激发数学兴趣,造就中学英才

李辉来

培养数学兴趣,接近、走进、热爱数学

梁启超在《少年中国说》中提出:“少年强则国强,少年智则国智……少年雄于地球,则国雄于地球。”纵观各个先进国家的历史进程,张恭庆院士指出:“数学实力往往影响着国家实力,世界强国必然是数学强国。数学对于一个国家的发展至关重要,发达国家常常把保持数学领先地位作为他们的战略需求。”因此,少年强则国家强,数学盛则国家盛,我们有必要加强数学人才的培养力度。

为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010 - 2020年)》有关要求,促进高校优质科技教育资源的开发开放,建立高校与中学联合发现和培养青少年科技创新人才的有效方式,中国科协和教育部自 2013 年起开始共同组织实施中学生科技创新后备人才培养计划,简称“英才计划”。“英才计划”旨在选拔一批品学兼优、学有余力的中学生走进大学,在自然科学基础学科领域的著名科学家指导下参加科学研究、学术研讨和科研实践,使中学生体验科研过程,激发科学兴趣,提高创新能力,树立科学志向,进而发现一批具有学科特长、创新潜质的优秀中学生,为“基础学科拔尖学生培养计划”输送后备力量,建立高校与中学联合发现和培养青少年科技创新人才的有效模式。

中学生正处于满怀理想的“花季”“雨季”,处于一个爱拼才会赢的阶段,他们具有积极的表现欲和求知欲、强烈的自信心和自尊心,以及出色的执行力和组织力。但是,在应试教育的背景下和高考压力的驱动下,有很多学习成绩优异、求知欲望强盛、具有数学天分的中学生,对于数学教育的理解十分有限:第一,他们认为数学是重要的基础课程,因为学不好数学就学不好物理;第二,数学是高考的必考内容,无论高考如何改革,数学都是必考的科目;第三,数学就是“几代概统”,但对几何、代数、概念和统计之间的内在联系缺乏理解;第四,数学就是刷题提分。这使得绝大多数中学生成为了“做题机器”,缺乏了创新性。

中学生对于“英才计划”充满了好奇心,主要体现在以下三个方面:其一是对“英才计划”好奇,对于“英才计划”不是十分理解,不清楚“英才计划”的真正内涵;其二是对大学教师好奇,许多中学生对大学老师并不了解,尤其是对担任博士生导师的大学老师充满着向往;其三是对科技创新好奇,其实中学生并不清楚什么是科技,什么是创新。好奇是兴趣的开始,兴趣是最好的老师。“英才计划”的目的就是激发学生的数学兴趣,使学生能够在导师的指导下,了解数学,接近数学,热爱数学。

▲ 学生赵子达

激发内生动力,培养科技创新意识

数学是基础学科,华罗庚这样描述数学的应用:“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,无处不有数学的重要贡献。”而“英才计划”正是以培养学生数学兴趣为主线,让中学生在名师的引领下体验数学的创新,在课题研讨的学术环境里,感受数学的深度和广度,从而激发中学生投身数学的内生动力。

在“英才计划”培养中,我们不仅要重视知识的传授,更重要的是让学生在这里感受大学的科学文化氛围,培养他们的创新意识和动手能力,提高数学素养和文化修为。为此,我们采取了以下措施。

第一,课题的确定。从形式上看,我们的课题选取、采用学生自选课题和导师建议课题两种形式,最终由导师和学生研讨交流后确定集体课题和个人课题。从类型上看,我们的课题分为知识导向型、视野扩展型、课题确定型和课题开放型四种类型。知识导向型主要是激发学生的数学兴趣,培养学生对数学的了解和爱好;视野扩展型主要是扩展学生的知识视野,培养学生的数学阅读和理解能力;课题确定型主要是培养学生自学能力和创新能力;课题开放型主要是培养学生查阅归纳资料和自主探究结论的能力。

第二,能力的培训。导师组通过报告或座谈的形式,告诉学生什么是数学问题,什么是科学研究,什么是科学创新,什么是科研成果。这是学生能够初步体验“观察问题、提出问题、解决问题、形成成果”的科研过程,获得“老问题新方法、新问题老方法、新问题新方法、原知识新内容、新知识新内容”的创新经历。

第三,课题的研究。我们采取“1+1”指导和“5+5”研讨的研究形式。导师组教师与学生组成一对一的指导配对,导师组 5 名教师和全体 5 名学生定期进行讨论、交流和研讨。这样既能保证每名学生享受到“研究生”待遇,也能让学生体验集体研讨的过程,培养学生的团队意识,帮助他们获得朋辈互助,提升学生的竞争能力。

  

▲ 学生张越童

▲ 学生文连城

第四,报告的形成。针对中学生没有受过科学报告规范化训练的情况,导师组严格要求学生按照数学论文的格式进行写作,指导学生按照课题题目、分题目、背景、数学符号、数学公式等数学论文规范进行撰写,向学生介绍数学论文排版软件 LaTeX 和 AxMath,培养学生科学严谨的习惯。

我们在历年经验中总结完善“英才计划”培养过程,有许多 “英才计划”的学生表示自己收获颇丰。以下是 2022 年“英才计划”学生赵子达的感想:“回顾‘英才计划’这段经历,无论是学习还是 生活都让我获益匪浅。在此之前,我觉得科学研究离我还很遥远,但‘英才计划’给了我一个突破自我的机会。从被动的接受课堂知 识,到在老师的引领下慢慢独立自主地探究和寻找问题;从浅显的 理解知识完成考卷,到真正尝试着理解知识背后的原理和未知的可 能,这个过程让我更坚定地热爱上了数学。我很感谢‘英才计划’中遇到了我的导师李辉来教授,他和蔼可亲、风趣幽默、知识渊博,在学术和生活上都及时给予我帮助。感谢‘英才计划’,使我开拓了 眼界,解放了思想,坚定了科研梦想,我期待着有一天能在数学领域有所建树,为祖国的发展贡献力量。”

宣扬“英才计划”,完善“英才”培养机制

尽管“英才计划”为国家培养科技创新人才提供了新渠道和新模式,但仍存在一些问题,为此,我们提出以下建议。

第一,加强数学“英才计划”的宣传力度。部分中学生以及家长对于“英才计划”的了解还不够深入,还存在功利思想,甚至认为是高考补习的一种形式。因此,使中学、中学生正确领悟“英才计划”可以增进学生对数学的了解,训练学生的数学科研能力,提升学生的数学创新能力,从而吸引更多优秀学生加入中学生数学 “英才计划”。

第二,推广数学科普报告和科普读物。“英才计划”实施以来,田刚院士和吴宗敏教授主编了《数学之外与数学之内》科普读物。该书提出并讨论数学的对外联系及数学的根本问题,将数学教育从答题、知识点教育扩展到问题来源及应用前景的分析与展望。该书使学生从中学开始了解解决根本问题的思想和方法,以提升学生的创新能力及对数学根本问题的兴趣。近年来,我们指导组也为中学生作了《数学的味道》系列报告,取得了良好的效果。

第三,落实大学教师和中学教师“英才联培”机制。开展中学生“英才计划”的一个目的是“促进中学教育与大学教育相衔接,建立高校与中学联合发现和培养青少年科技创新人才的有效模式”。目前来看,对中学生的指导主要是由大学教师指导组完成,中学指导教师的缺失或参与较少,制约了这种模式的形成和完善。建议具备推荐“英才学员”的中学重视中学“英才指导教师”的选定,相关高校“英才计划”指导组需加强与相关中学指导教师的联系和配合,使“英才计划”植根于中学,使“英才学员”获益于高校,为我国培养更多更优秀的科技创新后备军作出我们应有的贡献。