陈建功:二十世纪的数学教育
发布时间:2024-10-16 17:12:48

  我们即将跨入二十一世纪,在未来的新世纪中我国的数学教育必将会呈现新的面貌。然而新面貌不会自然产生,它需要我们理性的思考和积极的实践。数学教育改革中,历史的经验值得注意,有识之士的意见是宝贵的。

  陈建功先生(1893—1971)是我国现代数学家和数学教育家,中国科学院院士(原学部委员)。他的《二十世纪的数学教育》一文,发表于 1952 年 2 月的《中国数学杂志》(1953 年后该杂志改名为《数学通报》)第一卷第二期,当时正是新中国成立初期百废待兴的年代。在这篇文章中,作者怀着“切望我国的数学教育有更新的革新”的殷切心情,“以中等学校的数学为核心”,对二十世纪数学教育的原则,以及数学教学内容的改革等重要问题,提出颇有见地的意见。重读陈先生的《二十世纪的数学教育》一文,对于迎接二十一世纪的数学教育十分有益。

  近日文章发出后,有读者提出缺少参考文献,希望重新完善本文,于是经过编辑校对,将参考文献补足重新排版如下。

  此地所说数学教育,以中等学校的数学为核心;关于高等学校方面的数学,和小学校的算术教育,不预备在此地有所详述。本文说数学教育,以二十世纪的数学教育为主,读了下文,自然明白。“他山之石,可以攻玉”,把外国的数学教育,罗罗嗦嗦说了许多的话。笔者切望着我国的数学教育有更一进步的革新。

  数学在日常生活中已见其有其实用价值的;如土地改革运动中的分田量地问题,关于买卖、租税、保险、奖券的计算;酒瓶的容量,箱子的体积,都是数学的应用。不但如是,数学也是物质支配和社会组织之一武器,对于自然科学、产业技术、社会科学的理解、研究和进展,都是需要数学的。假如数学没有实用,它就不应该列入于教科之中。

  然而仅仅乎实用原则,不足以支配整个的数学教育。数学具有特殊的方法和观念,组成有系统的体系。数学并不是公式的堆垒,其所用之方法,也具有教育上的价值。

  断片的推理,不但见诸任何学科,也可从日常有条理的谈话得之。但是,推理之成为说理的体系者,限于数学一科。数学具有这样的教育价值,称之为论理的价值,是为说理的原则。假如把数学当做图形集成或公式采编看待,忽视其方法和构造,那未,对于自然支配、社会组织,不但不成为一种武器,有时且成为有害的东西──例如将数学机械的乱用,导出不合理的结果。忽视数学教育论理性的原则,无异于数学教育的自杀。

  然则上述两原则足够决定数学教育的本质么?当然还不够条件。教材的内容,对于学生宜富于兴趣;枯燥无味的东西,决不能充作教材;于是乎有心理的原则。成人所喜之推理或实用问题,未必为未成年的青年所满足。法国数学家H・庞加莱(Poincare)曾经说道:“有某教师在课室中,令学生们笔记‘圆周者,平面上于一定点等距离之点之轨迹也,’忠实的学生,记下来了;顽皮的学生,不但无兴趣去记,甚至写些别的不相干的东西。事实上,不论那一种学生,都尚未了解圆周为何物。后来,教师用粉笔作圆于黑板上,全班学生方才明白‘圆周原来是一个圆圈’。”科学家 A・爱因斯坦(Einstein)也说道:“学生仅管对于数学以外的事物,具有才能,对于数学可以朦昧无知。此种实情,其责任恐不能完全归之于学生,甚至可以完全可以归罪于教师。”吾人应该站在学生的立场;顺应学生的心理发展去教育学生,才能满足他们的真实感。某些教材,虽然具有高度的实用性价值或高度的论理性价值,假使学生不发生任何真实感,就心理的原则而言,这些教材,简值是没有教育的价值。

  三原则之统一上述三原则应该综合统一而不应该对立。然则统一之关键何在? 是必须先就学生生活的环境中,使其易于接触易于理解且有实用价值的事物出发,以向论理的途径进行。所以心理性和实用性应该是论理性的向导,选择教材不应该先将实用性和论理性分别采取,然后合拢;这样勉强凑成的教材,是支离破裂的。把数学的观念和方法运用于实际应用问题时,理论上的疑问,自然油然而生;岂可以预先制成生硬的数学理论,强求适合于实用!

  数学和其他的学科, 并没有什么大不相同的地方,因为他常常伴着生产力、技术发展开来的。对于古代数学的发生,恩格斯 (Engels) 曾经说过:“季节的知识老早对于农业种族或游牧民族,已经绝对需要。天文学没有数学的帮助,是无从发展起来的。所以在这‘古代 ,已经有了数学。农业发达到某阶段,因灌溉法之改进、都市之发达、航海的需要,力学跟着发生,力学没有数学的帮助,无由长足进展。”此不独在数学的诞生期为然,无论在什么时代,数学常常伴着自然科学技术、社会科学发展而发展。

  数学教育家能(Nunn)说的:“数学的真理具有两面。其一面的数学真理,向时(间)空(间)的实在世界进展而与之接触。还有一面的数学真理,在数学的内部,相互对应,保持联系。数学史就是把这两面真理的不断的发展,叙述其经过情形。这两面的发展,并非互相独立,此未曾离彼,彼变未曾离此。今后的数学恐也是这样,两面不曾分道扬镳,各自存在。所以数学教育,应该使学生认清数学的发展,具有上述两重意义。数学是物质的征服和社会的组织之一武器,同时是一有秩序的论理体系。”

  统一了上述三原则,以调和的精神,选择教材,决定教法,实践的过程,称之为数学教育。

  数学教育并不是一种幻想,乃是实践。数学教育是在经济的、社会的、政治的制约下的一种文化形式,自然具有历史性。就欧洲而言,其在奴隶社会制的古代希腊,支配阶级鄙视实践的计算术,和直觉的实践几何;重视他们所谓“和行动没有关系的真科学”──就是数论──和“抽象的”几何学,岂不是太偏重于论理性!在中世纪封建社会,教育为个人所支配,数学教育成为宗教的奴隶。事实上,此时数学教育,偏重于低级的实用性──与生产和科学脱离的宗教上的实用性。文艺复兴而后,工商业加速度的进展;生产力之发展,促成自然科学的发达,因此发生机械论的唯物论。所以十七、十八世纪的数学教育,自然强调实用性。经过法兰西大革命,巴黎成为欧洲文化的中心,因时代的要求,“一般陶冶”的话头,逐渐流行;中等教育不能专为牧师(神学)和律师(法学)的预备教育,重视所谓“一般陶冶”。其特色是将数学和近世语添入教科之中。

  数学占了普遍教育的一科,是从十八世纪开始的,所以严格的说:数学教育萌芽于十八世纪。但是,数学教授的内容,大部分是“理论数学”;应用方面的数学,意识的为所排斥。究其实际,他的内容也是限于希腊时代至十七世纪间的数学;这个状态一直延长到十九世纪之末。十九世纪的数学,虽然非常进展,然而它并没有促成数学教育的改进,因此,十九世纪的数学教育,和近代的科学(十九世纪的科学),社会的生活,几乎没有关系。相反地,因入学考试的准则和其他种种考试的准则,数学难题的教授,和脱离实际的理论,成了数学教材的核心。事实上,当时所采用的几何学课本,就是欧几里得(1)几何原本最初数章;代数学和三角法,是将专门的材料,压缩而成的,太古太多,脱离实际需要。当时的物理化学等自然科学等教材,已能推陈出新;然而保守的数学,不改旧态。

  到了十九世纪之末,近代科学的急速发达和各国产业的进展,经济的、社会的、思想的,给人们的生活状态以重大的变动。无产阶级的解放运动,从而开始了中等教育的内容,不能不有所更变。

  保守的英国,她的几何学教本,一直沿用欧几里得的几何原本。教师们视“原本”如“圣书”,不硕苟且改变其一字一句;不但学生觉得干燥无味,教师也觉得痛苦非常;改良之声渐起,到了1870,组织了“几何学教授改良协会”(2),制定几何学要目。其结果,不过是一种微温的刷新;这也无怪其然,因为他们(协会会员)主张要不失原本精神和体裁,制定原本最初六卷的要目。他们最大的难题是“如何改造原本第五卷的比例论”──比例论是原本中最壮丽的部分。尼克宋的“改良欧几里得”(3)一书,在中国颇有流传,就是依“协会”的精神写成的几何学。

  此协会到了1897 年,改名为“英国数学协会”,以 The Mathematical Gazette做他的机关杂志,登载关于教学教育的种种事情。

  数学教育改革的首创者,应该说是英国的J. 彼利(J.Perry 1850—1920)。彼利幼时做过学徒(1864—68),锻冶工场的工人(1868—70),苦学的当中,曾经旁听汤姆生的讲义(4)。彼利体验了劳动者的生活,努力于劳动者智识之增进;后来做了伦敦国际理学院力学及数学的教授,于 1901 年在英国科学协会,作启蒙的改造讲演。彼利主张的精神,是在数学的实践性,不光是说些教授的技巧。他对于数学的见解,并不是将抽象的数学理论,如何应用于自然现象或社会现象的说明;相反地,从自然现象或社会现象,由实践发见数学的法则,这是彼利所说的数学。上述彼利 1901 的讲演,在数学教育史中,是划时代的。其讲演纲要及其检讨,可以看彼利所著的书:

  (一)几何学的实验和实测应该是证明的前提,然而也可以稍稍利用演绎法完成其说明。

  彼利的改革运动,影响及于国际数学教育。但是,法国在彼利运动以前,代数与几何,已经有融合教授的倾向,所以受彼利运动的刺激,不太利害。不但如是,法国十九世纪出版的几何书,如A.M.Legendre 的 Elements de Geometric(其第十二版在 1923 发行),其内容已经和“原本”大不相同,又如鲁雪(5)和康勃露色(6)合著的初等几何学(7),一直到现在,还不失为一部很好的书。但是,法国数学教育,并非毫无问题;对于考试制度的预备教育,大有使中等教育专门化的倾向。彼利讲演的第二年──1902──法国政府将中等教育制度全部革新。数学教育因此大加改良,将日常生活有关系的部分增多,又将高深的部分平易化,重视直视的几何和函数的概念。巴黎大学的数学教授 E. 波雷尔(8),依照这个趣旨,编了一套出色的教科书;算术、代数、几何、三角,都在 1903 年出版。波雷尔报告法国中学生用了波雷尔的教科书,兴味大增,成绩极优。这一套教科书有德文和日文的译本。

  法国1902 的学制改革和英国 1901 彼利时期的讲演,自然冲动了德国学界。德国的硕学──几何学大家──克莱茵(9)不以大学教员不与闻中等教育为然,曾于 1904 年在自然科学会议席上,作一次讲演表题“对于中学数学和中学物理的注意”。克莱茵又作成文科中学的教授要目,于 1904 至 1905 在哥廷根大学作长期的讲演,说明他的课程方案。这是德国新主义数学的原动力。德国中学教师,1905 年在梅兰(Meran)举行数学物理教授协会,作成教材要目大纲──梅兰要目。这个梅兰要目,就是以克莱茵的方案做骨子的,较诸说克莱茵原案,虽然稍为温和,然而比较过去的情形,已经出色,现在将其要点,写在下面:

  (三)不过于重视数学的“形式陶冶”,“应该置重心于应用方面”,养成“用数学的方法去观察自然现象和社会现象”的能力;

  (四)要达到这个目的,必须以“函数观念”和“直观几何”做数学教授的骨子。

  这部书(10)将平面几何学、代数学、三角法、立体几何学、微分和积分、解析几何学、近世几何学,融为一体,呵成一气,以供九年制中学之用。德国儿童,满九岁入中学,中学的种类有四,五;他的数学时数,大约每周自4 时到 6 时。

  欧洲的数学教育改造运动,对于美国,没有受到强烈的刺激,其原因之一是:美国学校,老早不用欧几里得的原本,法国的几何教科书,着实通行。还有一个原因是:美国的考试制度,比较英国要宽松些,压迫不太历害,对于“考试”制度的斗争也不会激烈。但是,芝加哥大学教授慕尔,对于彼利的主张,不但拥护,并且指出美国的数学教育,大有缺点。1902 年慕尔在美国数学年会,发表他的会长讲演,题目是 [数学之基础],他的后半段是关于数学教育的;他说:

  (一)代数、几何、物理,可否不使他们一一孤立,编成“有机的统一”呢?统一而后,才能使数学物理和日常生活有密切的关系;

  (二)三角法、解析几何、微积分三分科,就其起源说,又就其发展的经路说,都是和具体的现象有密切关系;所以应该把这三科的基本事项组织起来,使他们有密切关系,不应该让他们各自分立门户的;

  慕尔教授的讲演,对于美国数学教育,有极大的影响;依照(一)的精神著成的书

  然则彼利,克莱茵,慕尔的数学教育改造运动的基本精神究在何处呢?基本精神是在教材教法的近代化、心理化;实行数学各科的有机统一;理论和实践的统一。结局在求数学教育基本三原则的彻底统一。详见下列诸著作:

  彼利的改造论,并非狭义的卑俗的实用主义;此事已述于上文。慕尔也说:“数学教育的根本问题是如何融合理论(基本)数学和应用数学,但是不幸得很,在初等数学范围内,还保留着理论和应用的划界分疆”。改造论者主张自然科学和工程科学中所必需的“高等数学”,应该把他平易化,这似乎有点轻视数学的“”;然而这是似是而非的见解,因为数学的内容和形式,决不可以分解为二的。为什么呢?假如形式可以脱离内容而存在,这就是意味着数学是为形式而形式了。克来茵说得好;“现在吾人所宜努力的事,并不是追求两极端──和实利主义──取其一端而舍其他端,乃是融合两者成为一体”。

  我们仅仅乎教授这些现实的生活上所要求的数学知识,这不能算尽了数学工作者的职,我们必须生动的指导学生,使学生们能够利用数学知识于现实问题。要使理论和实践,保持生动的关系,必须从现实自身,由实践学习得数学知识。彼利说:“教儿童推理一件事体以前,必先使他实行这件事体,儿童从测量、计算、实验,所得的结果,才能养成他的推动力。并且因此儿童沾沾自喜他的生动的创造”。这是彼利实用数学的本质。彼利著有“初等实用数学”一书:Elementary Practical Mathematics(1913),新宫恒次郎于1929 年译成日文,小仓金之助做了一篇序文,序文的未尾说道:“美国的数学教科书,号称心理的、社会的、实用的、教授法的、最进步的,但是资本主义的和事务式的美国主义的反映,到处找得出。诸君若要一本具有无产阶级实践性的强有力的数学书,我就推荐这本书。这本书可能在某些意义上是未成品,但是它期待着有光辉的未来”。彼利强调“从前的数学教材的排列,‘学者’或许认为是论理的;但是对于儿童,这些东西,完全是非论理的;儿童所能接受的论理,必须通过实验、实测、图解……。”

  从“线”方程,“平方”方程,“立方”方程,和a 的平方,a 的立方这些用语来看,古时代数和几何未曾分离。事实上,欧几里得原本十三卷中,有三卷是算术;牛顿全集中的数学和物理融会贯通。后来许多学者,觉着数学诸分科,各有各的特殊方法,把各科纯论理的展开,颇有兴趣,方司岛说(12)把近世几何学从解析向何学分解出来,是其一例。数学不光是在学术上分了科,在数学教授上算术、代数学、几何学、三角法、解析几何学,各自陷于孤立的局面。然而在科学的研究当中,用数学做武器的时候,往往需要各科全般的知识,假如预先有了有机的统一,那就方便多了。综合的数学,不但可以避免重复,学习既省时间;并且可以使学生明白生动的数学体系。代数学中不用几何,几何学中不用代数、三角,如是严立门户,究有何益!然则统一各分科而成综合的数学,应该用什么东西做原则呢?改造论者,大都用函数的概念做统一的原则。克莱茵说:“在几何学形式的函数概念(31),是数学教育的魂魄。”又说:“以函数概念做中心,将它周围的一切数学教材,有计划的集中,就得着综合的数学。”现在把克莱茵自己作成的中学课程表的一部分,写在下面,下列三项,是德国儿童十三岁到十四岁(一年间)所应该学习的教材:

  (一)直角坐标和简单函数的曲线表示──用格子纸;须注意此种曲线的全程,上坡下坡,围绕的面积等事;

  (二)用函数概念做骨子,教授下列诸事项。──幂及根,一次及二次方程,圆锥曲线的初步,关于圆的计算,三角形的边角关系;

  数学教育,经彼利、克莱茵、慕尔的指导和进步的数学教师的努力,改造运动已成为国际问题。第四次举国际数学大会(14)于1908 年在罗马举行的时候,决定设置国际数学教科调查会,克莱茵等三人做常务理事,利用法国的L‘Enseignement Mathematique做机关杂志。1912 年,国际数学会在英国剑桥大学举行第五次大会,有二十七国的代表,提出各地数学教育状况报告书一百五十种,大部分已印刷发行,成为数学教育史上莫大的文献。第五次会的会长是克莱茵,克莱茵的德国报告书Abhandlungenüber den mathematischen Untersicht in Dentschland, 在150份 报告书中,最为详细。调查会的工作因战争而中止。150 份的报告书,不易卒读,叙述他的大纲的,有在 150 报告书中,最为详细。调查会的工作因战争而中止。150 份的报告书,不易卒读,叙述他的大纲的,有

  各国数学教育的进展,因国情不同,色彩也不一致;然而改造的基调,可以说是各国完全相同。自然,改造的实际方案,不能如指导者彼利、克莱茵、慕尔所示,一一顺利进行。这是因为数学教育,以过去的“遗产”做基本;要脱离传统,成新鲜的组织,困难重重。比方说要把代数和几何融合,也不是容易的事。

  数学教育,和其他学科的教育一样,是受社会状势的限制的。因大战而起的经济的、社会的、政治的的激动,直接或间接,对于数学教育,有莫大的影响。关于第一次大战后,各国数学教育的一般状况的参考资料,有国际数学教科调查会的报告,报告书有英文法文两种:英文的是Significant changes and trends in the teaching of mathematics through the world since 1910(数学教员会 1929 的年会),法文的载在1929-1933 的杂志:Enseignement Mathematique.

  大战中以及战后的数学教育,是混乱得很的。有些国家的教育,停滞不进;有些国家反而后退,“古气”蒸腾;有些国家,因经济的顺调进展,数学教育也得着顺利进行。先说后退的。

  意国在战前,也伴着国际改造运动,有进步的倾向。其后,国家因社会的,经济的不安,酿成法西斯政治。到了1923 年,中等教育的目的和学制,有重大的变更。规定中等教育“以养成态度为目的”,作为中学教科的全部,法西斯脱所谓在文学的、哲学的、历史的立场──“国粹的”立场(15)──宣告统一了。这样一来,中等教育不必讲究实用,也不必准备做高等的研究了。教育的方针既然如是;自然科学和数学的学习和教授时数必然的削减了,详见下表。

  高级中学的毕业考试;数学科目是代数学、几何和三角法。此外还有高级理科中学,其毕业考试,添加直角坐标和函数与图表,大战前的教材,也有直观的、实验的、实用的部分;1923 的学制将这些东西,完全废弃,而变成形式的、抽象的、纯论理的东西了。意大利的教育部,并不公布中学校的课程要目,全部(中学毕业考试等)都是国家考试;“因国家考试的要目,有严格的规定,从页中学课程跟着考试要目也有一定的内容了。用极少的时间数,来定数学课程,只有两条路可以走:第一法:把数学程度降低。第二法:仅言纲领,把他变成骨瘦如柴的东西。意大利事实上实行了第二法。但是,以极少的时间简洁的通过数学的全程,不可能和彼利、克来茵的改造论相容。为什么?用实验实测来发现新的事实,不但需要时间、并且与”古典的精神“(16)不能一致。此时几何学家旁比阿尼(Bompiani)做教育部长,他索性把中等数学彻底变成了公理主义的数学。现在且看他的内容。某代数学教科书(7)第一卷劈头写着:

  这样,从抽象的、纯论理的立场出发,不容易指到事实问题了。利用方程式解决事实问题,一直到十六岁才学到,十八九岁才学到对数。第二卷供高中用,先写些一次方程,一次不等式,接着写了一章实数,用“戴德金(Dedekind)分割”导入无理数,经过复素数的定义和根数的计算,然后讲到二次方程!把

  的存在,严密的证明了。一部代数学,供八年的用,其中应用问题,不过32 页;图表法和一次二次式的变化写成一篇附录(16 页)。到了 1932,又有一部代数学书(18)出来了,他简直把函数的变化和图表,全部除去,倒也干净。

  几何书也依这个精神写成的。本来,意大利几何学教科书的着重严密性是有名的,罕与伦比的。其后因改造潮流,也稍事革新,1923 以后,又有复原的倾向。严密是好的,但是骨瘦如柴的严肃是有害的。意大利几何教科书(19),尽管最密,但是因为忽视了实验、实测、直观,不能不说是他逆转的、反动化的书。最可惊异的是:面积等事,不容许用“数计算”,光是说些几何学证明;一直到了书的未尾,才发现古色古香的比例论(欧几里得式的),把比例论和代数的无理论严密的统一了,从此才可用代数的计算应用到几何学的量上面去,但是书已快完毕了。

  第一次大战后的德国,经济极度困难,要挽救这个困难,非采取产业和经济切实有效的教育方针不可。所谓作业主义,就是顺应时势的数学教育方针。作业主义,第一要学生自动去做实验实测;所以测量、画法几何、绘地圆等事,特别注重。普鲁士于1925 改革学制,仍以梅兰要目做根底,参以作业主义,教育部令说道:“利用作业,使学生获得确实的知识和明了的理解。通过作业教育期待教学的彻底……。”教育部同时又高调所谓集中主义(20),他说:“置重心于数学发达史,重视数学和其他一般文化,哲学的关系。”这样一来,对于克莱茵的“以在几何形式的函数概念统一一切数学教材”的根本思想,不能不稍事退却。依据 1925 新学制普鲁士的文科中学(21)最后四年的课程,每年都有“几何画法及测定”一科,可见作业主义的重要,他的内容如下:

  第四级:作圆器具的用法,简单平面圆形。正多体体,角锥,角锥的作图。线,线分的测定,角的测定。

  第三下级:点的射影,线分的射影,三角形的射影。平面的等高线及其最大倾斜线,直线的倾斜角,平面的倾斜角,两平面的交线,多角锥。

  第二下级:普通立体的表示,代数曲线的描写,(圆周等)近似作圆。精密度的测定,用相似论测定面积。

  到了纳粹(Nazi)时代,状况又大变;高调所谓德国固有的数学精神,排斥“拉丁”式的和“犹太”式的数学,这方面的指导者,有柏林大学教授比巴霸赫(22);他说:犹太人和拉丁民族喜欢纯论理的和抽象的东西,德国民族着重具体的东西。他的这些议论,多歪曲事实,比方,抽象代数学的大家多是德国人,画法几何学的创造者,是拉丁民族的蒙籍(23)。用这种见解来拥护所谓德国的“国粹”精神,根本不起作用,简直毫无意义。另一面,比巴霸赫非常推尊地老师克莱茵,说道:“在克莱茵的立场,考察日尔曼民放大的将来,实具有深长的意义。……克莱茵的改造方案,是最适应于德国民族特征的心理和性格。”到了 1934 年九月,借克莱茵的──过去的──盛名,决议了数学教育的新方针:

  这种政策是否光是为了发挥德国的国民性呢?只要凝视当时德国政治和经济情况,就不难知其底细。

  英国民族,他的自由主义和民主主义的根底相当深;或许为了这个缘故,使他的数学教育光是维持原状,进步的倾向极其缓慢。进步不速的原因很多,反对改造论革新者的存在,是一个重要的因素。对于1901 彼利的政治讲演反对最烈的,就是当时的会长(24),会长是皇家学会会员,他的话当然有相当的力量。现在将英国某中学学校的数学课程,写在下面:

  第一次大战后,法国数学教育有保守的倾向;事实上,1925 年保守内阁教育部所颁布的学制中,导入“科学平等”的原理,中学校(25)不分文科理科;其理由如下:“在现在的情况,培养‘完全人’──就是科学的教养和文学的教养保持平衡的,几何学的精神和纤细的精神的统一了的人──愈加必要了。”其结果把数学的时数,改变得像下面的式样:

  这是初等学科的课程;高等科分“哲学级”和“数学级”,前者每周教授数学两小时,课程是含有微积分的代数和天文学;数学级每周数学教授时数,课目如下:含有微积分的代数,近世几何,解析几何,三角法,画法几何。

  教材要目,新制和旧制,虽然大致相同,然而精简了一些,并且将微积分移到后面去了。

  要实行新学制,必须选取文理共通的教材和教法;教育部强调:“中学教育以简单明了为主,并不要求专门的知识。须置重点于精神的涵养(formation delesprit)”

  文科数学时间的增加和理科数学时间的减少,意味着实用的,科学的精神为传统的文化的精神所压迫。当时数学兼政治家潘乐卫(26)和波雷尔都公表反对的意见──反对教育部的新学制。法国中学教师向国际数学教科调查会报告说:“新学制简直没有顾到实情”。

  第一次大战,美国得着渔翁之利,经济宽裕,教育也能够向“改造的方向”进展。美国各州,教育制度并不相同,中央政府也不求其统一。1916 年,组织了一个有权威的国际“全美数学教育委员会”(27)。这个委员会,由十三名委员组织而成,其中含有数学家六名(28),教育实际家七名。1923 年二月出了第一期报告书,表题“中等教育中数学之改造”。(29)这个报告书分两部分;第一部分:一般原理及主张,第二部分:特种特殊问题的研究。其中所说的一般原理的大意如下。“吾人要有洞察和支配吾人周围的自然和社会的力量,要有以种种角度估计文化进步的力量,所以必先培养思想和行动上的习惯使有效的涵养这种力量。数学教育的第一目的是在养成分析和理解“量”和“空间”的关系的能力──对于涵养上述的力量所不可缺的能力。所以关于养成这种能力没有直接帮助的事项、方法、练习,必须排斥于课程之外。光是简化计算或玩弄计算的技巧,都是不重要的事项。用具体的事实,实际的问题抓住数的观念、方法、原理,是对于数学课程全部,是重要的,应该用力的。”然则数学教育,如何统一呢?报告书上写着:“统一数学课程最切要的事项是函数观念。……教师应将这个观念不断的放在心中,……逐步引导学生,使他们得着函数性的一般观念。”

  美国中学,下级三年,上级三年(30)。数学和几何两科有不平行教授的习惯,但是委员会希望实行综合主义,制成教材配置方案教程,列表如下:

  第十二年的数学,四案相同。所谓选科目,遇必要时,选择下列诸科之一:投资数学,商业数学,测量及航海术,画法几何。微积分以应用为主,不需要解析几何学形式的研究,所以表上无解析几何一科。

  美国的数学教育,从上文看来虽然向着改造主义进行,但是具有浓厚的实用主义色彩,且有心理化倾向。美国数学教育的心理化的原因,不能不归之于1910 年左右,关于形式陶冶的论争。什么是形式陶冶?脱离了所学习的内容而遗留下来的精神效果,称为形式陶冶。比方学习数学,不问所学过的数学内容是什么,觉得还有什么东西留下来的,这个效果是学习数学的形式陶冶。数学的形式陶冶,自古以来,一向重视;以为学习数学,可使思想精密,推理周到。但是,到了二十世纪,怀疑者出,于是发生了“形式陶冶的问题”。对于这个问题,研究者辈出,但是仍旧不能完全解决;有的否认数学教育的形式陶冶,(31)有的觉着完全否认是不对的。(32)于是乎对于数学教育的价值,也有发生疑问的。例如哥伦比亚大学教育学教授司内屯(33)竟这样说:“中学校数学,应该作为随意科,因为数学不是人人所必需的缘故”。他又说:“消费者的数学(34)──算术的一部分──自然人人所必需不可以省略,但是中学校的代数和几何,(35)未必人人所必需,不必作为正科,应改为随意科。至于数学的陶冶价值,几乎无穷小”。但是,假如数学光是有关于日常生活的部分就足够的话,那末,小学算术也嫌过多。另外一位哥伦比亚大学教授就是 D.E. 司密司,却是拥护数学教育的。他说:“教育家中,要驱逐代数学于中学校外的,大有其人;但是,这些破坏主义的煽动家根本是反动的,现在已经没有力量了”。此语见诸“司密司著,锅岛信太郎译(日文)的代数教授之进步(1925)”一书,书中又说:“二十五年前的数学教育,其目的,好像在养成数学家,现在的目的,在培养有良好教养的美国市民”。

  我们于此可以断言:美国数学教育的特色,是在培养“小市民性”。美国的数学教科书,是富于小市民的实用性和学习心理的色彩。所以美国没有一本数学教科书是数学专门的人写的,著者大多是教育工作者或是心理学者。

  日本从明治开始,(37)事事模仿欧洲各国,不管好的歹的,一齐搬进,不十分加工,号称明治维新。明治维新的根本课题是“日本将如何追着‘先进’诸国”?为了要解决这个问题,日本政府集中力量,急速趋向资本主义。一面,日本的社会机构中,含有大量的封建残滓;经济的社会的政治的状势反映到文化和教育。日本的“移植科学”富于模仿性的缘故,自然不能够顺利进行,为民服务,时常有进退维谷的现象。数学教育当然也不在例外,一时进,一时退,成波动的现象。例如在1886(明治十九年)的学制,中学一年级有“几何学初步”一科,用直观导入几何概念,所用的书是法国式的;到了 1902 年,改变学制把“几何学初步”取消,几何学从中学三年级起才开始教授。所用的书是以菊池大麓著的初等几何学教科书。菊池大麓是日本最初的英国留学生,留英五年;所以他的几何学书是纯粹查式的英国式的书(当然是日本文的)。这个变更是日本数学教育的逆转,退步。1902 是国际改造运动开始的时候,日本人置之不理。

  1902 日本已的中学新学制;其数学要目是以菊池大麓和藤泽利喜太郎两人的意见做根底。两人都是大学教授,菊池且做过大学总长(就是校长)文部大臣(教育部长),1902 年已经封了男爵;腾泽是东京大学的有力分子(后来任贵族院议员);日本人富于封建思想,菊池藤泽的一切意见,当然通行无阻。由是,1902 的学制对于世界大势是开倒车的;他注重分科主义,偏重论理性;他不容纳直观主义,实验和实测;不着重函数概念;将算术、代数、几何三者严格的分开,不许融合。

  但是,二十世纪的数学教育改造的潮流,奔腾澎湃,急速的流入日本。中学教师组成了中学数学教育会,发行杂志,研讨数学教育。政府也受到刺激,发表了种种琐碎的改造案。国家的经济,受到第一次大战的“恩惠”,宽裕得很。但是,一直到1930 为止。所得的实绩,不过是微温的改造。这是因为制造改造案的专家和实施改造案的教师都是受了旧式的──分科主义的,偏重论理的──教育,飞越起来,要他们彻底革新,他们会头痛的。

  日本实行1902 的要目经过了三十年,1931 改革学制数学教育方才获得真的改造他的纲领是:

  日本学制,小学六年,中学五年,高等和大学六年或七年,今将1931 的规程中的中学数学时数写在下面;

  这个方案,着实进步,因为有时间的活动性使教材有伸缩的余地。但是,不进步的教师,往往要用这个时间的活动性;以为有机可乘,添入难问题,作入学考试的准备,补充旧式的教材,将整个数学还原到干燥的东西。小仓金之助于1936 四月某日利用无线 的新规程,是极不彻底的一种似是而非的自由主义。教师可能在中学前三年,将基本教材全部告成。教育部有‘补充’一项,不明示补充的内容。教师们可能集中势力,在四五年级补充,努力于入学考试的准备,现实的学校是如此的。实际上,四五年级教科书中的问题,对于数学专门以外的人们,毫无用处,就是对于数学家自己,也是价值极低的东西。谈到入学(高等学校入学)(58)考试问题呢,大概和日常生活,自然和社会的理解,没有关系。公平立论,对于这种入学考试问题失败了的学生,仍不失为健全知识阶级的日本人;相反地,考取了的,也不过是考试所囚起来的人。中学校的上四五年级,是“入学考试职工养成所”;假如高等学校的入学考试无数学一科,数学科的存在都要发生问题了。教育部应该从速改订教授要目。……”

  1945 年冬,笔者到了台湾,看到日本文部省编的一套中学数学教科书,完全采取融合主义,置重心于函数概念,面目一新,而且知道那个时候,东京方面已将算术、代数、几何、三角、解析几何,微积分呵成一气,书也出来了。但是书没有到台湾。

  今年夏,笔者到北京参加课程改革会议,苏联教育专家作了很长的讲演给我们听,他说:“规定课程,改革课程是一件难事。苏联从1917 到 1939,课程屡有更变。”希望我国以苏联为鉴少走迂回的道路,苏联的普通教育制度,从 1934 学制改革以后,无大变化;至于中学,在 1939 年的党大会,才决定“于都市设立十年制的中学,于农村及民族共和国以七年制的准中学校做基础”。十年制中学设立以前,相当于中等学校的,有“单一劳动学校的第二科”。这种学校的目的,一面是普通教育的继续;一面是完成普通教育,建设唯物论世界观的充分坚固的基础。因此,重视

  事实上,课程中的数学、物理、化学、博物时间数的合超过总时间数的三分之一。其中数学时数,分配如下:

  (二)直线,线分,测定,米达法,经验事实的图表。测定误差的估计,近似计算。

  (五)指数,平方根及其几何学的意义,立方体等体积公式,三角锥的表面积和体积。

  (七)一元一次方程(数字系数):之实测,圆周公式,圆面积公式,圆锥的面积和体积,三角形(已知三边)的作图。

  光是看了这个摘要,可以知道他是倾向于改造论的。再细察他的第九年的教授要目,“更可以明了他的精神所在”。

  大致和德国的教授方案相类似,但是第九年的(三)这一项,的确是特色。但是苏联十月革命后十余年间的数学教育方针,和彼利及克莱茵的思想,未必一致。上述教授要目的说明:“数学在教育上的地位,可以简单的规定如下:数学对于学生,是实际上必要的学科。在学校;在后来的生活──不管什么职业──有他的必要性的缘故,是一个不可不与之相观的工具”。因功利上的目的,实际的必要,而承认数学在教科中的地位。但是高利曼(39)不以为然,说道:“这样,自然把数学开倒车一直达到阿尔基米特斯;但是,这些努力,和辩证法的唯物论,没有任何共通点”。用同样的意义,摩洛铎西(40)对于数学研究的全般下了批判(1933):“人们往往这样主张,数学的发展,其目的在满足今日社会主义建设的需要;将可以满足这个要求的数学诸分科发展起来就好了。但是这种主张是不对的,当然,计划数学的发展,必须把实践需要的满足和社会主义建设的展望放在心上。

  但是要进到这个目的,仅仅乎将若干的分科片面的发展,是要失败的,一定要把‘全数学’计划的发展,然后可能。”

  十年制的中学教科书,1949 发行的,吉西略夫(41)著的,已经由东北人民政府译成中文。

  二十世纪初叶,中国才订了学制;学制是“削足适履”式的日本制度。中学的数学课程,形式上和日本的无大差别。教科书也有许多译自日本的──(42)比方前述菊池的几何学。(43)国际改造潮流一时冲不进日本,中国更不消说,一直到解放前夕,旧式的数学教育,未曾动摇。中途摹仿美国;美国的教科书,盛行起来了。有些学校简直用英文原本,中学教科书用外国文,当然是限于殖民地或半殖民地的,且所用的原本,往往在其本国已经早停止使用──例如“范氏大代数”。因此,数学教育,不但成绩不良,且其目的也不明了。学生视数学如仇敌,成了中等教育上一个大问题。

  解放以后,中央教育部成立不久,就召开全国教育工作者会义;1950 年,又召开精简座谈会,大家同意这样的原则(包括数,理,化):

  这是创举,值得庆祝的,但是,笔者愚见,还有几句话要补充。(乙)项的保持各科的完整性、系统性,是含有分科主义的精神。国际中等教科改造的倾向,不但融合数学的各分科,并且要融合物理、化学、博物诸科。事实上,日本在第二次战争结束前,已将中学的理化博物融合成一科了──理科。编著教科书,是由于集合许多专家,会议作成的。苏联的教科书,虽然还没有整个的融合,但是日新月异,向融合的方向进行。总而言之,(乙)项的第二段,规定的太呆板了。失去了进步的倾向。同样,数学的第(三)项的规定,应该是暂时性的。吉西略夫的高中代数学中,函数与图表,着重得很,这不是代数学和解析几何的融合么?不过以代数为主体就是了。又关于第(一)项,细察精简纲要(草案),看不出什么地方有(一)的精神,例如初中几何、高中立体几何、高中代数、高中平面三角法、高中解析几何诸科的精简纲要,不过将美国的几本书──三S 几何、范氏代数、葛氏三角、三氏解析几何──简化了一下。要他具有(一)的精神,是不可能的。话说回来;这是数学教育具有生气的开端,当然是温和的,不能希望他有太多的结果。

  处这个大时代,要过有意义的生活,做有意义的工作,必先具有理解自然和洞察社会的能力。所以必须养成对于这种能力有效果的“思想和行动的习惯”,这就是教育。数学教育呢?学了数学,要使能够分析和理解这种思想和行动的习惯上所不可缺的“数量与空间的关系”。不但如是,理解和分析数量与空间的关系,也是数学的特征,所以是数学特有的任务。数学教育的目标既然在此,数学教科首先要综合和统一下列(甲),(乙)两方面:

  但是,我国过去的数学教育呢?第一:教材全部是陈述的──十八世纪以前的,把近代数学,置之度外,以(乙)来看,是太古了。第二:内容太偏重论理性,忽视学生的心理过程;是不合于(丙)。第三:对于理解近代科学和社会生活,太少力量;这是没有硕到(甲)。无怪乎中学生的90% 以上,认为数学是干燥无味的,最不容易学习的。这种教育,当然是不会有成绩的。

  到了今日,上述种种缺点,还未能十分清算。特别,上面所示的数字90% 仍未能减少,恐怕光是以“简化为精简”的改造政策,不能解决这个问题。“草案”根本没有硕到“精”的一字,“简化”也似乎缺乏原则性,然则应该如何精简?

  (一)代数计算,是一种极便利的机械的技术。但是中等教育决无人人都做成代数计算熟练工人的要求,所以一切繁难的,非实质的计算;缺少真实性的问题都应该除去。三角法也应该如此处理。

  (二)学习几何,应该从直观几何入门,大概是没有疑问的。然则如何处理论证几何学呢?几何学具有完整的体系,是论理的组成的,他有其他学科所不能及的美观和价值。但是,全部几何学教科书,往往充满着定理,命题,难题等等;除了少数的学生而外,大多数学生不能愉快接受。这是应该简化,应该想出办法来简化。笔者以为假如将公理的条数适宜的增多,一定可以免除冗长的毛病;将有些定理(普通教科书中的定理)改为公理,学者自负的专门家(几何学)未必以为然,但是教育上是有意义的,有好处的。假如又把普通几何教科书中的难题全部除去,学生学习的困难,一定可以减少。这样的简化,对于几何教育的目的,仍未有所损失;因为简化了几何学,不但仍保留着论理的精神,并且空间的基本事实,仍得一一了解之故。几何学全体的结构,既然已能理解,这方面的教育目的,不能不说是已经达到。对于有志深造的学生,要明白几何学的完全论理系统的时候,有了这个基础,也是事半功倍的。

  由于(一)和(二)的两原则,将教材简化,中学数学一定可以减少 20% 到30%。

  (三)微分积分的概念,是可以平易的直观的说明的(44)。中学生应该使他们理解速度与加速度的关系,二次函数的变化率,(简单)曲线形的面积的求法等等,从这些事项,微分和积分的概念,可以油然而生。添加了一点微积分的概念和计算法,便可应用到近代自然科学上去,使数学和产业技术有密切连系。

  (四)添加社会经济方面的数学,使学生对于社会认识有帮助。例如统计法的一般──统计的量的平均、标准偏差、歪度、相关系数、由实验结果作成的实验式──就是这种材料。

  (五)数学教育的核心,在乎养成函数观念。所谓函数观念,其义甚广,并非专指函数的解析表示,或函数的图表。比方。绍兴距杭州50 公里;上午七时,陈某从杭州出发向绍兴,赵某从绍兴出发向杭州;陈某每小时行六公里,赵某五公里,要问两人何时何地相逢?对于此问题,研讨两人在瞬间的地位,以求位置和时间的关系,这就是函数的观念。有人看了吉西略夫的初中代数学,因为书中没有函数和图表,就以为他并不用函数观念来写书;这是近视的看法,将函数观念的意义呆板化了的缘故。即使没有任何计算,假如能够理解量与量之间的关系,对于实际生活就有用处。又假如脱离了函数观念,学习了形式的代数,完整系统的形式几何,生活上有什么意义呢?固执的人们,硬说函数观念是属于高等数学的,至少初中数学里面可以没有,但是函数观念和吾人日常生活是不分离的。以函数观念做数学教育的核心,就是要数学和人生保持密切的连系。

  (六)教授数学史,不但可以提高学生学习数学的兴趣,并且数学史料,也是数学一部分,学生应该知道他的大意的。关于中国的部分,尤可以增高爱国的情结。但数学史科,不宜以中国的为限。比方吉西略夫的初中代数,在第二章的未尾,说道:“在中古时代,印度数学家(45)才提出了正负数……的计算法则(620 年)。………但在欧洲大陆上,直到 1544 年,负数的意义,还不能完全领悟。………”云云。可见吉西略夫所采的史料,并不限于苏联。数学史既是数学的一部分,宜随处插入,不必设专科。

  用(一)和(二)的办法简化;(三),(四),(五),(六)的办法去加精,这是笔者对精简原则的个人见解。

  (8)E. Borel(1871-1956)长于函数论和或然率论,法国众议院议员,做海军部长。

  (9)F. Klein(1849-1925),是数学家,也是一位数学教育家,哥廷根大学教授。

  (10)这部「新主义数学」森外三郎受日本文部省(教育部)的委托,译成日文,于1914成书,1916印行。

  (16)意大利的学者恩利格斯(Enriqnes)说:“现今意大利的教育方针, 和古典主义教育精神相一致。”

  (23)G. Monge(1746-1818),因筑城设计,需要繁杂的算术计算,蒙日发明画法几何,可以避免计算。

  (32)例如前述报告书第二部分中“形式陶冶的现状”一文(Blair著)。

  (35)1920夏,陶知行在杭州第一师范学校,讲演新教育,也有这种论调。

  (38)高等学校三年(有的是两年)毕业,其最后一年,程度大致相当于我国大学一年级。

  (44)从前日本中等工业学校的微积分,就是取了这种体裁而得成效的。美,英,德,法的中学也是如此。有此等先例可援,(三)决非笔者的空想。参见前述德国新主义数学,法国波雷尔代数学。

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