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各門科學的數學化論文
數學究竟是什么呢?我們說,數學是研究現實世界空間形式和數量關系的一門科學。它在現代生活和現代生產中的應用非常廣泛,是學習和研究現代科學技術必不可少的基本工具。
同其他科學一樣,數學有著它的過去、現在和未來。我們認識它的過去,就是為了了解它的現在和未來。近代數學的發展異常迅速,近30多年來,數學新的理論已經超過了18、19世紀的理論的總和。預計未來的數學成就每“翻一番”要不了10年。所以在認識了數學的過去以后,大致領略一下數學的現在和未來,是很有好處的。
現代數學發展的一個明顯趨勢,就是各門科學都在經歷著數學化的過程。
例如物理學,同學們早就知道它與數學密不可分。在高等學校里,數學系的學生要學普通物理,物理系的學生要學高等數學,這也是盡人皆知的事實了。
又如化學,要用數學來定量研究化學反應。把參加反應的物質的濃度、溫度等作為變量,用方程表示它們的變化規律,通過方程的“穩定解”來研究化學反應。這里不僅要應用基礎數學,而且要應用“前沿上的”、“發展中的”數學。
再如生物學方面,要研究心臟跳動、血液循環、脈搏等周期性的運動。這種運動可以用方程組表示出來,通過尋求方程組的“周期解”,研究這種解的出現和保持,來掌握上述生物界的現象。這說明近年來生物學已經從定性研究發展到定量研究,也是要應用“發展中的”數學。這使得生物學獲得了重大的成就。
談到人口學,只用加減乘除是不夠的。我們談到人口增長,常說每年出生率多少,死亡率多少,那么是否從出生率減去死亡率,就是每年的人口增長率呢?不是的。事實上,人是不斷地出生的,出生的多少又跟原來的基數有關系;死亡也是這樣。這種情況在現代數學中叫做“動態”的,它不能只用簡單的加減乘除來處理,而要用復雜的“微分方程”來描述。研究這樣的問題,離不開方程、數據、函數曲線、計算機等,最后才能說清楚每家只生一個孩子如何,只生兩個孩子又如何等等。
還有水利方面,要考慮海上風暴水源污染、港口設計等,也是用方程描述這些問題,再把數據放進計算機,求出它們的解來,然后與實際觀察的結果對比驗證,進而為實際服務。這里要用到很高深的數學。
談到考試,同學們往往認為這是用來檢查學生的學習質量的。其實考試手段(口試、筆試等等)以及試卷本身也是有質量高低之分的。現代的教育統計學、教育測量學,就是通過效度、難度、區分度、信度等數量指標來檢測考試的質量。只有質量合格的考試才能有效地檢測學生的學習質量。
至于文藝、體育,也無一不用到數學。我們從中央電視臺的文藝大獎賽節目中看到,給一位演員計分時,往往先“去掉一個最高分”,再“去掉一個最低分”。然后就剩下的分數計算平均分,作為這位演員的得分。從統計學來說,“最高分”、“最低分”的可信度最低,因此把它們去掉。這一切都包含著數學道理。
我國著名的數學家關肇直先生說:“數學的發明創造有種種,我認為至少有三種:一種是解決了經典的難題,這是一種很了不起的工作;一種是提出新概念、新方法、新理論,其實在歷史上起更大作用的、歷史上著名的正是這種人;還有一種就是把原來的理論用在嶄新的領域,這是從應用的角度有一個很大的發明創造!蔽覀冊谶@里所說的,正是第三種發明創造!斑@里繁花似錦,美不勝收,把數學和其他各門科學發展成綜合科學的前程無限燦爛!
正如華羅庚先生在19xx年5月所說的,近100年來,數學發展突飛猛進,我們可以毫不夸張地用“宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、地球之變、生物之謎、日用之繁等各個方面,無處不有數學”來概括數學的廣泛應用。可以預見,科學越進步,應用數學的范圍也就越大。一切科學研究在原則上都可以用數學來解決有關的問題?梢詳嘌裕褐挥鞋F在還不會應用數學的部門,卻絕對找不到原則上不能應用數學的領域。
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