各门科学的数学化
http://www.newdu.com 2024/11/25 12:11:44 人民教育出版社 佚名 参加讨论
各门科学的数学化 数学究竟是什么呢？我们说，数学是研究现实世界空间形式和数量关系的一门科学。它在现代生活和现代生产中的应用非常广泛，是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。 同其他科学一样，数学有着它的过去、现在和未来。我们认识它的过去，就是为了了解它的现在和未来。近代数学的发展异常迅速，近30多年来，数学新的理论已经超过了18、19世纪的理论的总和。预计未来的数学成就每“翻一番”要不了10年。所以在认识了数学的过去以后，大致领略一下数学的现在和未来，是很有好处的。 现代数学发展的一个明显趋势，就是各门科学都在经历着数学化的过程。 例如物理学，同学们早就知道它与数学密不可分。在高等学校里，数学系的学生要学普通物理，物理系的学生要学高等数学，这也是尽人皆知的事实了。 又如化学，要用数学来定量研究化学反应。把参加反应的物质的浓度、温度等作为变量，用方程表示它们的变化规律，通过方程的“稳定解”来研究化学反应。这里不仅要应用基础数学，而且要应用“前沿上的”、“发展中的”数学。 再如生物学方面，要研究心脏跳动、血液循环、脉搏等周期性的运动。这种运动可以用方程组表示出来，通过寻求方程组的“周期解”，研究这种解的出现和保持，来掌握上述生物界的现象。这说明近年来生物学已经从定性研究发展到定量研究，也是要应用“发展中的”数学。这使得生物学获得了重大的成就。 谈到人口学，只用加减乘除是不够的。我们谈到人口增长，常说每年出生率多少，死亡率多少，那么是否从出生率减去死亡率，就是每年的人口增长率呢？不是的。事实上，人是不断地出生的，出生的多少又跟原来的基数有关系；死亡也是这样。这种情况在现代数学中叫做“动态”的，它不能只用简单的加减乘除来处理，而要用复杂的“微分方程”来描述。研究这样的问题，离不开方程、数据、函数曲线、计算机等，最后才能说清楚每家只生一个孩子如何，只生两个孩子又如何等等。 还有水利方面，要考虑海上风暴水源污染、港口设计等，也是用方程描述这些问题，再把数据放进计算机，求出它们的解来，然后与实际观察的结果对比验证，进而为实际服务。这里要用到很高深的数学。 谈到考试，同学们往往认为这是用来检查学生的学习质量的。其实考试手段（口试、笔试等等）以及试卷本身也是有质量高低之分的。现代的教育统计学、教育测量学，就是通过效度、难度、区分度、信度等数量指标来检测考试的质量。只有质量合格的考试才能有效地检测学生的学习质量。 至于文艺、体育，也无一不用到数学。我们从中央电视台的文艺大奖赛节目中看到，给一位演员计分时，往往先“去掉一个最高分”，再“去掉一个最低分”。然后就剩下的分数计算平均分，作为这位演员的得分。从统计学来说，“最高分”、“最低分”的可信度最低，因此把它们去掉。这一切都包含着数学道理。 我国著名的数学家关肇直先生说：“数学的发明创造有种种，我认为至少有三种：一种是解决了经典的难题，这是一种很了不起的工作；一种是提出新概念、新方法、新理论，其实在历史上起更大作用的、历史上著名的正是这种人；还有一种就是把原来的理论用在崭新的领域，这是从应用的角度有一个很大的发明创造。”我们在这里所说的，正是第三种发明创造。“这里繁花似锦，美不胜收，把数学和其他各门科学发展成综合科学的前程无限灿烂。” 正如华罗庚先生在1959年5月所说的，近100年来，数学发展突飞猛进，我们可以毫不夸张地用“宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、地球之变、生物之谜、日用之繁等各个方面，无处不有数学”来概括数学的广泛应用。可以预见，科学越进步，应用数学的范围也就越大。一切科学研究在原则上都可以用数学来解决有关的问题。可以断言：只有现在还不会应用数学的部门，却绝对找不到原则上不能应用数学的领域。 (责任编辑：admin) |