10 月 5 日是聯合國世界教師日,上周介紹了知識的革命家伽利略老師,今天進一步認識知識的建設家牛頓老師。
牛頓啟示我們,只要有無窮的好奇心,與一點點的耐心,你就能夠看見別人看不見的世界,解決無限曲折的問題。
伽利略設計「滾球實驗」:由斜坡向下滾的球,每單位時間愈滾愈長,印證有重力的存在。現代人沒有異議,因為自小就「被灌輸」了重力。而當時的人並無法理解這個抽象的理由,認為球就是會滾嘛,做這個實驗很無聊,該滾的是伽利略。
何謂思想方法?不能用乘法就改用除法 過了 80 年,不被認為是好學生的牛頓,發覺伽利略才是對的,但為何別人都看不懂?他就示範了何謂「思想方法」,即正面不能解決,就由反面解決;天下事不是只有左右兩個方向,要能用多元曲折的方法去瞭解。
他的思想過程因為有趣而簡單,我當初看到他寫的心路歷程,忍不住跳起來拍頭打腿,對我這個天生偏愚笨(不是假客氣)的人,激勵實在太大了!
不幸,絕大多數學校介述牛頓時,跳過他的「思想方法」,直接講他的結論與要求背誦數百條公式,就是令人聞之生畏的微積分。
伽利略的實驗為何抽象難懂?因為他的實驗記錄是一條曲線,如插圖的下左。
2300 年前,歐幾里得幾乎把幾何問題都解決了,所有的直線與對稱曲線(如圓形),他都能分析解釋,大家能瞭解,也對「二元論」的議題連帶有認識能力。但伽利略的實驗是不對稱曲線,大家只能托腮乾瞪眼。
看見微積分就趴了、看見青蛙就笑了 百年來的中外教科書幾乎全部是抄寫剪貼,絕大多數老師照本宣科,只要求背公式和計算,全班學生,尤其是社會與管理學院學生,看見可怕的公式(如插圖下中),就全部趴下睡覺了。
伽利略的實驗,球每秒滾的距離都不一樣,我們想要預測到底可滾多遠,就是「距離 * 時間」,即「長 * 寬 = 面積 」,但長度一直在改變,我們就無法知道其面積大小。
牛頓就想了:面積是乘法,如果我們不能做乘法,能不能反過來用除法解決?
我生在貧困時代、偏遠地區、鄉鎮內根本沒有初中,什麼也學不到。小時候就只會唱田邊的歌謠: 1 隻青蛙 4 條腿、 2 隻青蛙 8 條腿。
如果我們不知道 1 隻青蛙 4 條腿,有人問我們, 6 隻青蛙(如插圖下右)有幾條腿?怎麼辦?
因我們知道 2 隻青蛙 8 條腿,我們就先用除法, 8 除 2 得 4 ,便可以知道任何青蛙數的腿數了,大家都可以開心大笑了。
微積分真簡單:1分鐘、3句話 初中 / 國中有教「函數」:意思就是「等號 = 」的左邊,會跟著右邊變。
要知道微積分是什麼?我歸納為 3 句話,不到 1 分鐘就讀完了:
唯教科書是以「導數」「極限」來解釋微分,「求長函數」稱為「微分方程式」,直線必須稱為「 碎片」, 積分公式更具備可怕的形式。數學家用細瑣的術語陳述並沒有錯,因為要把這套思想應用到更抽象的層面,但他們不是教育家,沒有顧慮循序漸進的說明。
我在臺大、清華、美國喬治亞理工 … 的工學院都教過書,發現學生背誦能力超強,可惜發展有趣感的機會也不多。
文理分流,文科人才無法學數量而驚喜 電腦問世後,更可以不知道微積分、統計在講什麼,把大量垃圾丟進軟體,就可以產生大量垃圾論文,寫的人和審的人都不知道在做什麽,無礙升等拿獎助變學閥。
我有次看到有位中研院研究員,寫中研院的一個總體經濟學研討會,對芝加哥學派用微積分解決一個問題,崇拜得五體投地,但其實那是個非常基礎的觀念。
此現象反映了我國自高二就開始「文理分流」的問題,文科學生被剝奪了學數量而驚喜的機會,使我決定創辦「 90 分鐘變牛頓工作坊」,不是教微積分,而是詮釋牛頓的思想方法,讓每位參加者自己發明微積分。
紅衣大主教願意下問,人文社會研究才能前進 牛頓是為解決重力與相關力學的真實問題,而發展分析工具,不是為數學而數學,這個領悟會使我們眼界一寬,更可透視到人類行為如政治經濟各方面。
工作坊結束都會問:「變成牛頓的請舉手」,每次每位都舉起了手。
我最感激的是,有已經在美國頂尖大學獲得博士的學霸、系主任,也願意來參加(如插圖上方)。歷史上的宗教改革,必須要有已當了紅衣大主教的人物,願意承認宗教文化有所不足,大環境才有前進的機會。
「90分鐘變牛頓工作坊」:背誦微積分很痛苦,發明微積分則很快樂。牛頓教我們,有無窮的好奇心,與一點點的耐心,你就能夠看見別人看不見的世界,解決無限曲折的問題。
以上介述的「斜率函數(微分)」是個固定的簡單規則,其數值不需要計算,看一眼就可以知道。想體驗這種奇妙、恍然大悟的趣味嗎?請參閱《 90分鐘變牛頓 》
如你願意從花 1 分鐘、到花 90 分鐘瞭解牛頓,你就可能願意再花 1 年瞭解牛頓的計量思想模式,如何以數字工具解決管理問題、人類取用行為問題,你會發現連看報上的新聞,都有不同的領悟,敬請參閱《數學樂學 》。
知識論與方法論:2個艱澀詞彙、簡單又重要 平心靜氣想一想:如果連 1 分鐘的好奇與耐心也沒有,不知道如何分析相對簡單的曲線問題,為何可以分析相對困難太多的人類行為曲折問題?
微積分不是要我們計算,而是啟示我們思想方法:知識論與方法論。這 2 個艱澀的詞,表達卻是簡單而又重要的觀念。
知識論就是如果某類事件會重複出現,則其間一定存在某種「模式」,由「因」與「果」組成,且各因果元素可能存在決定其大小的「參數」。
方法論就是如何找出這些因果元素與參數,以解釋、預測、控制同類事件。
譬如物理現象,牛頓發現的力學模式: F=ma ,力 F 等於質量 m 乘加速度 a ,如用在地球重力,則其加速度參數是個近乎固定的值 9.8 。
生理現象存在:「血壓 ⇢ 健康」模式,血壓的參數是「區間參數」,即高血壓的非立即危險值在 120~140 之間。生理現象比物理現象複雜,分析需要從牛頓的微積分基礎,再提升到統計多變項方法。
名嘴對簡單微積分很謙虛、對曲折大事很擅長? 這就出現一個有趣現象,許多網紅名嘴對天下大事,無不可談。但請教其微積分問題,馬上謙虛表示「完全不懂」。正如七層寶塔還沒建第一層,卻宣稱可在第七層看風景?
不過,這個也有人類行為理論可以解釋,這些網紅名嘴是對總量最多的同質群眾提供「抒壓」功能,彼此交流的是「相信」,而非「理性抉擇」。擅長者還可能激情動員,但,對提供問題與解決,機會是比較少的。
大眾與小眾組織,決策方法應該不同 牛頓在學時,並不被大多數教師看好,因為他不像一般的「好學生」汲汲營營於「唸經」,而是追求思想,偏偏這也是表面上看不出來的。
幸而系主任很欣賞他,後來又把他找回學校任教。當時是權威社會,系主任說了算數。如果是今天大學的聘用投票制,牛頓恐怕就被擋在門外了吧?
這個典故使我感觸:在大眾團體中,決策經常影響很多人,採用投票決策也許不錯,因為投票一定導出中庸結果,不會有大利,但也不會有大弊,是對大眾「安全」的程序。然而,在小團體中 - 譬如真正的學術研究機構,由極少數人來負全責,才可能看得見牛頓、有較創新的決策。
凡是真正創新,一定與當代的主流不合。牛頓年輕時有些創新研究,並不被被當時世界上最頂尖、最有聲望的學術機構「皇家學會」接受,雙方曾有緊張關係。。
凡是真正創新,一定與當代主流不合 牛頓的代表作《自然哲學的數學原理》不僅發明(或與萊布尼兹同時發明)了微積分,更是奠定古典物理學體系之作。這本開創歷史的書,曾經送「皇家學會」審閱並表達出版意願,但未獲得學院補助,最後由他的富有朋友 - 哈雷的資金支持才得以出版。
牛頓的《原理》為後來的工業革命提供了預測與控制的基礎,由經驗設計轉向模式分析。這些應用貢獻使牛頓在老年聲名大噪,比伽利略的純理論革命較能被看到。
伽利略和牛頓的接力合作,說明了「創新知識」的 2 大工具:實驗方法與計量方法,兩者應相輔相成。
我一生有幸遇到過許多好老師,多半都是帶我認識某一專門領域,而有七位老師,教我的是整合性的思想方法,他們是:孔子(請參見本專欄《執筆、撥琴、斜背弓─孔子真形象》)、亞理斯多德(《亞理斯多德─以學生為中心的全能老師》)、伽利略(《伽利略老師─人類的認知內容相反、認知的方法相同》)、牛頓、愛因斯坦、闢二聲 Pearson (統計第二計量思想發明者)、蕭何(與其後輩,發現如何將人類「私利緊密結合」而發酵成為公利的亞當 . 私密)。
重點回應 本專欄被臉書認定 為 「危險人物和組織 , 帳號永久停用,不得申訴」。臉書旗下所有社媒與外掛程式如網路留言等均被封鎖。只能在文末重點回應讀者經由其他管道的提問。
習談話對調了:一般看是危機、牛頓看是轉機 習近平國慶談話:「堅決反對臺獨分裂行徑和外部勢力干涉。」
鮮少媒體注意到 ,上次兩者並舉是 2022 習近平二十大報告 : 「針對的是外部勢力干涉和極少數臺獨分裂分子。」這次語序與修辭,把外部勢力與臺獨對調,而「極少數」消失了。
川普習慣信口開合經常被擴大報導 ,大陸強人體制下的微言大義,反而容易被忽略。
*作者為臺灣民調創始人 / 臺美兩地資訊與管理退休教授