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发表于 2022-11-22 11:12
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4、 做中国人自己的数学
访:您虽然身处国外,但是不忘初心,以提升中国数学水平为己任,为中国数学事业的发展做了大量的工作。2019年,您主持的中国科学院数学与系统科学研究院“代数与数论”暑期学校非常成功,通过这期暑期学校,我们想知道您对当下国内数学教育现状的观感。
张:中国数学有很大潜力,我对中国的数学抱着极大的希望。
这期暑期学校名义上是“代数与数论”方向,实际上主要教授表示论、代数几何与数论。代数领域很宽泛,包括代数几何、代数数论和表示论。按照我在国外的经验,这个领域是数学中最难的部分,上年度(2018 年)4 位菲尔茨奖得主,有 3 位是数论和代数几何学家,其难度和研究热度可见一斑。暑校招生的对象主要是本科二、三年级的学生。开班之前,我估计国内不会选出很多合格学生进入暑期学校,挑选三四十个人应该都很困难。
可是我错了。原计划招收 40 人,最初采用开卷考试自测的模式,结果 300 人报考,有一半考生成绩几乎是满分。吃惊之余,又在这部分考生中间组织复试,进行闭卷考试,又有六十几个人通过了复试。
为了招收到合格的学生,学生都是经过统一考试、凭自身能力进入暑校。没有采用学校推荐的模式,只由任课老师提供一个鉴定,保证学生的性格没有问题。注册的六十几名学生中,北大、清华、国科大,中科大和复旦 5 个学校学生考得特别好,也有个别名校学生考的不理想。令人高兴的是,传统上数学专业并不突出的学校,像西安交大、大连理工也有学生被录取。后来和同学们沟通,有的学校甚至没有代数方向的教授,完全是凭个人兴趣,努力自学的结果。这也印证了元老曾经说过的话:人才不是刻意培养出来的,人才是干出来的。
第一天上课更为惊人,课堂里居然坐了二百多人。除了注册的学生,还有硕士生、博士生、青年教师,甚至有五年级的小学生、初中生,由大人带着来上课。其中有很多外地同学,赶到北京租房子参加学习。学生人数太多,我们只能大班上课,小班作业。上课时,二百多人在一间大教室听课。下课后,注册学生五六个人一组,组织讨论班,其他学生由助教悉心辅导。
在一个月的时间里,学生们从早到晚用功,几乎没有任何休息时间,有一百多人坚持完成了全部课程的学习。其中有的小孩生病了,仍坚持听课,最后只能被抬到医院。尤为可贵的是,同学们自始至终保持着高涨的学习热情。
这期学校包括我,一共 4 位教师,师资水平让人称道。田一超44、田野就像两个魔术师,他们在黑板上画出很多定理,翻手间一一得到求证。再看薛航45的讲义,是标准的网红段子手,用最喜闻的语言道出枯燥的理论[7-10]。我自己则受大家热情的激发,在黑板上一本正经妄说起哲学。助教们也非常辛苦,每天从下午一点半直到晚上睡觉之前,全部时间和学生在一起、辅导作业,并不在乎报酬的寥寥,按规定他们一个月只能拿到 3000 块。
国内师生的专业水平、对数学的热爱让我感触很深。
访:有没有哪方面不尽人意或者遗憾的地方?
张:这期暑校盛况空前,让我对中国的数学有了新的认识,但也有一丝隐忧,这就是教育资源的不平衡。当今中国,不缺好学生,也不缺好的师资,但是在资源的组织和分配上还有很多工作可以做。我回国组织暑校,是希望建立一种新的教学、交流模式,能够让优秀的学生具备国际视野,掌握最先进的工具,这种模式国内没有,国外也不多见。
参加暑校学生的踊跃和人数众多,在美国是不可想象的。这不仅与对数学的热爱程度有关,而且因为美国很多学校都有类似的项目,没必要集中于一期趋之若鹜。
北京的学术资源优势明显,有最强大的师资力量,但并不是所有人都有机会赶来北京学习。我觉得很多大学,像中科大、复旦、浙大、南大都有能力组织这样的项目,使资源分配更为均衡、普惠。人才在哪里从来都是不可预测的,当类似学术活动成为常态,形成了良好的环境和氛围,自然会有更多的人才脱颖而出。
我在数学所读书的时候,经常有面对面受教于大数学家的机会,从中我得出一个结论:数学是活的,是人的科学。同样的理论,于大师口中,有完全不同的解读,与书本的刻板、枯燥有天壤之别。长期的学术研究,使知识在这些大师的脑子里像积木一样自由组合。哪些理论更重要,哪些方法最实用,可以信手拈来,让学生一窥数学的精髓。
中科院原本就有大数学家参与到一线教学的传统。当初中科大的“华龙”、“关龙”和“吴龙”46成为一时佳话,培养出了一大批数学人才。我们今天的做法,就是追随前辈数学家的脚步,只不过把招生范围放大到全国。
因此,我期望那些正处在学术巅峰期的数学家,应该多承担从本科生到研究生的具体教学任务,多花时间培养学生。只有他们才知道什么是活的数学,通过把自己的知识和经验系统整理出来,传授给学生,从而培养出最优秀的学生。而不是把过多的时间用在评选院士、申请基金方面,忽略了事业的传承。我也期望主管部门,重视资源调配的优化,在模式上做出更多创新。
访:时至今日,中国数学与国际最先进水平仍有很大差距。在您的眼中,国内有最好的学生、有最好的师资,在这种情况下,如何务实、有效地缩小这种差距,我们想听一下您的想法。
张:缩小与国外的差距,关键在于人才的培养。为了完成高水平人才的培养,我认为必须重新组织数学,构造中国人自己的数学。
华罗庚、王元、陈景润、吴文俊等一批老一代数学家,为提升中国数学事业付出了长期、艰苦的努力,但时至今日,我们与国外的差距仍然明显。其中一个重要的原因,就是我们总是跟在别人后面,重复走别人的老路。中国人在证明哥德巴赫猜想上的突破之所以令世人瞩目,是因为这是世界公认的难题。但哥德巴赫猜想并不是由中国人提出来的,取得的成就只是衡量我们事业发展的一个标志,并不足以代表中国数学水平的高下。要想彻底改变这种局面,就必须做中国人自己的数学,到那时或者也能提出类似的猜想。
讲一个笑话。读研究生的时候,有一个同学喜欢摆弄收音机,他把机器拆散重新组装,经常会发现多出几个零件,而收音机还能正常工作,也不必知道少装的几个零件原本应该放到什么位置。所以,绝对不要迷信所有零件都是必需的,都已经放到了最恰当的位置。数学也是这样,要敢于去重新整理和组合。
对于最优秀的学生,如果完全按照教学大纲学习数学,是时间的浪费,完全没有效率。大纲上的数学是按部就班、默守陈规的数学,就像我们现在的微积分教材已经沿用了近百年、少有变化。大纲只能教你先学好 A ,然后学 B ,学好了 B 再到 C 。而对有能力的学生,打好 A 的基础以后,完全可以接受先进的工具,直接从 A 到 D ,跳过不必要环节。
最初学习基础数学的时候,由于没有多少工具可选择,就像是用步枪打飞机,只有瞄得很准,力度用得恰到好处,才能解决问题。但如果有一天你有导弹了,打起飞机肯定得心应手多了,不会因为工具简陋而绞尽脑汁。想要国内学生成为跨世纪的人才,担负起提升中国数学的重任,沿用以前的教学模式肯定不行。
如果说微积分是 19 世纪数学领域的一项重要革命,20 世纪数学最精彩的部分应该是李群和代数拓扑。但国内很少有人去总结这些学问,去深入浅出地提炼出来精华,让本科生都能够学得明白。
在这期暑校中,我有个初衷,希望通过几门课的教学,把学生从 19 世纪快速引领到 21 世纪数学。这就要关注哪些学问本科生能听得明白,并不是说一定要增加学习量,而是向学生提供更先进的工具。如果在一线做研究的数学家,他们有活用数学工具的能力,都能够把知识和经验重新整理,就有可能帮助本科生从最基本的部分跳跃到最前沿的部分。
如果从本科生开始就有国际视野,掌握到最先进的工具,中国数学的快速提升将指日可待。
访:重新组织数学,这是一个新的命题,您有什么具体计划?
张:我计划从编写教材开始,做好数学的传承。
格罗滕迪克(Alexander Grothendieck,1928-2014)47著的代数几何“圣经”48差不多有 21 卷之巨,美国数学家哈特肖恩把它浓缩成五百多页49,而我准备编写一部研究生能读的教材,只有 150 页,可以让学生快速进入代数几何最精彩的部分,比如格罗滕迪克的 Rie-mann-Roch 定理。这项工作实际上已经开始进行了,正指导一个本科生具体做,本科生编出的教材,本科生肯定能够读懂。我们都知道,格里菲斯(Phillip Griffiths,1938-)50和哈里斯(Joseph D. Harris)的《代数几何原理》51,就是哈里斯做本科生的时候完成的。
数学能够得到传承,是不断简化的过程。历史上创造出来的数学学说不胜枚举,但真正能流传下来的只是很少一部分。勾股定理,每个人都在用,就是因为它被简化成一个方程,初中生都能看懂。所以,数学家一个很重要的任务是简化数学,在繁复的学问中提炼出最简单的道理。
我们身处知识爆炸的年代,每一个研究方向看上去都很深奥、复杂,但是解决问题还是要用那些最基本的原理。我们做研究的时候,不可避免要面对复杂的局面。但我们在传播工作的时候,必须尽量简化,从复杂问题中提炼出学生能接受的道理。我在普林斯顿上一门课,通常只有 24 学时,要在这么短的时间内,让学生从懵懂到了解现代数学,简化是必然过程,如果开始就不尽其繁,想让学生理解是不可想象的。
我能把格罗滕迪克的巨著简化成百十页的教材,也是时代进步的结果。在他开始做这项工作的时候,很多条件不成熟,需要不断从最基础的部分开始求证。随着代数几何的不断发展,更多定理已经被证明成立,而不用再重复那些求证过程,使简化成为可能。所以,只要有心为之,我认为这是一件非常有趣的工作。
不仅是数学,所有文学、艺术能够流传下来的,应该都是最简单的。
访:非常期待您编写的教材。今天的访谈非常精彩,感谢您抽出宝贵的时间接受我们的访谈!
注释:
1、1986 年,Benedict H. Gross 和 Don B. Zagier 提出的公式,发表在数学顶级期刊 Imrentiones. Math 。
2、斯隆研究奖(Sloan Research Fellowships)于 1955 年设立,每年颁发一次,旨在支持和奖励处于职业早期阶段的杰出科学家和学者。授予学科领域有:化学、分子生物学、计算机科学、经济学、数学、神经科学、物理学和海洋科学。
3、晨兴数学奖(Morningside Medal of Mathematics)授予 45 岁以下、在纯数学与应用数学方面有杰出成就的华人数学家,被誉为“华人菲尔兹奖”,是世界华人数学家大会的最高奖项。该奖创立于 1998 年,每三年颁发一次,奖项包括金奖与银奖。
4、古根海姆奖(Guggenheim Fellowship)设立于 1925 年,旨在奖励各国在教育、文学、艺术和科学领域做出杰出贡献的个人。
5、中国科学院数学与系统科学研究院是 1998 年 12 月由中国科学院的数学研究所、应用数学研究所、系统科学研究所以及计算数学与科学工程计算研究所4个研究所整合而成的研究机构。
6、陈景润,学部委员(院士),1973 年发表了哥德巴赫猜想“1+2”的详细证明。
7、《初等数论I》,北京:科学出版社,1978 年。
8、华罗庚,学部委员(院士)、美国国家科学院外籍院士。中国的解析数论、典型群、矩阵几何学、自守函数论与多复变函数等许多领域的创始人与开拓者。
9、《数论导引》,北京:科学出版社,1957 年。
10、潘承洞,学部委员(院士),主要研究方向为数论。
11、潘承彪,主要研究方向为数论。
12、《哥德巴赫猜想》,北京:科学出版社,1981 年。
13、马希文,数学家,计算机科学家,语言学家和教育家。
14、刘木兰,中科院数学与系统科学研究院研究员,主要研究方向为信息安全、密码学、计算机代数。
15、冯绪宁,中科院数学与系统科学研究院研究员,主要研究方向为数论、信息通信理论。
16、胥鸣伟,中科院数学与系统科学研究院研究员,主要研究方向为计算机、代数几何。
17、于坤瑞,中科院数学与系统科学研究院研究员,主要研究方向为数论。
18、丁石孙,数学家、教育家和社会活动家。本文中所提讲课时,应为 1984 年至 1988 年间。
19、吴文俊,学部委员(院士),主要研究方向为:拓扑、数学机械化、数学史。
20、法尔廷斯,德国数学家,1983 年用代数几何学的方法证明了数论中的莫德尔猜想,1986 年获得菲尔兹奖。
21指的是:G.Faltings, Endlichkeitssatze fur abelsche Varietaten über Zahlkirpern, Inrentiones mathematicae, 73(1983):349-366.
22、哈特肖恩,加利福尼亚大学伯克利分校数学系教授,主要研究方向为代数几何。
23、布尔巴基是 20 世纪 30 年代开始,一些法国数学家所组成的数学结构主义团体的笔名。经过两代布尔巴基成员的努力,把代数拓扑学、同调代数、微分拓扑学、微分几何学、多复变量函数论、代数几何学、代数数论、李群和代数群理论、泛函分析等数学领域汇合在一起,形成现代数学的主流,到 20 世纪五六十年代发展到顶峰。
24、哥德费尔德,哥伦比亚大学教授,主要研究方向是数论。1985 年曾获沃恩奖(Vaughn Prize),1987 年获科尔数论奖(Frank Nelson Cole in Number Theory,美国数学会设立的唯一数论奖项)。
25、施皮罗,法国数学家,研究方向为算数代数几何。
26、施密特,当代权威数论学者,在丢番图逼近论和丢番图方程等领域做出重要贡献,特别是将关于代数数有理逼近的 Roth 定理(荣获 1958 年菲尔茨奖)扩充到联立逼近的情形,建立了子空间定理,推动了代数数的逼近和丢番图方程等课题的研究。
27、赫克,德国汉堡大学教授,有代数数论大师之称。在自守函数研究方面有重要突破,以 Hecke 命名的环与算子是自守函数学科中的重要概念。
28、全称是Mathematical Sciences Research Institute,即:数学科学研究所。
29、陈建功,学部委员(院士),主要研究方向为函数论。
30、苏步青,学部委员(院士),主要研究方向为微分几何、计算几何。
31、指的是 1955 年,波兰数学家库拉托斯基来北京访问一事。参见文献[5]。
32、张益唐,美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授,2013 年在孪生素数猜想上取得了突破性进展,同年获晨兴数学卓越成就奖,2014 年获麦克阿瑟天才奖,2016 年获求是杰出科学家奖。
33、邦别里,美国普林斯顿高等研究院教授,主要研究方向为数论,1974 年获得菲尔兹奖。
34、塞尔伯格,美国普林斯顿高等研究院教授,主要研究方向是解析数论、自守形式,1950 年获得菲尔兹奖,1986 年获得沃尔夫数学奖。
35、丘成桐,美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士,现任美国哈佛大学教授、清华大学教授等,对微分几何和数学物理的发展做出了重要贡献。曾获维布伦几何奖(1981)、菲尔兹奖(1982)、麦克阿瑟奖(1985)、克拉福德奖(1994)、美国国家科学奖(1997)、沃尔夫数学奖(2010)、马塞尔·格罗斯曼奖(2018)等奖项。
36、田野,中科院数学与系统科学研究院研究员,主要研究方向是数论、算术代数几何,获晨兴数学金奖(2013)、拉马努金奖(2013)。
37、张伟,现为美国麻省理工学院教授,主要从事数论、自守形式和算术几何等方面的研究,曾获拉马努金奖(2010),晨兴数学金奖(2016)。
38、刘一峰,曾任美国耶鲁大学教授,现为浙江大学数学高等研究院教授,研究方向为代数数论、自守形式与代数几何,曾获斯隆研究奖(2017)、拉马努金奖(2018)。
39、袁新意,现为北京大学教授,研究方向为数论和算术几何,是获得美国克雷研究所研究奖(2008)的第一位华人。
40、怀尔斯,牛津大学教授,证明了“费马大定理”,1998 年获菲尔兹奖,2016 年获阿贝尔奖。
41、齐夫,密西根大学数学系教授,研究方向为:代数、数论、代数几何、动力学系统、离散数学、复杂分析、代数拓扑、理论计算机科学和密码学。
42、杨同海,数论和算术几何学家,现任美国威斯康星大学数学系教授。
43、田青春,北京大学数学系副教授,研究方向为代数几何。
44、田一超,中科院数学与系统科学研究院研究员,主要研究方向是算术代数几何。
45、薛航,主要研究方向是数论。
46、华罗庚、关肇直和吴文俊分别于 1958 年、1959 年和 1960 年在中国科学技术大学数学系,带一届本科生,而且是从一年级一直带到五年级,3 位数学家依各自对数学的理解进行课程内容整体设计,实验“一条龙教学法”,各自带的学生则分别称为“华龙、“关龙”和“吴龙”。
47、格罗滕迪克,现代代数几何的奠基者,被誉为“20 世纪最伟大的数学家”。
48、指的是:A. Grothendieck. Eacute; lements de géométrie algebrique,简称 EGA 。(中译名:代数几何基础)
49、指的是: Robin Hartshorne. Algebraic geometry. Springer, 1977.
50、格里菲斯,曾任美国普林斯顿高等研究院院长、国际数学联盟秘书长,主要研究方向是代数几何。
51、即 Phillip Griffiths, Joseph Harris. Principles of algebraic geometry. Wiley, 2007.
作者简介:杨静,1977 年生,河北石家庄人,副教授,主要研究方向为中国现当代数学史,Email:mathyangjing@163.com 。魏蕾,1975 年生,甘肃天水人,博士生,主要研究方向为现代数学史。赵晶,1986 年生,山西原平人,中级馆员,主要研究方向为图书情报、信息管理。
基金项目:王元学术成长资料采集工程(项目编号:CJGC2019-K-Z-BJ02)。
参考文献
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[2] GROSS B, ZAGIER D. Heegner points and derivatives of L-series ].Invent. Math.,1986,84:225-320.
[3] ZHANG S. Heights of Heegner cycles and derivatives of L-series [1]. Inrent. Math. , 1997, 130: 99-152.
[4]易蓉蓉,王丹红.张寿武:一位天才加幸运的数学家].数学通报,2009,48(5):4-10.
[5]李文林,杨静.我的数学生活——王元访谈录[M].北京:科学出版社,2020:44.
[6]张寿武:我是怎样培养学生的EB/OL].[2019-05-06].https: //www.sohu.com/a/312085727 99896109.
[7]PAN J. Notes of Leetures on algebraie geometry by Shouwu Zhang [EB/O1.].[2019-07-29].htp://www.math.ac.cn/xshd/hyyzt/201902/W020191210557979268803.pdf.
[8] Algebraic numlber theory—summer school notes [EB/O1]. [2019-07-30]. htp://www.math.ac.cnxshdhyyzat/201902/W020191210557979308728.pdf.
[9] TIAN Y. Lecture notes on (Part II)—Summer school [EB/O1]. [2019-08-17]. http: //www.math.ac.cnxshdhyyzt/201902/W020191210557979330691.pdf.
[10]薛航.中国科学院暑假学校讲义:群表示论的一些小知识[EB/OL]. [2019-08-17]. http://
www.math. ac.cnxshdhyyzt/201902/W020191210557979361932.pdf.
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