罗之轩,人工智能和大数据方向研究专业,多年科研教学从业经验,现于某一本大学从事科研、师资管理。知乎十万粉丝大V。教材防自学这件事真的很有意思。不仅针对高中教材,大学教材其实也难逃魔手。
起因是在网上有很多人吐槽初高中教材自学起来很困难,知识逻辑混乱,有的知识衔接不上,以至于老师们上课都是先学一本必修一,再学一本选修三,然后又跳回必修二……新课标改革,包括但不限于大幅度改变了整个知识体系和逻辑,删除和弱化了一些知识,把有些内容作为必修,有些内容作为选修。这里插一句,选修这个其实蛮有意思,欧美很多聪明的孩子往往在高中阶段就选修了大学知识,于是我们的教材也弄了一大堆选修。以高中数学为例,我随便列举几本选修,大家可能见都没见过:选修3-4:对称与群
选修4-1:几何证明选讲
选修4-2:矩阵与变换
选修4-6:初等数论初步
……
我甚至一度怀疑,这几本书到底印没印刷,毕竟没有市场,印了也白印。
这些选修的出现,其实代表着我们试图让大多数人减轻课业负担,让学有余力的同学自行向深入探索。这个理念本身是没错的,非常值得提倡的。但是,现行高考体制存在一天,这种探索必然会“不上不下”。如果说高中教材就感觉难以自学,那它和大学教材相比,才是小巫见大巫。很有意思的一件事是,初高中教材对知识可以不求甚解,逻辑可以中断,可以不严谨,但到了大学,整个教材编写的逻辑又忽然严谨得要命。这一版教材源远流长,应该已经非常成熟了,不过当年学得非常头大,因为教材的开始就给我们讲群环域,讲矩阵。
§0预备知识
§0.1集合
§0.2映射
§0.3等价关系
§0.4群、环、域的定义与例子
§0.5连加号Σ与连乘号Π
§1矩阵代数
§1.1矩阵及其运算
§1.2矩阵的分块与初等方阵
§1.3矩阵的逆
§1.4线性方程组
§2方阵的行列式
§2.1行列式的定义
§2.2行列式的性质
§2.3行列式按一行(一列)展开
§2.4用行列式求A-1与Cranmer(克莱姆)法则
……
与之相对比,我们当年非常喜欢的一本国外的线性代数教材《线性代数及其应用》的整个讲授逻辑就完全不同。
第1章 线性代数中的线性方程组
介绍性实例 经济学与工程中的线性模型
1.1线性方程组
1.2行化简与阶梯形矩阵
1.3向量方程
1.4矩阵方程
1.5线性方程组的解集
1.6线性方程组的应用
1.7线性无关
1.8线性变换介绍
1.9线性变换的矩阵
1.10商业、科学和工程中的线性模型
……
国内教材的逻辑,是给打下坚实的地基,按照知识的逻辑顺序讲解。一个是知识的逻辑,先要明确这个东西是什么,知识的内涵(有什么性质),然后再是知识的外延(有什么应用)。比如高等代数里,先讲了“矩阵”是什么(群环域这个我都不敢提),给矩阵个定义。然后讲矩阵的初等运算,矩阵的逆。把矩阵这个工具都讲完了,才讲线性方程组,也就是矩阵这个工具能怎么用。但是,这种教材逻辑最根本的问题在于,我们学习一个抽象的知识,如果没有现实的应用场景,那学习难度直线上升,很可能根本无法理解这个知识的本意。反观大家比较喜欢的那本《线性代数及其应用》,它的讲授逻辑其实可以看作是“知识的发现顺序”。说白了,就是知识的怎么一步步发现的。任何一个知识,它都来自于现实问题,聪现实问题开始,人们如何巧妙地解决,进而引出了新的知识。同样是讲矩阵,这本《线性代数及其应用》开篇先用一个现实问题引出线性方程组,然后在解方程组的过程中逐步引出矩阵。而且,即使接触了矩阵,也并不急于把矩阵的各种知识,性质(比如矩阵运算,矩阵的秩,矩阵的逆,特征矩阵这些)讲出来,而是用矩阵这个工具来解决问题(线性方程组)。中国自古就喜欢“微言大义”,说白了就是用尽量少的字,把事情讲清楚。这种理念放在教材上,那妥妥的就是“防自学设计”。国内教材普遍喜欢把很多引申内容作为习题,作为同学们课后思考的东西。这种设置的初衷是好的,就是让大家在探索中,深入掌握这些知识。而且有效缩减了教材篇幅,让教材不至于太过“臃肿”。把所有定义定理、知识的来龙去脉给你摆在桌面上,尚且有一大半人看不懂,如果再把部分引理、后续定理作为习题,那简直就是灾难。我们当时学数学分析的时候,手里拿的是本校老师自己编写的数学分析教材,但是老师们又建议我们可以去看看菲赫金哥尔茨所著的《微积分学教程》。菲赫金哥尔茨这套书分上下两侧,还是大开本,上下两侧一共1200多页。
我们自己的教材就轻薄多了。而且这不是个例,很多学校用的复旦大学版的数学分析,也一样轻薄很多,上下册加起来不到700页,内容不到菲赫金哥尔茨版的三分之一。说实话,一开始看着自己学校出的数学分析教材,真的是一头雾水,字都认识,但是学不懂学不会。不过菲赫金哥尔茨的微积分学教程拿来一看,所有定理、引理讲得明明白白。从头到尾,每一个细节都不放过,自然而然地就看懂了。其实,造成教材难学,除了编写理念的问题,更多的是教材的“诞生”方式以及编写教材的人的原因。国内不乏专注教学的好老师,甚至某些互联网平台都诞生出不少“甚合学生心意”的好老师。但目前,我们很多大学生用的教材并不会让那些精研教学的老师编写。编写教材变成一种“咖位”和“学术地位”的认可。这就导致教材往往是由大佬牵头编写。而这些领域大佬,也大多是科研方面卓有建树,功成名就。至于教学水平,能不能把一门课程深入浅出地给学生讲得明白则不得而知。另外,大佬都是很忙的,所以他们常常是带着一些年轻老师甚至就是硕士博士去编写教材。可以想见,大部分的编写工作都有谁来完成了,而内容设计够不够深入浅出,讲解的是否明白,就犹未可知了。