我学数学的心路历程_学校发展的心路历程

其他范文 时间:2020-02-27 10:52:34 收藏本文下载本文
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我學數學的心路歷程/by林松山

林松山教授小檔案:

學歷:英國愛丁堡Heriot-Watt大學博士

台灣大學數學系學士,碩士

現任:交通大學應用數學系教授兼理學院院長,教育部顧問室數學顧問,及國科會國家理 論科學中心執行委員。

專長:偏微分方程,動力系統

榮獲:國科會1990,1992及1999年自然處傑出研究獎

壹、求學

受到李政道、楊振寧二位先生的影響,像60年代許多數理好的高中生一樣,大學聯考 時我也以台大物理系為第一志願,但放榜時卻進了台大農工系機械組。大一上學期的微 積分課程,用的是英文教科書,再加上老師一來就用ε-δ講極限,學期結束時微積分竟 在迷迷糊糊中被當掉了。暑假重修微積分,上課的老師是數學所的研究生,講得倒是很清 楚,突然間,發現自己好像開竅了。暑修成績居然名列重修生的前茅,在這些研究生鼓勵 下,我通過數學系的轉系考試,也就這樣由農機系轉到數學系去。

台大數學系當時還是「過三高當兩門」的時代(大二必修高等微積分、高等幾何、高 等代數三個「高等」的課),大

二、大三課餘時間我都在古樸典雅的總圖書館中度過。我 們班上是台大有史以來女生最強的一班。當今世界上著名女數學家如李文卿、張聖容及金 芳蓉皆是班上同學,可想見其餘同學壓力有多大,尤其是男同學。

大四寒假從屏東老家回到台北後,同學轉告我,必修課微分幾何當了一批人,我也是 其中之一。想到爸爸媽媽已經準備要來參加我的畢業典禮,這下子他們的希望卻將落空。接連來的二、三個禮拜,我經常在半夜醒來,瞪著天花板心想「怎麼會這樣子呢?」到老 師家求情也數度被推出門外。大四上學期開學後就有不祥的預兆,當時系裡盛傳老師要「 品質管制」學生,我也恭逢其盛。我們那屆是服一年預備軍官役的最後一屆,國防部也同 意全國當年未能畢業的大四生可先行服役,於是我決定當完一年預官再回台大重修微分幾 何。

大學畢業後考上台大數學研究所,主修微分方程,指導老師張秋俊先生,年青有為。研究所畢業時,我被選為數學所畢業生代表,可以上台從校長手中領畢業證書,總算讓父 母親在多等了四年後看到這一幕。我的數學系求學經驗,使得我在教書之後,對學習不順 利的學生多了一分理解與關懷,也頗能留意到學生家長的謙卑希望。

台大齊聚許多台灣優秀學生,學風自由,社團活動蓬勃(我曾參加登山社及晨曦佛 學社),及五花八門的演講。由於我是住宿生,理、工、醫的學生混住在一起,所以接 觸的面較廣,除了唸數學外,生活也過得多彩多姿。研二時在法文班上認識了外文三的戴 曉霞小姐(目前任教於本校教育學程中心),經過許多努力,終於在她畢業後不久,將她 娶入門,多唸幾年台大,對我來說娶到內人是最重要的成就。

我唸完碩士留在系裡當了一年助教,經系上一位澳洲籍教授的介紹到英國蘇格蘭愛丁 堡的Heriot-Watt大學唸博士。他們給我三年的獎學金,在英國三年完成博士學位也是常 態。英國是很人性化的國家,例如因我有一年助教經驗,又有眷屬,故獎學金隨之調高。又如當年出國管制很嚴,我出國時,太太尚未拿到入學許可不能一起出國,但英國老師們 認為夫妻要住在一起才能settle-down,安心做事。多虧這些老師們的幫忙,我們這對新 婚夫妻很快地就在英國重聚,並在如詩如畫的愛丁堡度過美好的三年。

英國的博士訓練是典型的師徒制;不須修必修課,也沒有博士資格考。那年我們新 進四個博士班研究生(research student),除了我之外,有二位本地蘇格蘭人及一位伊 拉克人。我們每週各自和自己的指導教授正式見面談一個鐘頭的研究工作,每天有三次和 系裡老師、同學碰面的機會:早茶(約10點多)、午餐、下午茶(約下午3點多),大家 閒聊學界動態、趣事。老師們將學生逐漸帶進了這個行業,讓學生了解傳統及行規,希望 學生將來畢業後不致於犯大錯或吃悶虧。我們採quarter制,一年三個quarter,一個 quarter約十個禮拜。每個quarter會有一位同領域的老師講一門課;每星期三個鐘頭、零 學分的課。另外就是每週五下午四點到五點的colloquium talk,會有一位校外著名學者 來講他的工作情形,會後還有茶會,因此我們學生也看過不少各國的名人。

上英國老師的課,讓我開了眼界,也因此知道應該怎樣教書。通常他們選定一個與研 究相關的主題,闡明動機,內容由簡入深,逐步延伸出來,並旁及相關領域的應用和未來 可能的發展。上課內容經常出現可作為研究題目的素材。一個quarter下來真是收益匪淺r。當時的筆記,我還留著,偶爾拿出來翻閱,除了重溫美麗的歲月,也可警惕自己教學的 方法是否合宜。在愛丁堡三年我與指導老師合作四篇論文,回國前已經確信自己可以獨立 研究了。當時我心想:都學會了編織捕魚網,若非偷懶,怎會抓不到魚呢?

貳、教學

在博士學位快修完前,由台大張老師的推薦向交大申請教職,當時的所長是滄海兄,系主任是國順兄,我很快地得到聘函,來到了交大。

由於個人的求學經驗,使我在教書時很在乎學生的當場反應,並著重向學生介紹學習 動機、目的及應用,也試著由最基本素材逐步建構出整個系統來。希望同學能藉此感受到 數學由具體到抽象的抽離過程,試圖重構定理發現的歷程,讓同學體會其合理性及必然性。雖然這不是件容易的事,也不是經常可以做得很成功,一不小心,便會造成進度落後或 畫蛇添足的後果。但偶爾見台下原本一臉茫然的學生,突然出現一雙發亮的眼神,就知道 小計得逞,也鼓勵我再口沫橫飛一番,努力喚醒其餘眾生。

我一直對大學部學生抱有較多的寬容,甚至於溺愛,因而難免有時需要刻意拉長臉以 壓住陣腳。近年來,我發現班上學生家長的年紀大都比我小,加上學生好像愈來愈活潑可 愛,一股莫名的「父愛」經常會不經意地湧出。至於帶研究生,我一直以英國師徒制為本,對這些「衣缽傳人」的訓練較嚴厲。早年因個人較不成熟及文化差異的緣故,成效不如 預期。直到許正雄君(現任教於中央大學數學系)來交大唸博士班,才開始享受到師徒 間縱情論學之樂,許君也在此練就了一付好身手。

參、師友

這二十多年來,我很感謝交大提供一個可以讓我按著自己步調成長的環境,系裡還有 許多在各方面可向其學習或借鏡的同事。在國內外對我的數學研究有重要影響者也不下十 位,其中對我影響最深的華人有三位,他們是目前任教於中正大學的林長壽兄(C.S.Lin),新加坡大學及Georgia Tech的周修義兄,及哈佛的丘成桐先生。

1986年我在加州大學聖地牙哥分校(UC San Diego)進修時,認識了長壽兄。他自台 大數學系畢業後到紐約大學(NYU)隨Nirenberg教授唸博士,唸完博士丘先生請他到普林 斯頓高等研究院做二年博士後研究,丘先生到聖地牙哥時也一起過去教書。年紀比我輕的 長壽兄,早以在locally isometric imbedding theorem的工作而名聞學界,我們倆人一 見如故,又對純曲量方程式很有興趣,便一起進行研究。當時大家對此在幾何上重要的方 程式,了解甚少。

近年來,長壽兄在此方程有非常深刻且重要的結果,並榮獲1998年中央研究院院士殊 榮,他是第一位在國內工作而獲選的數學院士。與長壽兄一起共同研究的三、四個月中,讓我有機會看到一位用全付生命力去追求完美的「藝術家」。他的獨立、自主及創意的特 色實在罕見,像他一樣對數學本質有深刻洞見的人也是非常少見的。

長壽兄曾告訴我:「面對數學問題,要去找到它最自然的看法。」他曾談起其成名作 的故事:當他還是博士生時,有天到指導老師Nirenberg教授的研究室,看到老師正與訪 客討論著locally isometric imbedding問題,這是他第一次見到這個題目,但他感覺到 老師及訪客的說法很不自然,可能都想錯了方向。幾個月後,他用很巧妙的方法做出解答,指導老師既驚訝又高興,這消息不久就傳遍學界。想不到百年老問題,耗盡多少傑出數 學家心血,竟給一位來自台灣的年輕學生用「最自然」的方式解決了。

前幾年丘先生在台灣訪問一年時,曾在他的課上花了十幾個小時重証長壽的「最自然 」看法,丘先生一再提到長壽的定理會在數學史上留名。我很幸運曾有機會和這位天才一 起做過心靈上的溝通,也因此體會到何謂「數學天份、創意、品味和全付心力的投入」。

1985年我擔任系主任時,曾邀請修義兄來系裡訪問一個月,當時他在動力系統領域上 已經是位領導者。修義兄戰前生於上海,後來全家移居新加坡,是道地的新加坡華人。他 從新加坡大學畢業後到美國馬里蘭(Maryland)跟Dr.J.Yorke唸博士。修義兄也是JDE 主編,Dr.J.Hale的傳人。他為人熱情,做事圓融又富行政專才,前幾年Georgia Tech 數學系找Hale與他去領導。目前該系已是學界重鎮,各路英豪的焦點。近年來新加坡大 學想成為國際一流大學,力邀傑出校友的他回去幫忙。他在新大這二年,做了不少革新的 規畫,相信假以時日必有大成。他又在1995年來台訪問近一年,在課堂上替我們介紹了動 力系統的最新發展且建議一系列的研究題目。他與加州大學柏克萊分校的電機系教授蔡少 堂(L.O.Chua)是舊識,他趁蔡教授來交大參加研討會時,介紹我和蔡教授認識。蔡教 授很熱心地要我去研究他們胞型神經網路(Cellular Neural Networks, CNN)的數學基 礎。因此我與系上莊重、石至文和清華的林文偉三位教授,合提一個國科會三年計畫,以 研究此問題。在修義兄的各方面協助之下,我們研究群在動力系統有所突破、有所建樹。今年更帶給我第三次國科會自然處傑出研究獎。修義兄多年來支持我們在國際學術上的活 動不遺餘力,真是位良師益友。

1985年丘成桐先生第一次來台,到本校參加「中美微分方程研討會」。美方代表有六 人,除丘先生外尚有劉太平先生及Nirenberg 等,皆為該領域的超級巨星。我方主辦人是 鄭國順兄,當時我兼系所主管,因此幫國順兄招待客人。丘先生的爽朗、快人、快語讓人 印象深刻,即使是在媒體記者訪問時,依然直指問題核心,毫不保留。他不落俗套,天 馬行空的想法、看法,讓我這種經思想管制過、受填鴨教育的人感到強烈的震撼。也提醒 我要經常去反省、檢討自己的立場及出發點,進而去了解造成自己持此立場及看法的深層 原因,對我而言,這是從來沒有過的經驗及啟發。

見丘先生前,我已獲國科會補助將自1985年8月起赴美進修一年。原本計畫到 Wisconsin Madison,丘先生得知後,邀我到他所任教的UC, San Diego。我當然不會錯 過這個千載難逢的好機會,再說洛杉磯的迪斯尼樂園及聖地牙哥的海洋世界,對當時我那 二位年僅六歲及四歲的小孩來說,實在是好玩多了。

丘先生是公認不世出的天才,他的努力也是超乎常人(從當研究生起,經常保持每天 工作十四小時以上)。他在數學及理論物理的造詣,對我來說是不見邊際的大洋,我只能 望之興嘆。在此我引述他曾說過的一些話:「大自然是以幾何的方式向我呈現,我在幾何 的研究就是在研究物理,在研究大向然。」「人是宇宙的一部份,再複雜也不比整個宇宙 複雜。」「光用人腦去做數學,總有乾涸的時候,應該多多觀察,回顧大自然。」這些 觀點深深地影響了我的治學態度,我也努力張開心眼去看這世界,不再縮在象牙塔裡。

丘先生的父親丘鎮英教授在戰後遷居香港時,任教於新亞書院,專精於中西哲學的比 較。丘先生曾說他孩提時代,經常旁聽父親及新亞的學生在家裡開懷暢談古今中外文史,他陶醉在那春風裡,也帶給他爾後能夠綜觀全局、深富史觀的治學態度。多年來,他是我 看過對學生最尊重、最寬容、最有耐心的老師。在丘先生回憶鎮英教授的文章裡,經常可 看到小時的種種身教對丘先生的深刻影響。丘先生與李遠哲先生同在1997年接受了交通大 學名譽博士學位,從那天起他成為我們的校友,也因此對交大更多了一分親切及關懷。

丘先生目前正在整理鎮英教授的文稿──海山樓詩抄,及他自己在世界各地一些有 關數學研究的經驗及教育演講稿。我正跟他洽商是否可由我們交大出版社來出版,讓我們 也能分享這份榮耀。

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