Su, Francis Edward. Mathematics for Human Flourishing. Yale University Press, 2020.
苏弗朗西斯是美国加州哈维穆德学院(Harvey Mudd College)的一名数学教授,也是美国数学学会前任主席。2017年在他卸任主席职位的时候给大众做了一个关于数学的演讲,感动了很多人。《Mathematics for Human Flourishing》是作者在这次演讲的基础上写就的一本关于数学的科普书。
为了打消读者的顾虑,作者在序言中便直接指出不需要任何数学背景就能阅读这本书。作者尝试介绍了一些数学思想以及它们与人们日常生活的关联。书中所述甚杂,作者与一名狱中囚犯的数学交流,作者关于自己成长的背景介绍,数学在消除人类偏见中的作用,各种鸡汤等等,都糅合进了这本书里。
书中最让我感兴趣的一个数学例子是扑克牌的排列。我们乐此不疲地玩扑克牌,似乎从来没有想过是不是会洗出两把一模一样的牌。那么一副扑克牌到底有多少种不同的可能呢?算起来比想象中的简单:一副扑克牌有52张(除去大小王),我们拿第一张牌时有52种可能,拿第二张牌时剩下51种可能,依此类推,52张扑克牌能组成的所有可能数是52×51×50×…×2×1,数学的说法是52的阶乘。这个数的数量级是10的68次方,即一万亿亿亿亿亿亿亿亿。与之相比,宇宙的年龄是138亿年,换算成秒的话大概是10的18次方秒,即一百亿亿秒。这两个数相差如此之大,概率可以告诉你,每洗一次牌,这副牌的顺序几乎不可能在以往存在过。换句话说:“Each time you shuffle a deck of cards, you are making history!”(“每次你洗牌的时候,你就创造了历史!”)
一个简单的计算,揭示出一个让人惊叹的事实。
作者在书中探讨了人们对数学教育的态度。生在一个华人家庭里,作者从小就接受了很多数学训练,但是作者的父亲和母亲所用的方法却不一样。父亲的方法是给一大堆机械的数学题,不做完不吃饭;而母亲则会寓教于乐。作者当然是赞同母亲的做法,然而我想的是,是不是机械的运算能力就不重要?作者的数学生涯真的就没有受到运算能力的惠泽吗?
这又涉及到另外一个讨论,即数学(mathematics)和算术(arithmetic)的区别。目前很多人越来越倾向于数学重要而算术不重要。计算机和计算器的运算能力已经远远甩开了人类,但是人类真的能够放弃算术能力的培养吗?我觉得不能,而且其实这两者并不是对立的,大脑良好的运算能力完全能够促进数学思维的发展。
作者举了一个例子来说明什么是有趣的探索性的数学:给定矩形的边长计算面积和周长。这是一道算术题,只要了解了面积和周长的概念便可以做出来。而更好的提问方式是:画两个矩形,使其中一个的周长比另一个大,而面积比另一个小。再进一步:画两个矩形,使第一个的周长是第二个的两倍,第二个的面积是第一个的两倍。作者指出,如果我们可以用更有启发性的问题来教育学生,那么学生对于数学概念的理解将会更加深刻。
我赞同作者的这一说法,但是当我们看作者提到的这个具体的问题的时候,我们会发现无论哪一种启发式的提问,问题的解答最终还是要用到算术。数学思维和算术能力,两者都很重要。
不过令人担心的是,美国的教育体系只重视阅读而轻视数学教育。老师们总是强调阅读的重要,学校也提供了各种各样的阅读机会,但是对于数学教育则采取放任的态度。宝宝臭已经读完了幼儿园,马上要上一年级,学校的数学教学却还停留在数苹果来做二十以内加减法的水平上。我常常跟宝宝臭说,你可以试着不数手指,你可以尝试着在脑子里想想。
很多人对数学都有畏难情绪,觉得自己数学不好。作者的说法很有意思,他说其实每个人都是数学老师,“If you help kids with their homework, you are a teacher of math. If you are afraid to help kids with their homework, you are teaching an attitude about math.”(“如果你辅导小孩功课,那么你是数学老师。如果你对辅导小孩感到忧虑,那么你在传授一种对于数学的态度。”)
作者还花了很大的篇幅讨论“偏见”的问题。偏见无处不在,人们对搞数学的会有偏见,对女人搞数学会有偏见,对有色人种搞数学会有偏见,就连数学界对搞不同数学的也有偏见。作者在哈佛大学获得数学博士,最终(或者说目前)选择了去一个以教学为重的学校当老师,这也收到了偏见。“You become a mathematician, and are thrilled to get a job at a college where teaching is valued, but your friends at research universities ask with pity, ‘Are you happy there?’”(“你成为了一个数学家,并且为能够在一个鼓励教学的学院里找到一份职位而高兴,但你在研究型大学里的朋友会充满同情地问:‘你在那儿快乐吗?’”)
偏见深藏于人们心中,两份相同的简历,只要姓名不一样,人们便会有不同的评判。作者列举了一些偏见的例子,鼓励人们消除偏见,但并没有提出行之有效的方法。而我悲观地认为,偏见恐怕很难消除。
书中提到的一个偏见很好玩。作者是华裔美国人,会讲流利的英语,但不会中文。由于家庭的影响,又喜欢正宗的中餐美食。美国的很多中餐馆会准备两份菜单,一份中文的给中国人,一份英文的给美国人。问题的关键在于这两份菜单上的菜谱并不一样。作者认为中文菜单上的菜谱比英文菜单上的菜谱要好吃很多,但每次去中餐馆却被强制给英文菜单,十分不爽。“Even though I am of Chinese descent, the waiters had assumed, because I speak perfect English, that I must not be interested in the authentic Chinese food.”(“即便我是华裔,但是由于我说完美的英语,服务员认为我肯定对正宗的中餐没有兴趣。”)
这是作者的痛苦,我看着却很开心,谁叫你不学中文的?——我这不经意间流出的也是一种偏见,所以说,偏见哪那么容易消除呢?
作者讨论的很多方面,如寓教于乐,挫折教育,持之以恒等,其实不限于数学领域。将“数学”换成其他学科,读下来也不会有违和感。
克里斯是一名黑人,吸毒,还曾持械抢劫,被判了32年监禁。如果表现良好,最早可以出狱的时间是2033年。克里斯在狱中自学数学,深感需要与人交流,便给作者去了一封信。两人多年间的信件交流贯穿于书。我想,克里斯如果早年遇到作者,人生或许也就不同了。对于知识的追求可以塑造一个人的精神世界,从这个角度看,克里斯如果出狱的话,应该能够重新融入社会,而不会重操旧业,更不会像《肖申克的救赎》中的老人一样,出狱则自杀。作者是一个真诚而善良的人,虽然有时作者的真诚过于理想而脱离实际,如学生作弊他反而会反省自己,但这种真诚自有它的力量,它帮助了克里斯,也将帮助更多的人。看完此书,我也明白了,为什么一场关于数学的演讲会感动很多人。