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张奠宙教授的绝响:谁来拯救,落后一个世纪的中国数学教育 原创: 张奠宙 于波 [url=]数学竞赛的那些事儿[/url] 1周前
2018年12月20日中午12时,
被誉为当代中国数学教育三座学术高峰之一的张奠宙教授在上海市第六人民医院逝世,享年85岁。1951年他参加高考,被大连理工学院录取,一年之后因院系调整而到东北师范大学数学系就读,从那时起,他的人生开始和数学结下了不解之缘。
毕业之后,他开始在华东师范大学数学系函数论教研室当教师,在历经了“红与白”的文革时期,在重新回到数学系之后,他觉得有必要投入到当代数学史的研究,了解一下20世纪数学发展的道路,不能再盲人骑瞎马乱跑了,接着他的《20世纪数学史话》问世,并且惊动了杨振宁和陈省身两位大师,从此他踏入了数学史、数学教育这个领域里。
在他的记忆里,中国数学教育都是向外国学习的,上初中时使用的教材有《3S平面几何》,高中则有《范氏大代数》、《斯盖尼解析几何》,几乎全是欧美教材的中译本。1949年之后,则学习苏联数学教材,接受凯洛夫的《教育学》理论。至于中国本土的数学教育理论,除了国家历年公布的《数学教学大纲》之外,很少有系统的总结,听来听去,也就是“数学是思想的体操”,“数学教学主要是培养逻辑思维能力”等等的箴言。
在历经了半个世纪之后,
中国式的数学教育模式也在逐渐形成,以解题训练为核心的数学教学目标,五环节的数学教学过程,“高密度、大容量、快节奏”的数学演练,熟能生巧、反复操演的“数学双基”要求,在严厉的高考指挥下,铸成了举世无双的“解题”数学教学模式,
但是在这条道路上也碰到了诸多的问题,应试教育功利性带来的危害,学生主体创新精神的不足,数学英才教育的缺失,数学学科教育得不到足够的重视,去数学化的趋势愈演愈烈,缺乏全国性的数学调查,平面几何的削弱等,
张奠宙教授曾写过一篇名为《千千万万数学教师肩负着国际声誉》的文章,他说中国数学教育在国际上取得的每一个成就,都是在千千万万对数学事业执着的教师肩膀上建立起来的,
而在这条属于中国数学教育的道路上,遇到的问题也值得千千万万的数学教师去了解,去探索,去改革,因为你们,中国数学教育才有未来的希望.
(今年10月17日,杨振宁先生看望正在住院的张奠宙教授)
本文节选自张奠宙、于波两位教授
所著的《数学教育的中国道路》一书中的第十五章
第一节 数学教育改革依然是主旋律
面对日益激烈的国际竞争,世界各国的基础教育,包括数学教育,始终处在改革的漩涡之中,中国自然也不例外。中国的数学教育,面临着三大挑战。这就是:应试教育带来的教育功利主义的侵蚀,学生主体创新精神的不足以及数学英才教育的严重缺失。
1. 改革“应试教育”
应试教育带来的巨大危害,正以难以阻挡之势不断地蔓延,功利主义的学习观,侵蚀着数学教育的健康肌体。这是东亚各国共同存在的问题。由于中国以往封建社会的科举意识仍有不少拥护者,社会转型时期带来的拜金主义倾向,考试改革举步维艰,“应试教育”尤其突出。“素质教育轰轰烈烈,应试教育扎扎实实”,是学校教育真实而尴尬的局面。要改变这一状况,不是数学教育一科能够做到的。那是一项巨大的社会系统工程。我们不在这里详细讨论。我们能够做的是,在现有的考试体制内,尽量避免“数学高考八股化”。
现今的数学高考,越来越严重地走向八股化。全国和各省的数学试卷,不约而同地走向同一个模式。那是20世纪80年代引进标准化考试的结果。120分钟完成的数学试卷,必须有22道题,题量之大,连年纪稍大的高三数学老师都来不及做完。试卷的题型完全固定,甚至到了各个题的次序都不得改变的地步。我们曾经建议,减少考题数量和延长数学高考答题时间,让考生不必去“快速反应”,熟练地做到“一看就会,一做就对”。如果考试能够检测学生的积极思考水平,而不是熟练反应,就会抑制日常教学中的“题海战术”及大运动量训练的顽疾。
高考数学试题如何检测被试的创新能力?能否用开放题等多样化的试题形式增加试题的正确导向?克服越来越严重的八股化趋势,是数学教育改革的当务之急。
2. 扩大学生主体活动的空间,包括创新和认真执着
鉴于中国以往封建教育的影响很深,在数学教育实践中,重教轻学,重讲授轻探索的情形依然存在。“以学生的发展为本”的宗旨尚未完全实现。因此,数学新课程改革倡导的“自主、合作。探究”的教学理念,尚须进一步落实和加强。在新的十年里。需要由下而上地总结经验,积累优秀的教学案例,发扬优秀的传统理念,创建适合新形势的教学新风。《义务教育数学课程标准(2011年版)》中的许多重要理念,需要将许多新的理念落实到课堂上。“一个深刻的改革,一定不会把原来好的经验放弃,肯定是从原有的经验中启程。好的改革不是另起炉灶。从零开始这不可能,也很不实事求是。”这意味着,要把教学改革和总结本土经验有机地结合起来。
比较重要的有以下几个方面:(1)如何理解从“双基”发展为“四基”,怎样进行“四基”教学?(2)什么是基本数学活动经验?如何进行数学思想方法的教学?(3)如何建立初中阶段演绎性的“平面几何教学”中国模式?(4)统计和概率的教学如何切合学生的认知发展水平?(5)如何培养学生提出问题和解决问题的能力(6)数学问题解决需要独立的思考,如何在独立思考的基础上进行合作学习?
数学课堂教学固然要培育学生的创新精神,但是数学教学更重要的也许是培养学生认真执着的科学品格。
数学是讲究严谨的科学。在语文教学中,学生凭借想象、天空行空地编造故事,就可以算作创新。然而,数学的创造,需要有严谨的证明为支撑。因此,对于中小学生来说,要学生做出真正意义上的数学创新,可以说勉为其难。然而,要做到让学生“认真执着”,数学教学倒是可以大有作为的。
把数学创新和数学严谨结合起来,将是未来数学教学改革的一个重点。
3. 大力弥补数学英才教育的缺失
数学英才教育的缺失,是当今中国数学教育的重大隐忧。与发达国家的数学教育相比,我们约95%,即多数的学生取得了举世公认的数学好成绩,但是在5%的数学英才培养上,已经落后一个世纪。北京师范大学张英伯教授为数学英才的培养大声疾呼,发人深省。
当今,激烈的高考竞争导致了英才教育的“异化”,数学竞赛越来越多的功利性使我们偏离了英才教育,过度统一的标准和教材使我们难以实现英才教育。
美国普通学校的数学教育很不成功,但是对5%优秀学生的英才教育非常成功。这成功的5%支撑了美国在经济、科学领域长盛不衰的人才基础。从体制上看,美国有如下措施:
(1)美国教育部设有天才教育处(2)美国国会通过“天才儿童教育法”(3)美国国会通过“杰维斯优异学生教育法案”,每年特别拨款。(4)成立美国国家英才教育中心
相比之下,我国还没有任何有关天才儿童的法律规定,也没有任何相关的常设机构,更没有单独的拨款。
美国的各州都设立了一些“数学和科学高中”。多数学生的数学课程包括多元微积分。少数主攻数学的高中生可以选读《数理方程》、《拓扑学》、《博弈论》等课程。丘成桐先生曾说,哈佛大学数学系的本科毕业生的论文可以发表在国际一流杂志上,原因就在于在高中阶段已经读了许多大学的数学课程。
我国的数学英才教育,早年通过“奥林匹克数学竞赛”进行培养和选拔,也颇有成绩。但是,奥林匹克竞赛的题目有很大局限,基本不涉及微积分、抽象代数等现代数学基础,加之,目前我国的奥林匹克数学竞赛也蒙上浓烈的功利色彩,获得竞赛奖成为进入国内一流大学的敲门砖。选手的数学视野不开阔,后劲不大。近两届的菲尔兹奖获得者,如澳大利亚的陶哲轩、越南的吴宝珠,虽然都是奥赛获奖者,但是并没有停留在奥赛数学上,而是大踏步向前,远远超出了奥赛题目的范围。奥赛只是他们前进道路上的花絮,并非终极目标。
除了美国之外,欧洲各国本来就有悠久的英才教育历史,英国的伊顿公学、法国的路易大帝高中、俄罗斯的寄宿制高中,都是超常人才的培养高地。
我们需要做些什么呢?
首先,要为英才教育正名。把英才教育提到国家战略的高度来认识。其次,各省市要设立几所“数学和理科高级中学”,全国总数要有近百所。这些高中设置单独的课程标准,内容相当于大学预科。毕业时由国家统一进行严格的毕业考试,内容当然远超过普通高考。考试成绩可供自主招生的学校参考,也可以用一定的方法折算为普通高考考分,参与录取。
再次,要制定相应的方案。设立必要的研究中心,以及日常的办事机构。英才教育,事关国家未来国际竞争中“国家队”的建设。总有一天会将至提到紧迫的议事日程上来。我们时刻准备着。
最后,要为数学奥林匹克竞赛正本清源,弘扬数学竞赛的精英教育的本义,去除“奥数教育”的功利色彩。
(1991年,在美国数学科学研究所,张奠宙与陈省身两位教授的合影)
第二节 发展独立的数学学科教育
中国的教育改革,经过21世纪头十年的努力,改革的大方向经过适度的调整已经确定。在大政方针确定之后的下一步,学科教育势将成为我国教育发展的战略重点。
学科教育,是整个教育理论的一部分。如果说,一般教育学相当于自然科学中的“基础理论”,那么学科教育就是一种致力于学科教学实践的“工程性”研究学科。众所周知,自然科学技术有两个部分:基础理论研究(如物理学)—科学院的的研究任务,以及工程实践研究(如航天工程)—工程院的研究任务。嫦娥奔月工程固然要运用物理学的原理,但是物理学研究不能代替航天工程。航天工程有自己的技术设计理论和施工规范。
与此相似,一般教育学的规律固然能够指导学科教育,却不能代替学科教育,学科教育的主要内容是根据一般教育原理,寻求本学科教学的规律,进行教学设计,进而提出可以操作的、直接可用于课堂教学实践的工作方案,这就相当于完成一项具体任务的工程研究和施工方案。现在写入课程标准的许多理念,都是一种“明文知识”。然而,学科教育是一种技术性很强的工程性学科,因而必然涉及很多具体的实践性认识,那是一般教育学规律所无法包含的。
一个不争的事实是,学科的发展总是在“细分-整合-细分”这样的过程中发展的。当年物理、化学、生物学等科学从哲学中独立出来,在继续接受哲学的指导的同时,独立进行科学研究,于是又反过来推动哲学的发展,出现了科学哲学这样的新学科。因此,数学教育、科学教育、人文教育、艺术教育等学科教育学,必然会从一般教育学中分离出来。这是一个自然发展趋势。我们希望看到,一般教育理论研究能够和学科教育研究密切结合,在用一般理论指导学科教学的同时,也能从各个学科教育的创造性实践中丰富自身。
学科教育的研究工作,当然要运用一般教育学的原理。但是,学科教育研究不能简单地“自上而下”地从一般教育学“演绎”出来,不能满足于“一般教育学+学科例子”的模式,而必须植根于学科本身,深入地研究学科本质对学生思维发展的影响,揭示各门学科教于学的“个性”,发现和提炼各个学科教育的特定规律,乃至“自下而上”丰富一般教育学理论。
目前中小学学科教育中存在的现实并不是不知道什么是先进的教育理念,什么是有效的教法,而是不知道如何深刻理解和把握学科知识内容,以及如何具体地将这些理念落实到课堂上。以为教学方法可以有某种“理念”产生,从某一文件的规定空降到课堂,那是神话。如果教师教育不落实到学科教育上,教师连某一门课都教不好,那么教师教育就失去了重心。
国外的教学内容知识(PCK)研究、数学教学知识(MKT)研究等,正在大力发展,然而,这些动向尚未引起主管部门和教育界的关注。
直到今天,中国的学科教育依然得不到足够的重视。去数学化的趋势尚未得到遏制。学科教育研究的立项,远未达到应有的规模。大量的教育研究,停留在空洞口号的层面。为此,我们只有坚守数学教育的家园,等待历史来做最后的裁决。
(1998年,张奠宙教授当选欧亚国际科学院院士)
第三节 深入研究数学教育的优势项目,形成鲜明的中国特色
1. 加强调查研究,积累原始资料
为了全面地了解自己,需要对我国的数学教育状况进行有计划的调查研究,积累原始资料。在20世纪末就有过全国性的调查。例如,田万海主编的《全国初中数学教学调查与分析》,谢安邦,谭松华的《全国义务教育学生质量调查与研究》。
这些工作都十分有价值,具有历史性的参考价值。但是进入21世纪以后,这样的调查报告没有继续进行。有许多调查只围绕某些改革的得失进行,也没有公开出版。
我们希望,每十年能有一次全国范围的数学教育情况调查,形成一种制度。
2. 弄清数学教育发展的历史
历史是一面镜子。想要正确地认识中国数学教育,必须以廓清历史事实,认识历史规律为基础。我们在建国初期曾经全面学习苏联,后来经过1958年的“教育革命”,以及1960年的冒进革新,乃至1963年制定的数学教学大纲,这些中国数学教育成长的关键时期。晚近以来,对于新中国成立到“文革”开始的那17年的数学教育,学界的认识差异很大。因此,必须经过认真的收集资料,经过分析讨论,力求取得统一认识。
半个世纪过去了,经历那段时期的数学教育工作者,多半已经谢世。硕果仅存的几位,亟须用口述历史等方式进行采访,将他们的亲身经历抢救性地记录下来。
3. 研究“教育数学”
张景中院士倡导的“教育数学”,其实就是学生容易接受的教育形态的数学。它和国外的PCK理论的理念有许多共同之处,值得进一步研究。
我们希望“数学教育”的建立,能够密切地结合教学实际,对中国数学教育发挥更大的作用。在某种程度上,教育数学是过去的“数学教材教法”在新形势下的发展。这就是说,我们要对基础教育中的主要数学内容逐一地进行解剖,从内涵分析理解、学生认知特点、具体教学设计、评价建议等进行系统研究。
4. 研究现代教育技术在数学教学中的合理使用
现代教育技术为数学教学提供了直观、简便的工具,是改进数学教学的重要方面,张景中院士等创建的、具有独立知识产权的《超级画板》在智能性方面有很高的水平。经过十几年的使用,广受一线教师的欢迎,也希望在中小学生中加以使用。
对于计算机的使用,有教师担心会降低学生的运算能力。在学生以及掌握算理并具有一定运算方法后,应该让学生使用计算器,尤其在中学,这样可以减轻学生的学习负担。
现在的教师教学时喜欢用PPT,这样做有利有弊。如何正确使用,值得研究。板书也是引导学生思维的有效方式。
5. 平面几何教学研究
在20世纪60年代的新数学运动以后,大多数欧美国家的中小学基础数学课程中就放弃了演绎式的平面几何。此后很多国家仿效,数学课程不再有对顶角相等、平行公理、三角形内角和定理、中位线定理等内容及其证明。21世纪的中国数学课程改革,曾经有意识地削弱这种演绎几何,连“几何”两字都不见了踪影。理由是,减轻学生负担,大多数学生学不会,根本上是要同国际接轨。
这一举动引起了数学家的激烈反对,在全国人民代表大会上成为一项提案进行质询。其结果是在《义务教育数学课程标准2011年版》里大体上恢复了演绎体系。2012年去世的著名数学家谷超豪,曾对当前的数学教育表示忧虑。《文汇报》记者在报道中说:
这表明,争论还没有完全结束。
无论如何,中国的平面几何教学,在世界上显得非常突出。我们对此要有系统的研究,向世界数学教育提出一份科学的分析报告。事实上,从20世纪60年代开始,中国曾经有过相当深入而普遍的“平面几何入门教学”研究。不过,在21世纪中国普及9年义务教育的社会环境下,如何进一步加以总结、提升和发展,使得大多数学生能够从平面几何学习中获益,还需要深入研究。
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