学能唤起热情而抑制急躁，净化灵魂而使之杜绝偏见与错误。恶习乃是错误、混乱和虚伪的根源，所有的真理都与此抗衡。而数学真理更有益于青年人摒弃恶习。”
第三，数学素质能提高学生的美学欣赏力 。波莱尔说：“数学是一门艺术，因为它主要是思维的创造，靠才智取得进展，很多进展出自脑海深处，只有美学标准才是最后的鉴定者。”科学求真，人文求善，真和善又都导致美。美，具有文化的属性，而数学是美的，数学的美表现数学思想深刻之美。例如黄金分割的再生性、“等于”的思想和逼近的思想都体现着数学的美。数学是人们求真、求善、求美的殿堂，柏拉图言：“几何把我们的灵魂引导到真理面前。”数学是静谧、深奥和典雅的音乐，其书写语言和符号是理性的音符，数学追求美，创造美，数学与艺术的结合更加灿烂绚丽。理解数学的美，必将提高理工科大学生美学欣赏力。
关于提高学生的数学文化教育的意义已在多篇论文中阐述，在此不再赘述。
五、数学文化教育的具体策略
第一，重新编写三门基础数学课（高等数学、线性代数和概率论与数理统计）教材，将数学文化融入新教材中。随着教育大众化时代的到来，现在的大学生在知识和能力水平、学习动机、精力投入等方面与精英教育时代相比，差距很大。中国传统的数学教材来源于前苏联时代，有很强的研究色彩。少数学生通过投入大量时间和精力，会获得超强的计算能力、深厚的数学基础。但是大多数学生会感觉听不懂、学不会。新编的教材应以学生为本，在保留教育部规定的教学内容后，应加强数学内容的思想性、方法性；从文化的角度阐释数学内容，引入数学的应用背景；降低数学抽象所带来的难度，适当融入数学建模的方法，介绍最新的数学软件和编程方法。新教材应体现数学的亲和力，注重对学生个性化能力的培养。
第二，教师在教学过程中应重点阐述数学思想，少些复杂的运算过程。大多数数学老师授课方式都是采用先介绍定义，定理，然后给出证明，最后给出一两个例子结束。至于为什么要有这个定义、定理及其包含的数学思想就基本不讲了。这种教学方式使得学生是被动地接受知识，结果就是学生越学越糊涂，以至最后放弃数学。通过阐述数学思想，解释定义、定理出现的原因，能够使得学生明白“为什么”，体会到学习数学的乐趣。例如在讲授微积分的中值定理时，可按照认知规律从特殊到一般来介绍罗尔定理、拉格朗日定理和柯西定理及其包含的数学思想。
第三，教学过程中，适当加入数学史，讲发展和过程，讲数学体现的文化内涵，包括存在的问题，展望前景，让学生学会思考，学会提出问题。
数学是一个连续性很强的学科，任意一个知识点必有其源头，必有若干数学家在此方面做出过重要贡献。通过介绍数学史，能让学生明白众多数学家为此付出的努力，让学生明白做人做事的道理。讲数学知识点的发展和过程，能让学生体会数学的逻辑和思考问题的方式，理解发展过程中出现的问题，学会思考和提出问题。
第四，教师应揭示数学与生活、数学和其他学科的联系，展示数学的应用价值，吸引学生的学习兴趣。学生不重视数学的一个重要原因就是尽管数学在现代社会有着广泛的应用，但这些应用却鲜为人知。例如，搜索引擎如何在浩瀚的互联网上找到所需要的网页，如何计算炮弹的弹着点，在面临选择时，如何运用概率论的知识增加自己成功的机会等等，这些都需要大量的数学知识。如果在上课的过程中能展示数学的应用价值，必将大大吸引学生的学习兴趣。
最后，以上这些能够实现，都需要一个前提，那就是教师本身的数学文化素养达到一定的高度，熟悉数学史、了解数学有哪些思想、方法等等。因此，加强授课老师数学文化修养就很重要。这不仅需要教师努力提高自身的数学素养，还需要学校为他们提供学习交流的平台。
［参考文献］
［1］杨叔子.文理交融，打造“数学文化”特色课程［J］.数学教育学报，2011,（20）.
［2］顾沛.数学文化［M］.北京：高等教育出版社，2002.
［3］王淑红.漫谈终身未婚的数学家［J］.数学文化，2012,（3）.
［4］方延明.数学文化导论［M］.南京：南京大学出版社，1999.
［5］顾沛.数学的美，在于数学思想深刻之美［J］.数学教育学报，2011,（20）.
［6］顾沛.数学文化课的探索和启示［J］.中国大学数学，2012,（2）.
［7］张奠宙.关于数学史和数学文化［J］.高等数学研究，2008,（1）.
［8］蔺云.解读数学文化［J］.大学数学，2005,（22）.
［责任编辑：碧瑶］
