数学与科技创新

摘 要:现代科技的发展离不开数学,数学的发展也不断随着科技的进步充实发展,本文简单概括了一些数学对于科技创新所产生的意义以及数学在人们日常生活中离不开数学的运用。

关键词:数学科技创新科学

中图分类号:G4文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)08(a)-0166-01

“科技创新”是现在使用频率很高的一个词,那么究竟怎样去创新,或者创新所具备的思想品质应该怎样形成,这才是问题的关键,或者说是人们应该关注的。就象“神七”上天并顺利返回,我们许多人关注点为宇航员是英雄,如许多家长鼓励小孩,努力学习,长大当航天员等。其实,人们更应该关注的是将宇航员送上天的那些从事设备研究、设计、制造,新材料研制及应用诸方面的科研人员与工作人员,从向他们学习的角度讲,更应关注科研人员成长的道路和成长的环境,以及为祖国科技进步所做的奉献精神。

现代科技的发展,实际上是人类综合应用各方面知识的结果,而应用的核心知识,或者说从理论到实践的确立上,都离不开对数学知识的依赖与应用,而数学的发展,也都是在人们解决科研、生活中遇到的实际问题得到启发中推进,不断随着科技的进步充实发展。牛顿的运动定律的得出,就在于他应用了当时他所发明总结的微积分知识,并归纳总结前人的许多实验结果;对电磁学作出巨大贡献的麦克斯韦,得益于他大学对数学的专门学习及留校的任教,之后又在实验的基础上总结分析了当时电流知识,而得出了著名的麦克斯韦方程,即一组偏微分方程组,并预言了电磁波的存在,确认光也是一种电磁波。19世纪80年代,俄国结晶学家费得洛夫用数学中群论作为工具,解决了结晶学的基本问题之一——规则空间点系的分类问题。得出晶体的微观对称性可以用230个空间点群来表示,现代物理观测研究了8000种以上的晶体,均符合费得洛夫的理论分析。现代计算机的发明,其核心原理就是数学知识的运用,还有现代许多医疗器械的发明,也都有数学原理的指导作用,现代数学教育的目标之一,应该使人养成良好的数学思维习惯,培养严格细致的数学思想,形成科学的逻辑推理能力。

纵观我国古代(及整个东方社会)科技的发展,历史上的许多创造发明,以器物的制造和应用为例,几乎没有留下什么现代可借鉴的数据、图像资料,这无疑反映了中国古代科技的缺陷。现在我们粗略分析一下,中国传统文化轻视数学,不重视制造技术,而偏重于社会学科的发展。现代数学中的逻辑推理,古代中国思想体系中是很少阐述的。以器物制造为例,近代西方的工业革命,大规模的机器制造与应用,从传统几何学发展出来的画法几何再到机器制造离不开的图纸产生——机械制图学科的发展与应用,无疑发挥了很大的作用,恰恰从传承的角度看,少了类似机械制图的学科,因而造成我们只知其物在某某朝代已出现,而形状尺寸如何就不得而知了。

数学是对广阔自然世界某些方面的概括总结,这是人们的共识。如自然界的生物几何形体,在表面积一定的情况下,则一定存在最大的容积;在容积一定的情况下,则一定存在着表面积最小的形状。这一结论与数学中和为常数,积存在最大值;积为常数时,和存在最大值的不等式结论有着很好的对应联系。数学中的结论,并不只局限于简单的几何应用,如自然界的蜂房,从数学角度分析,不仅有条理,有对称,而且最省材料,其结构形式空间最大,总之是最经济的。对于人类建筑、制造方面的启迪,只有从数学角度搞清结构的情形下,才有用处,否则,我们只能停留在蜜蜂的水平上了。从中国古代的数学与科技的发展形式看,中国古代数学是建立在筹算的基础上,且是以计算具体的问题为基础,发展到元代,珠算的兴起,筹算被取代了,随之,以筹算为基础建立的数学体系也被人忽视了,尤其是忽视了许多重要的数学思想方法。珠算的日益成熟,在以农耕文化为主的中国古代,简单的计算尽可以应付自如,从数学发展角度和科技发展水平来看,中国从此走上了以简单计算为主的数学与科技发展之路,严重影响了中国古代许多重要数学成果的继承与发扬。无论从经济发展还是科技发展,都使中国逐渐落后于世界发达国家。

“五四运动”以后,在中国人的字典里又多了一个词——“科学”,为了追求真理,探索科学,我们数代人为之奋斗不息。在中国共产党的领导下,中国人站立了起来,逐步走向全民族的繁荣。今天以“科技创新”的主导,发展国民经济的方针,也必将引导我们开创新的繁荣,形成全民族的富强昌盛。历史的经验值得我们每一个人深思和汲取,对任何事物的发展,我们必须了解它的过去、现在,这样才能预见它的未来。

历史常常有惊人的相似之处,但这种相似,却由于人们思维方式的不同,影响到结果的截然不同。计算机的发明,其中莱布尼兹对中国阴阳八卦形式的发现解释有很重要的联系,但中国的“阴阳”学说,仅限于对易经等的解释。同样的形式,没有形成现代意义上的“二进制”应用。现在有许多中国人认为计算机的发明与中国古代的阴阳八卦有关,实际上如同认为墨鱼是烟雾弹的发明一样;计算机的出现实际上是数学、电子、材料学等知识综合应用的结果。珠算被发明后,进而连同以筹算为基础所形成的数学思想、方法在我国古代也抛弃了。现代计算机功能的日益强大,也使人们对学习数学知识产生了不小的冲击。就计算机的应用而言,它涉及的范围越广,所需的数学知识就会越多。“创新”的基础是应用科学,发展新技术是为了更好的社会发展,无论是创新也好,还是更新技术,其基本点应该是数学思想方法的广泛应用。人类创新意识的培养应该是:对自然界和社会中的各种现象,从数学角度概括出本质的形式,对问题的解决具有好奇心,不断追求新的知识,了解自然现象的本质特征,学会独立思考,会从数学角度概括和提出问题,并进行探索和研究。所以,重视数学的学习和对数学内容形式的健康发展,任重而道远,数学在科技创新中的基础地位理应得到加强和重视,不能因现代人对数学学习感到困难而遇难而退。

创新能力的培养和数学学习,这就象一片树叶的正反两面一样密不可分。对待学习,如同马克斯所讲:“在科学的道路上是没有平坦大道可走的,只有在那些崎岖不平的道路上,勇于攀登的人才有希望达到光明的顶点。”对数学而言,机遇与挑战并存,学习科学,勇于探索,重视基础学科的学习,才是科技创新的重要保证。

最后,我们引用拉普拉斯在其总结性的名著《宇宙系统论》里的话作为本文的结语:“数学是一个卓绝的工具,假如没有它,人类思维便不能深入一个如此复杂的理论,它并可作为一个有效方法去发现宇宙的奥秘,它的可靠性能和观测本身相比拟。”科技创新离不开数学知识的学习与运用,应该是科技工作的共识。

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