华罗庚：学数学要“熟”、“练”、“化”

编者按

学数学要“熟”、“练”、“化”

——华罗庚先生向北京师大附中高中学生讲话摘要（1963年）

今天，我来给大家谈谈学习数学的方法问题。我准备讲“熟”、“练”、“化”三个字，其中重点讲“化”字。我认为学习数学要达到“化”的标准。为什么要达到“化”的标准，怎样才能达到，达到了又有什么好处呢？我下面就着重讲讲“化”的问题。

首先“化”，就是不要死记硬背。

比如在学习解一元二次方程的时候，有的同学死记公式 ，满以为就够了，就会做习题和应付考试了，但是过了些时间就模糊了，-b有没有负号，没把握了；b²-4ac也许记成b²-ac了。这就是不消化的后果。

相反，如果不是死记公式，而是记住了“配方”的原则，就是公式偶尔忘了，只要配了方，公式是照样可以写出来的。因此，我认为着重搞清“配方”是很重要的，不要认为“配方”只是在解二方程时才用，其实中学里用到“配方”的地方很多，特别是不等式的处理，就是学高等数学也要用“配方”(比如二次型，泛函分析，正交级数等等都要用“配方”)。

从上述例子看出，初中学的“配方”是一条基本原理，如果学习时把这条基本原理消化了，尽管各个阶段不同，知识加深了，但可以用同一原理去解决，而不必去死记各种公式。知识要能灵活运用。

再谈谈“化”的好处。

数学是一种工具，学习的目的在于实际运用。做习题是运用；但更重要的是你们将来参加社会主义建设以后的实际运用。你们知道在社会主义建设中遇到的问题，是不可能标上符号，告诉你们可以用代数第几册第几定理去解决的，甚至不知道是不是数学问题，也不知道用什么方法才能解决。要解决这样的问题，最重要的一点就是学得的知识要消化，要养成独立思考的能力，有时有这样的情况，即在解决同一问题时，有的人因为把知识消化了，很容易地用初等数学就解决了，可是自己没有消化，虽然学了不少数学，但费尽了思索，却怎么也找不到解决的途径。

我认为做到“化”有以下几点好处：

消化是一个过程，不能着急。知识不是一下子就能消化得了的。某些知识和技能甚至需要几个反复，才能消化和掌握，但是每走一步都细细咀嚼一下，消化就会好一些。在消化的过程中，适当做点儿难题是有好处的。做难题可以达到进一步训练思维的目的，可以开阔眼界，使得思维更灵活。

有的同学怕做难题，我认为是不必怕的。要知道做一道难题所遇到的因难和你们将来参加会主义建设所遇到的困难相比，是算不了什么的。而且我们所说的这些难题都离不开书本，既是书本上有的东西，肯定是能够用书本上的知识来解决的。

当然，我也不提倡一味的做难题。所谓难题是比较而言的，而且是在学好基本知识、练好基本功的前提下，有一部分同学可以适当的做些难题。如果为做难题而做难题，不注意扎扎实实地学好基本知识，是不妥当的。

关于“化”的标准。

把书本上的题都演了，算不算达到“化”了呢？不算。但是“化”的标准也不是高不可攀的。“化”的标准就是我们常说的“由薄到厚”再“由厚到薄”。在学习的过程中，听老师讲解后懂得的东西多了，原先不懂的，现在懂了，这也就是“由薄到厚。而“由厚到薄”，不是说把学的东西忘了，而是经常体会、运用、理解了，消化了。

大家可以回忆：学二元一次方程组时，学了好几种解答的方法，有消元法、代人法、公式法等，至少有五、六种。书上讲一种方法，篇幅要占两页，学六种方法就有十几页，事实上，需不需要记住那么多呢？实际上，解二元一次方程组的要点是消掉一个变数，留下一个变数，各种方法都是为了达到这目的。解三元一次方程组，同样是先消去一个变数，留下两个变数，然后再消去一个变数，留下一个变数。高三的同学学过了行列式 （编者注：现行高中教材中没有行列式的知识） ，你们知道，对于计算行列式，消元法也是很重要的。不论一个方程组有多少个未知数，去解时都要用消元法。

因此，“化”的标准就是要看，在学习以后究竟变“薄”了没有，也就是说，是否概括掌握所学的知识的要点，是否掌握到问题的本质，是否能够举一反三，触类旁通。

要达到“化”，就要“熟”和“练”。

同学可以说，学知识要消化，我们同意，但怎样才能达到消化的程度呢？我认为要达到“化”，不外“熟”和 “练”。

什么叫“熟”？把知识念“熟”很重要，但是我说的“熟”不是和尚念经那样的熟，而是消化了的“熟”，就是每复习一遍都有所提高。什么叫“练”呢？大家可能想“练”就是多做习题。这当然不错，但是练不能盲目的练，要有先复习后作题的习惯，要会分析题，真正弄明白了再去做习题，不要机械地套公式。练也不只是多练，经常练，而且更重要的是活练。比如，同学们家中可能有小弟弟，小妺妹，他(她)们来问你问题，你不愿回答，这样，一是风格不够高，再就是你失去了一个练的机会。这实际上是一个很好的锻炼机会，看了会不会，会，就启发小弟弟小妹妹去做，不会，你就复习复习，说明有些东西过去没搞清楚再加加工，这是好机会，别等数学考试考不出来才去复习。

在锻炼里，最重要的问题是“活练”，也是今天讲的中心问题。活练的意思是：看见问题就想一想，问一问为什么？动动手看会不会。

有没有问题？问题多得很。如茶杯有没有问题，有人说这是喝茶的，没有数学问题。其实看到茶杯可以想到很多数学问题：第一，从来没有见到茶杯盖掉进茶杯里，但方的茶叶筒盖子却经常掉进去，椭圆的也会掉进去。思考问题就来了： 是不是还有别的形状的盖子不能掉进去？ 这样后来试了试，方的不行，六角的、八角的，椭圆的都不行，这样就会想到，除了圆以外都不行了。但我要告诉大家，的确有别的图形掉不进去，如拿一个两脚规，固定一端为圆心划弧，然后把另一端固定在所划弧上，以同样半径划弧，再以两弧的交点为圆心，以同样的半径划弧，就得到三个弧交点的图形(图1)。这样的图形掉得下去否，大家不妨试一下，想一想。

图1 Reuleaux三角形，由机械师Reuleaux发现的，他发现用这样的形状代替圆盘可以节约材料

又例如，在搞农业硏究时，研究光合作用，需要量稻叶的面积，怎么量？同学的回答一定是不会量，因为大家只学了三角形、四边形和圆的面积。农业科学家有一个办法，他们是用 长度ⅹ宽度/1.2 的公式，长是稻叶顶端到柄的距离，宽是叶子最宽的地方。这公式是根据统计材料得出来的，是一个植物学家量了多少万张稻叶得出来的这个规律。但有一次，在一实验里密植高度的情况下，他们也这么量，长宽相乘再除1.2，我说这个不能除1.2，如果这样做误差太大了。一量的确是误差很大。他们很奇怪，就问我“为什么你能说误差很大呢？”学过数学的人听了这个方法就要想一想，1.2是什么意思？首先我想到如果是两个长方形加一个三角形(图2)，不是6：5吗？刚好是1.2，所以如果稻叶收尖在2/3的地方，这个方法是误差不大的，但是密植出来的稻叶收尖开始得早了，再用这个公式当然就不合适了。

图2

类似这样的问题很多，甚至走路都会走出问题来。比如，当我们看到城市里指挥交通的红、黄、绿三种灯时，就出现了是否要三盏灯的问题。(两盏行不行，先思考一下，再考虑一下红灯是停止信号，黄灯有透雾作用等等。)

上面讲到茶杯，就会想到茶杯为什么不矮一点呢？立刻就会想到：一个茶杯盛同样多的水，怎样构造用的材料最少？高中的同学都可试试想能不能解决这个问题，假定是圆柱体，分有盖、没盖两种情况来研究。

这个图是取自 Peter Lax 等著《微积分及其应用》（林开亮等译，科学出版社，2018年）

再例如，看到房梁就会想到，如果给了一块木头，要做一个方梁，怎样截取受压最好的问题。这牵扯到材料力学了，同学们还解决不了。我告诉大家一个切法。如果给的是一个圆柱，那么可以把它的值径分成三等分(图3)，在距直径一端1/3的地方向上作垂线，和圆相交于一点，连接这点和直径的两端。同样，在距直径另一端为1/3的地方，向下作垂线，也可以得到另外一交点，连接这个点和直径的两端。按这样的图形切下来的方梁受压最好。

再以计算洲际导弹射程为例：如果从地球北半球上某一地点向南面某一地区——比如象图5所表示的有P₁，P₂，P₃，P₄四点坐标的地区——发射洲际导弹，我们可以从这已知的四点算出导弹的射程有多少；也可以找到它的发射地点。试想一想，为什么看了四点就知道射程了呢？

我们还是先来看个例子。普通打枪打炮时，他一定会给出一个扇形的危险区域。因为打炮时有两种可能性，一种是炮口上下摆动；一种是炮口左右摆动，出发点是同一个。如果要防止别人受伤，一定要给个有把握的范围，这样就给出了扇形的上下和左右边。我们一知道范围，就知道炮弹是从那儿打出来的，即扇形左右两边延长线的交点就是(图4)。

现在我们把洲际导弹射达区域放到地球上 (P₁，P₂，P₃，P₄）来，见图5，不解释大家也知道，通过左面两点和球心作一平面，再过右面两点和球心作一平面，得到两个大圆，它们在球面上的交点，就是我们所要找的发射地点了。当然是不会那么准确。因为这是中学生的办法。这个问题不只启发了这一点，还可以把它的准确度算来。还有，上面的两点距离长，下面的两点距离短，是因为它的射程超过了地球周长的1/4，为了帮助低年级的同学们了解得更好，我们用一个更简单的办注，拿一个地球仪来，把这四点的位置钉上大头针，用两根铅丝做成两个和地球仪赤道半径相同的圆周，通过给定的左面和右面的两点套上去，这样两个圆的交点就是我们所要求的地方。有人问：“哪一年级的学生能算出来？”我认为，念过立体几何的可以试一试，学过立体解析几何的一定行。当然，学过球面三角会更好些。对数学好一点的人，没学过立体几何也能算出来。

从这里看出，要学好数学，一定要经过艰苦的劳动，不断的思考问题，经过失败，然后才能解决问题。 有的同学问，学数学是不是要有天才，我个人看法，最主要的还是在于努力。两个人，有一个天资稍差一点，但他努力，主观上艰苦些，碰到问题多想想，反而还会长进得快些。

大家一定很爱看课外读物，像《十万个为什么？》等书，这是好书，我个人也很喜欢。看这些书主要问题是用什么样的水乎去看，你是用小孩的身份看，还是用大人身份看。象《十万个为什么》这样类型的通俗读物有些同学看了，多想一想，很可能想出的比十万个问题还多。

例如有些书上说人造卫星第一宇宙速度是8公里/秒，一般书上说的理由是，圆形的轨道就掉不下来。但是椭圆轨道的人造卫星不是也掉不下来吗？为什么8公里得出圆形轨道？又说卫星有时走得快，有时走得慢，书上也有个解答。难道这些就能满足我们的求知欲吗？(这些问题大家念到微积分时，就可以进一步得到解答。)

最近，我看了一批通俗书，谈到关于 蜂房的问题 ，书上是这么说的：

有些同学可能也看到过这个问题，碰到这个问题是不是就来个“有趣”，等于看了段《西游记》就过去了呢？不能这样，要问一问，我们是不是能算出109°28′？由这个问题启发我思考了好几个月。困难在那里？首先这个问题题不能成为数学问题，因为它是六角形，钝角是109°28′，锐角是70°32′，我不懂。六角形内角和是720°，平均一个角是120°，每一个角都比120°大，它所说的最大的不过是109°28′，这是什么意思？又说是菱形，怎么立体图形是六角形又是菱形？猜过来猜过去不对头，刚巧有机会碰到一位昆虫学家，给我个蜂窝看看，看过之后了解了，确实挺简单，几分钟内就解决了。现在给大家介绍一下。

给了个六棱柱，(图6)。它的一端的形状是ABCDEF正六角形，通过AC，一刀切(斜切)下一角，拿这个角(四面体)过去，装到顶上，过AE，CE如此同样各切一刀，所堆成的形状(图7)就是蜂房底部的形状。