一个从事计算机推理研究的科学家,却几十年如一日,热心于用浅显的语言写书给青少年看;他喜爱数学,有志于为教育改造数学,把数学变得更容易。他就是中国科学院院士、计算机科学家、科普作家张景中。他说:“那么多青少年喜爱我的作品,是一种幸福,一种享受!”张景中在计算机科学和数学领域,取得了一系列有意义的成果。他创立了“几何定理机器可读证明”的原理和算法;他以面积法为核心创立了平面几何新体系;同时,他提出了“教育数学”的思想和方法,被形象比喻为“无痛数学”,还花了大量的时间和精力从事数学科普的创作。他为青少年创作的《数学家的眼光》和《数学与哲学》,受到广泛好评。张景中说,科普工作不仅是科普作家的事,也是科学家的责任。
1未名湖畔他立下毕生之志
童年的境遇影响了张景中一生的选择。
“我的童年是在兵荒马乱的抗日战争年代中度过的,人们都疲于奔命,但我的祖母却不忘让我们学习。”张景中在一篇回忆文章中写道,“记得她叫李凤彩,读过私塾。她常在炮声中牵着我和哥哥跑进高梁地的深处,从怀里掏出一本破旧的《古文观止》,教我们读书……”幼年的张景中目睹了民族的苦难与家庭的颠沛流离,在他幼小的心灵中,也深深埋下了爱国的种子。他思考了两个问题。第一个关于国家的命运:谁能领导中国,使中华民族走上富强振兴之路?他迫切寻求着答案。众多事实证明了一个“只有中国共产党才能救中国”的道理,他便下决心跟共产党走。这一决心,也写在了张景中1986年11月的《入党志愿书》中。第二个问题关于个人的命运:如何在时代和历史的洪流中去实现自己的价值,自己该树立怎样的人生目标。1954年,张景中来到北京大学数学力学系。他深知“要想做出贡献需要特别的努力”。虽然清楚纯数学专业的困难,未名湖畔他依然立下做个数学家的志愿。由于勤奋好学和拥有极高的数学天赋,张景中被同学们冠以数学力学系“十大才子”之一的称号。1958年,他被分配到清河农场,白天劳动,晚上还要开会,但无论多忙,他总是要随身带几本书,其中《数论基础》是最常翻看的。对于数学问题的思考,使他在精神上很充实。20世纪80年代,计算机研究突飞猛进。1985年张景中开始从事定理机器证明研究,这个计算机科学与数学交叉产生的研究领域以实现某些高级脑力劳动进一步机械化,解放人的脑力为目标。他与合作者发展了几何新方法给出世界上第一个能自动产生几何定理的可读证明的算法和程序。人工智能领域进展缓慢的重要问题有了突破性进展。他撰写的《几何中的机器证明》“是计算机处理几何问题道路上的里程碑”。在不断研究数学期间,学习从纷繁复杂的现象中提炼出简洁准确的规律,他越来越感到妙不可言。就像发现了宝藏的冒险家,他迷醉而又执着地从事数学教育,薪火相传,指引着更多人去领略这份美。
张景中入党志愿书节选(图源四川科协)
2把数学变容易让千万学子受益
数学的作用是什么呢?张景中认为,学数学,培养数学素养,能锻炼思维,让人学会思考问题。
上世纪七十年代初,他在新疆的中学教书,看到学生学几何非常困难,不会做题目。他就想,怎么研究好的方法来解题呢?他想到利用面积关系来解题,于是深入地研究了面积方法,取得了非常好的教学效果。后来,他把面积法用于定理机器证明,创建了几何定理可读证明自动生成的原理和方法。曾经人们认为不讲极限就不能教授微积分,这样的观念持续了几百年。张景中反复思考,证明了不讲极限也能讲积分,加之其他数学家证明了不讲极限也能讲微分,形成了新的体系,让微积分的教学变得更简单。他将这些归功于自己是“教书匠”:为了教好书,他长时间深入研究解题方法,关注数学本身,找到了比较简单的通用解题方法。张景中认为解决数学难的问题,不能只是研究数学怎么教,而要考虑改造数学本身,让数学变得容易起来。因此,他在1989年就提出的“教育数学”概念,让数学变容易。他把学数学比作“吃核桃”,形象地解释了“教育数学”的概念。“核桃仁要砸开了才能吃到。有些核桃外壳与核桃仁紧密相连,如果砸不得法,砸开了还很难吃到。数学教育要研究的,就是如何砸核桃吃核桃仁。而教育数学呢,则是要研究改良核桃的品种,让核桃更美味,更有营养,更容易砸开吃净!”简单说就是改造数学使之更适合于教学和学习。近年来,张景中又致力于教学工具“超级画板”的研发。超级画板是他研发的“Z+Z智能教育平台”最新版本,是一款专门针对我国基础教育的、知识性和智能型相结合的、多功能的教育工具软件。张景中说:“通常认为中学里三角难学。本来初中要学‘解任意三角形’,现在这个内容放在高中了,就是大家认为太难了。如果把这部分变容易,变得小学生都能理解多好!这就是科研课题。我多年来研究这个问题,现在已经解决了。初步教学实验表明,用新的方法来讲三角,学生更容易理解。”在广州海珠实验中学的实验班里,学生们用平均分提高了10分至20分的成绩印证了张景中教育数学成果的有效性。这些成果也被推广到全国越来越多学校,造福莘莘学子。对于把数学变容易,张景中坦言非常困难,但一旦有所进展,会使千千万万学子受益,意义不可估量。
几何定理及其证明理论与算法的新进展获自然科学奖二等奖
3创作虽不易但仍视科普为终身事业
张景中一直视科普为终身事业。不过说起张景中的科普创作,还得从他小时候热爱科普读物说起。“我小时候喜欢读科普作品。法布尔的书让我看到一个新奇的世界,伊林的作品让我知道了许多平常的东西包含着不平常的故事和道理。科普读物启发我思考,激励我探索,使我产生了研究和创新的愿望。我常常想,如果有一天我能出书,也要写好看的科普书。就这样,我给自己加上了写科普书的责任。”张景中如是说。好看的科普书很难写,特别是数学科普创作,要用通俗有趣的语言来说清枯燥的数学定律、公式是非常困难的。张景中这样形容自己科普写作的状态:“在写科普作品的时候,往往是自己想了很久,想出一个有趣的话题,然后才把它作为一本书或者一个思路的开头。”上世纪八十年代,张景中第一次发表了相关的研究成果,后来陆陆续续写了很多科普著作和文章。一本6万字的《数学家的眼光》,为了写得易懂而有味道,他来回地改,花了5年的时间才完成。“写在书里不过十几行的道理,却要用两天多时间。”科普创作很辛苦,但想到能和许多读者特别是年轻人交流思想,许多青少年可能因喜爱自己的作品而对数学产生兴趣,张景中感到很欣慰。他认为这也是一种幸福,一种精神享受!
张景中作演讲(图源海南师范大学官网)
(文章内容来源于中国科学家。)