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作者:沈以淡 来源:科学时报 发布时间:2010-12-1 21:29:55
在魔方中体验数学趣味

 
《魅力魔方》,吴鹤龄著,科学出版社2009年9月出版,定价:28.00元
 
□沈以淡
 
吴鹤龄著的《魅力魔方》,是一本独具匠心的趣味数学书。它集知识性、趣味性和实用性于一体,寓教于乐,图文并茂,对广大魔方爱好者有启迪作用和很高的参考价值。对读者来说,它既具有可操作性,还有一定的理论深度。这本书不仅展示了智力玩具“魔方”的魅力,而且还揭示了它在科学中的奥秘,使读者通过玩魔方,在寻求乐趣、提高魔方还原本领的同时,还能提高逻辑思维能力,增长数学水平。
 
魔方这种智力玩具,20世纪80年代开始在我国流行。不久之后,由于人们被其他众多的娱乐活动所吸引,它一度曾受到冷落。但在20世纪末,在国内,也许是受到数学大师陈省身提出“数学好玩”口号的推动,魔方又重新受到人们的关注,至今,吸引青少年的计算机游戏,网络游戏和动漫等层出不穷,魔方在它们的包围圈中居然能经久不衰,被人称为“最有教育意义的玩具”,并被社会学家列入20世纪对人类影响较大的100项发明之一,是有其内在原因的。
 
把这种智力玩具称为“魅力魔方”十分恰当,它不仅得到不少年轻人的钟爱,还引起许多成年人,甚至中老年人的喜爱,该书作者本人在当年就曾被它吸引,成为他日后写作本书的缘由之一。笔者身边也曾有过一位耄耋老人,在他99岁时,还乐此不疲地摆弄这种玩具,他的目的并不只是为了活动筋骨,而是被它吸引,只见他一边开解,一边随手在纸上用一些符号作记录,显然是力求揭示它的奥秘。
 
魔方在我国流行以来,这方面的书籍曾出版过不少,但大多是介绍如何“解魔方”的,即把各面打乱的魔方恢复成各面同一颜色的魔方。就拿2010年出版的颇受欢迎的《一起魔方吧》一书来说,它主要也是介绍如何“玩魔方”的。这些书当然能满足相当多魔方爱好者的需要。但魔方发明家鲁比克的初衷,是想把它作为一种培养空间想象力的教具。而随着这种智力玩具的流行,以下的观念开始获得共识:玩魔方能锻炼逻辑思维能力、增强空间观念,不仅是一种不可多得的智力活动,而且魔方比赛还是一种手部极限运动的竞技比赛。这种脑和手并用的运动,是其他运动形式难以替代的。难怪它不仅受到中小学生们的喜爱,还得到大学生们的青睐。北京大学等高校组织了魔方社团,首都的高校还组织了高校的魔方联赛。
 
与此同时,科学家还从各自的专业角度意识到这种智力玩具在本专业中的意义。例如,数学家发现了它还是有助于直观掌握有限群理论的一种有效途径;而物理学家发现,可以采用魔方作为反映一些基本粒子的直观模型。计算机学家又发现,“解魔方”可以通过计算机算法来实现,而寻求步数最少的最佳算法,仍是悬而未决的难题。因此,不仅要从智力玩具的角度揭示魔方的奥秘,还应该发掘它深刻的科学内涵。
 
吴鹤龄所著的《魅力魔方》,正是出于这一宗旨展开的。这样,使读者不仅从游戏中找到乐趣,而且又同时受到科学魅力的感召,触发他们进一步钻研科学的热情。这也是对数学大师陈省身提出“数学好玩”的精辟解读:数学不仅好玩,而且要在“玩”中学习数学,学习科学。
 
虽然早在20世纪80年代,就开展过大型的魔方比赛,但魔方真正作为一项竞技运动去开展,还是最近几年的事。我国从2004年开始这一项竞技运动的比赛。我国是全世界发展这项竞技运动最快的国家,拥有不少玩魔方的高手,近几年诞生了很多魔方的世界纪录。因此,完全可以借助这一玩具,来提高青少年的思维能力和科学素养。
 
《魅力魔方》的内容从简要追溯魔方的历史,介绍魔方的内部结构开始,随后重点围绕以下几个方面展开:魔方六面还原法;在魔方上形成美丽图案;魔方游戏中的难题,以及压轴的第十章“魔方中的数学”。在魔方六面还原方面,《魅力魔方》除把数学家辛格马斯特提出的方法作为基本方法,作了详细介绍外,还简要介绍了其他学者提出的四种不同方法,读者可根据自身情况选用。作者通过第六章“魔方之美”不仅使读者的智力得到锻炼,还能受到美学方面的熏陶。正如本书中所指出的,魔方问世后,“科学家发现,魔方的结构、它的各种旋转、它的小块的循环换位,正是对群论的许多基本概念和定理的最好诠释。”通过魔方这一实物形式来学习群论,不再抽象,而是变得直观明白易懂。而具备一定的群论知识,使魔方六面还原的方法也变得有规律可循,不再难以捉摸了。
 
作者是一位计算机科学家,但长期对数学有浓厚的兴趣,因此对魔方中的数学情有独钟,第十章这一章虽然篇幅不大,但作者把它作为最重要的一章、总结性的一章重点展开。他期望借助魔方,以提高读者玩魔方的技巧为契机,对数学的一个分支——群论作了深入浅出的介绍。作者虽然长期从事计算机领域的研究和教学,但他拥有教育家的强烈责任心,以普及数学知识提高大众数学素质为己任。在近年接连推出《幻方及其他——娱乐数学经典名题》,《七巧板、九连环和华容道——中国古典智力游戏三绝》(以上二书均列入《好玩的数学》丛书),《迷宫趣话》等数学科普读物后,又在本书中用简明易懂的方式,向读者普及数学中的群论知识,揭开了原来笼罩在它上面的抽象面纱。可以说,作者做了数学普及工作者想做,但未能充分开展的事。这也是笔者向读者推荐本书的缘由之一。
 
数学与计算机科学是两门关系十分密切的学科。计算机最初就是为了满足数学中快速计算的需要而发展起来的,而且参与计算机科学早期发展的,不少人本身原来就是数学家。本书作者当然深刻意识到数学对计算机科学的重要性,他想方设法做数学普及工作是意料之中的事。而由于他的计算机科学的专业背景,使得他的作品把上述两门学科密切结合在一起,能更好地满足读者的需要,并适应信息时代的要求。
 
作者的前几本数学科普读物曾获得一致的好评:《幻方及其他——娱乐数学经典名题》(第二版)和《七巧板、九连环和华容道——中国古典智力游戏三绝》先后入围2004年、2006年“国家新闻出版总署向青少年推荐百种优秀图书”;《迷宫趣话》入选国家新闻出版总署第二届“三个一百”原创优秀图书出版工程。本书《魅力魔方》由于它科学性强,引人入胜,适合范围广泛的读者,包括小学高年级以上文化程度的学生、教师、科技工作者和广大数学爱好者。本书在刚推出时,就受到许多读者的关注,香港的一名魔方玩家,在本书出版不久,就给作者发来电子邮件与作者探讨有关的问题。
 
作者作为丛书《好玩的数学》的主创人员之一,在2010年1月11日人民大会堂召开的“2009年全国科技奖励大会”受到表彰,荣获国家科技进步奖二等奖。我们盼望作者还有更多精彩的科普作品问世。
 
本书可供读者长期参考和保存。第十章内容毕竟比较抽象,对数学素养还不够完备的读者,不要急于求成,如果初学时对此章感到接受起来过于困难,不妨留待日后再钻研。
 
《科学时报》 (2010-12-02 B2 科学 文化)
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