告别公式焦虑,掌握生活与工作中的数学思维

《人人都用得上的数学》新书上市!不讲公式,教你抽象思维、逻辑推理,在AI时代高效解决问题,做出理性决策。告别思维混乱,掌控生活与工作!

原文标题:新书上市 | 人人都用得上的数学:生活和工作中的数学思维

原文作者:图灵编辑部

冷月清谈:

数学思维被定义为一种通过抽象、逻辑推理和模式识别,将复杂问题分解并系统化,从而高效解决问题和做出理性决策的思考方式。在当前人工智能飞速发展的时代,这种抽象思维、分析能力和决策力已成为个人无可替代的核心竞争力,其重要性毋庸置疑。
《人人都用得上的数学:生活和工作中的数学思维》这本书旨在帮助即便是数学基础薄弱的读者也能学会数学思维。它摒弃了传统教学中对复杂公式的强调,转而通过生动的比喻和案例,将抽象的数学概念变得直观有趣,以此帮助读者从“思维混乱”走向“头脑清晰”。文章以厨师与食谱做了一个精妙的类比,指出**公式只是解决问题的工具,而数学思维才是理解和应用这些工具的底层能力**,如同掌握烹饪原理远比死记食谱更重要。
书中将重点讲解抽象思维、分析思维、批判性思维和创造性思维等多种数学思维方法,教会读者如何有效分解复杂问题、识别模式、纠错以及进行逻辑推理。这些技能在日常生活的各个方面,从学习、工作、购物到理财决策,都具有至关重要的作用。
文章还追踪了数学思维的演变历程,从古巴比伦和古埃及的实用性应用,到古希腊时期用于证明抽象概念,直至20世纪80年代被重新定义为“模式的科学”,这标志着它从纯粹的实用功能扩展到更深层次的解释性和思想性。当前教育体系中,往往过度强调数学的实用计算技能,却忽视了对抽象思考和深层理解的培养,这导致许多人认为数学晦涩难懂。
然而,在现代社会,随着科技进步,人们对具体数学计算的需求日益减少,但对抽象思维、问题解决和分析能力的需求却持续增长。这本书正是为了填补这一空白,引导读者关注数学的宏大图景,而非拘泥于具体的计算步骤,从而全面提升思维能力和解决问题的效率。

怜星夜思:

1、文章说这本书不教公式,直接教思维方式,还保证几乎不涉及计算。那我们普通人,除了在书里学,日常生活中怎么有意识地去锻炼这种‘不带公式的数学思维’呢?有没有什么小练习或者观察生活的方法?
2、文章里提到,我们的教育体系总过于注重实用计算,忽略了抽象思考,导致大家觉得数学难。如果让你来重新设计数学课程,从小学到高中,你会怎么改,才能更好地培养这种‘模式的科学’和抽象思维,而不是一堆公式?
3、数学被叫做‘模式的科学’,感觉很高级。但它在我们的日常生活中,比如做饭、社交、或者看电影追剧的时候,具体是怎么体现出来的?有没有一些我们没察觉到的‘数学模式’在影响我们?

原文内容

什么是数学思维?数学思维是一种通过抽象、逻辑推理和模式识别,将复杂问题分解并系统化,从而高效解决问题和做出理性决策的思考方式。在人工智能时代,抽象思维、分析能力和决策力已成为无可替代的竞争力。


数学思维的重要性已经毋庸置疑,那么如何用一本书让即便是数学基础不好的人也能学会数学思维呢?阿尔伯特·拉瑟福德(Albert Rutherford)的这本《人人都用得上的数学:生活和工作中的数学思维》就做到了这点,这本书不讲公式,生动的比喻和案例让数学思维变得直观有趣,帮你从“思维混乱”走向“头脑清晰”。


在书中,我们将学习抽象思维、分析思维、批判性思维、创造性思维等数学思维方法,学会如何分解复杂问题、有效纠错、逻辑推理和识别模式,这些技能在日常生活和职业发展中至关重要。教你运用概率统计、逻辑推理等数学工具,在考试、工作、购物、理财等场景中做出更理性的选择。

来源 | 《人人都用得上的数学:生活和工作中的数学思维

作者:[美] 阿尔伯特·拉瑟福德(Albert Rutherford)

作者 | 谈天星

01

为什么要学习数学思维?

将公式视为数学的核心与灵魂,就好像将食谱看作厨师的成功秘诀。即便有一间全是食谱的图书馆,也无法造就优秀的厨师。只有证明了自己能够实践这些食谱的人才会被视为成功的厨师。自此之后,他们学习的食谱越多,就越具有权威性。

然而,无论能做出多少种简单的菜肴,也只有在掌握了最难的菜肴之后,他们才会被视为真正的专家。完成这些顶级挑战表明,他们不仅知道如何重现同一道菜,如何记忆食谱,还理解了其中的基本原理,并能将其应用到其他食谱和情境中。

一旦你掌握了制作火焰冰激凌的方法,几乎任何甜点都不在话下。这是因为,你学会的不仅是制作这种繁复华丽、将蛋糕和冰激凌结合在一起的创意美食,在这个过程中,你还学会了蛋白霜的制作基础、烘焙蛋糕的技巧、涂抹糖霜的手法,并掌握烘焙喷枪的精准操作方法。如果你全力以赴,说不定还能学会从头开始制作美味的那不勒斯冰激凌

食谱不过是可供查阅、参考的公式,在偶尔需要制作精致甜点时会派上用场。它是一种资源。真正有价值的是通过动手实践(敲碎鸡蛋、搅拌面糊)获取的经验。正是这种亲身实践会让你成为更优秀、更具悟性的厨师。毕竟,一份食谱只能教会你以特定的方式制作火焰冰激凌。若想为其增添更多风味,使用按部就班的方法便收效甚微了。真正可以应用到其他场景中的,是你在实践中学到的技巧。

02

什么是数学思维?

数学公式就像食谱。它们是解决问题的工具,本身并非解决方案。要想在所学的特定情境之外有效地运用它们,我们还须理解其背后的技能和原理。数学思维可以让这些“食谱”找到现实情境、发挥作用,它将程序性的元素转化为实际的做事方式和思考方式。尽管在人生的大部分时间里,高中学到的那些微积分方程就像火焰冰激凌的食谱一样被束之高阁,但数学思维几乎每天都能派上用场,可以帮助我们解决各种问题。

还记得你如何一节课接一节课地反复练习不同情境中的公式吗?还记得你曾为展示解题成果而耗费大量时间吗?还记得你在考试中绞尽脑汁地判断该用哪个公式吗?还记得你时常会困惑,为什么试卷上会出现那些你似乎从未练习过的刁钻问题吗?这些问题的存在并非为了增加难度,而是为了锻炼你的数学思维。

高中阶段的我们只顾着抱怨数学有多难,却没有意识到,在这些数字和符号背后,考试与作业其实是在引导我们解读情境,让我们即便遇到全新的问题,也能运用正确的程序和策略。我们是在学习如何证明自己的答案并验证其准确性。我们是在学习如何更具分析性和条理性。换言之,我们是在学习如何解决问题。

无论学生们是怎么认为的,数学并非作为某种酷刑而诞生。人们不过是构建出方程来解决现实中的问题。数学所关乎的是如何从地图上的 点到达 点,以及确认两点之间的距离;数清口袋里的硬币,并判断是否足以购买你看中的那块面包;留意自己从早晨醒来到现在已过去多少小时。

直到公元前 500 年前后,数学才成为一种新兴事物 。古希腊人并未像古巴比伦人和古埃及人那样根据日常生活和需求制定规则,而是利用数学去证明他们无法用其他方式理解的事物,比如重力的作用。突然之间,人们开始运用早先用于贸易和税收的概念来解决复杂的问题,比如计算金字塔的高度、解析圆的面积,甚至是解读星辰。方程成了伟大思想家探索他们对世界的想法和见解,并验证其正确与否的手段。时至今日,数学仍然扮演着这样的角色。

许多人可能会认为,我们应该怪罪古希腊人及其数学学派,他们让数学变得如此烦琐、复杂。但事实是,数学从未失却光彩,甚至越来越受欢迎了。

我们今天学习和教授的数学在很大程度上基于最近几百年才有的概念。这门学科已经从简单的加减乘除,发展为如今 60 到 70 个分支,其中 50 到 60 个分支是在过去 100 年间才出现的

世界各地的人们依然对数学抱有热情,并致力于相关研究。如今,对数学感兴趣的人比数学史上的全盛时期还要多。有些人研究的是我们熟悉的概念,比如代数和几何,但还有许多人研究的是远超普通数学爱好者想象(或噩梦)的理念。

从研究和分析人口、规划城市、编写代码、研发疫苗、解读天气模式、让飞机在空中保持飞行,到判断你在游戏中是输还是赢,再到其他无数领域,数学无处不在。随着社会的进步与发展,创新力度和科技水平持续攀升,数学领域也相应地经历着演变与发展。如今,数学已成为一种既成熟又无限的资源,我们可以借此工具更好地探索并理解世界。

03

数学与抽象

20 世纪 80 年代,这一数学观念上的颠覆性骤变促成了一个新定义的诞生。为了更好地概括更为抽象的数学用途,人们将这门学科称为“模式的科学。数学不再只具有实用性和功能性,它还具有解释性和思想性。数学不再只是代入数值得出答案,它关乎更深入的理解。人们可以通过数学来研究真实或虚幻,研究这个世界的本来面目,或是我们想象和感知中的世界。很可惜,这一新时代的数学理念没能进入课堂。

或者更准确地说,未曾有人阐明,如何才能改变旧的方法论,转变我们对数学可能性的看法。这实在令人遗憾,因为数学的精彩与奇妙之处就在于,它能将抽象甚至无形的概念转化为可以确定、计算、分析和研究的东西。

当然,数学本身并未改变。我们只是改变了看待数学的方式,并在使用数学的方式上更加富有创造性。但数学始终是抽象的;就连数学的基础也是抽象的,比如代表现实中的物体和数值的数,再如像虚数这样并无现实意义、更为宽泛的主题。

就像音乐变成纸上的音符,美味的食物变成食谱,现实世界中的实际应用变成了抽象的数与公式。也许对于普通大众来说,数学并不像这些例子那样令人愉悦。

但对另一些人而言,数学自有其旋律。他们比大多数人更能直观地理解,数与符号并非构成数学的要素,它们只能代表正在进行的运算和思考。真正造就数学魔法的是“理解”。当你学会运用这门语言时,数学就会成为一种能将任何事物具象化的通用语言。

你可能会想:“难道不是学会计算分数和加法对我的生活更有用吗?”

教育体系会认同你的观点。学校总是过于注重实用性,学生们鲜少有机会进行抽象思考。这就导致人们认为这一理解数学的方式更为困难。它确实可能更难,就像绘画要比将货币面额相加更难。关于这一方法的规则并无明确定义,这难免会令人心生畏惧,却又令人振奋。能够量化抽象事物正是数学的奇妙之处,也是它在日常生活中如此有用的原因。

04

对抽象思维的需求

在现代世界中,人们对实用技能的需求正在减少。我们的口袋里装有功能强大的小型计算机,指尖轻点便能触及科技世界,普通人很少需要用到数学的实用功能。这些任务通常会由专门的人员和工具帮助我们完成。我们无须理解飞机是如何在保持飞行的状态下,从一个地方去往另一个地方的(甚至包括驾驶它这件事)。我们也不需要知道,在社交媒体上发自拍照片时,代码是如何运行的。

与此同时,对于掌握抽象思维、善于解决问题、具备分析能力的人才的需求正在增长。你很难找到哪个职位描述会提及三角学或代数,但大多数职位至少会提到上述能力中的一项。你很少会有记住某个公式来解决现实问题的需求,但跳出思维定式、知道如何制定策略将是你每天都会用到的技能。

有趣的是,在看到我们对所熟知的数学需求减少时,我们也不知不觉地见证了人类对数学思维能力的兴趣愈发浓厚。幸运的是,回顾数学的这些方面要比回想起高中阶段学过的微积分公式容易得多。而且我保证,在后续章节中,当我们重新锻炼和强化这项能力时,几乎无须涉及任何计算。相反,我们将关注更为宏大的数学图景,解读我们在数学课上未能充分领悟的生活启示。如此一来,我们的思维、对待生活的方式都将有所精进。



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人人都用得上的数学:生活和工作中的数学思维

作者:[美] 阿尔伯特·拉瑟福德(Albert Rutherford)

译者:谈天星

文科生也能掌握的数学思维入门宝典!


1.提升核心思维能力:数学思维是一种通过抽象、逻辑推理和模式识别,将复杂问题分解并系统化,从而高效解决问题和做出理性决策的思考方式。


2.与生活紧密相关:本书介绍了“系统性思维”“批判性思维”“模式识别”等实用策略,教你运用概率统计、逻辑推理等数学工具,在生活中做出更理性的选择。


3.文科生也能轻松掌握:本书不讲公式,生动的比喻和案例让数学思维变得直观有趣,帮你从“思维混乱”走向“头脑清晰”。


“如果能重新设计数学课,我希望能让它回归‘智力游戏’和‘哲学思考’的本质。
首先,要打破年级界限,引入‘螺旋式上升’的学习模式。比如,小学可以接触概率(掷硬币),初中再深入概率模型,高中则学习概率分布的函数。每次深度增加,但都会围绕一个核心概念展开,而不是像现在这样学完一个知识点就跳到下一个。
其次,教师的角色要转变,从‘知识传授者’变为‘思维引导者’。少讲一些‘怎么算’,多问一些‘为什么会这样’、‘有没有其他方法’、‘它还能用来做什么’。课堂变成一场探讨会,鼓励学生用自己的语言描述和证明数学概念,甚至是辩论。
最重要的一点是,要让学生感受到数学的美感和力量。它可以是发现宇宙规律的工具,也可以是艺术创作的源泉。就像古希腊人那样,用数学去理解和证明世间万物,培养一种‘通过数学视角看世界’的能力。这不仅是教他们数学,更是教他们一种面对复杂世界、追求真相的思考方式。”

“这个问题问得太好了!我觉得锻炼‘不带公式的数学思维’,核心就是多拆解问题、多问为什么。比如,你看到一个促销活动‘买200减50’,不要直接掏钱,想想是不是真的划算?如果我买100块的东西,就为了凑200减50,那相当于我多花了100块只省了50块,甚至可能买到了不需要的东西。这就是简单的成本效益分析。
再比如,看新闻看到一个数据,别着急信,先想想‘这个数据是怎么来的?’‘有没有可能是幸存者偏差?’‘跟其他数据对比,它合理吗?’这就是在训练批判性思维。平时做个计划,比如周末去哪玩,我会把备选方案列出来,然后给每个方案打分(比如天气好坏、交通便利、花费多少),然后综合起来做决策,这种就是最基础的系统化思考了。”

“哈哈,‘模式的科学’确实有趣!我举个更贴近生活又有点‘玄学’的例子。你是不是发现身边有些朋友,他们总是在某些特定时间点发朋友圈或者回复信息?比如,小A总在晚上10点以后发一些深夜感悟,小B则喜欢在工作日中午分享美食。这就是他们的‘行为模式’。
还有,你去超市买东西,是不是总会走一条‘习惯路径’?先去生鲜区,再去零食区?这就是你的‘购物路径模式’。超市的货架摆放、促销设计,其实也都在利用大数据分析出来的‘消费者行为模式’来引导我们消费。所以说,我们每天都在无意识地识别和被‘模式’影响着,只是没有用数学的语言去描述它罢了。学会看懂这些模式,你就拥有了更多的主动权和‘预知能力’!”

“哈哈,‘不带公式的数学思维’听起来有点像武侠小说里的‘无招胜有招’!我觉得最简单又最有趣的练习,就是去‘模式识别’。比如,你发现你家猫每天早上5点半准时叫你起床,即使是周末也不例外。这就是一个行为模式。你就能推测出,它不是饿了,就是生物钟到点了,或者纯粹就是要你陪它玩。你甚至可以尝试‘实验’,比如哪天晚上多给它喂点食,看看第二天早上是不是还叫。这就是在用科学方法验证假设!
再比如,看一部电影或一部剧,导演是怎么埋伏笔的?人物关系网是怎么构建的?哪些情节是重复出现的呼应?这就是在识别故事的‘逻辑结构’和‘叙事模式’。我觉得生活处处是数学思维,只要我们愿意去观察、去思考,就能发现那些藏在‘食谱’背后的‘烹饪技巧’!”

“关于如何在日常中锻炼‘不带公式的数学思维’,我个人有几点体会。首先是培养‘归纳与演绎’的能力。比如,你观察到某些现象反复出现(归纳),然后试着从这些现象中提取共性,提出一个假设(某种模式),再尝试用这个假设去解释新的现象(演绎)。例如,工作中某个流程经常出错,去观察所有的出错案例,找出它们的共同点,然后提出一个改进方案。
其次是‘抽象化’的能力。把具体的人和事看作是一般性的“变量”或“系统”,尝试理解它们之间的“关系”而非被细节困扰。例如,在人际冲突中,不要纠结于具体的言语,而是去思考双方的‘需求’和‘预期’是否匹配,这其实就是将复杂情感抽象化为一种关系结构。这种思维方式能帮助我们更快抓住问题的本质。”

“没错,‘模式的科学’这个说法非常精辟。它不仅仅是数字和公式,更是底层逻辑。在日常生活中,我们只是没有刻意地去‘数学化’它们而已。
比如你出门前的穿搭,是不是会考虑TPO(时间、地点、场合)的搭配模式?你不是随机组合,而是依据不同的情境选择合适的模式。再比如,你玩游戏,无论是策略游戏还是角色扮演,你总会寻找最佳的升级路径、最有效的攻击组合、或者对手的出招习惯,这都是在识别和利用隐藏的‘数据模式’和‘策略模式’来达到最优解。
在更宏观的层面,经济景气与衰退、时尚潮流的轮回、甚至流行文化的传播,都有其内在的周期性和趋势模式,这些都在用非显性数学的方式影响着我们的生活和决策。”

“‘模式的科学’听起来确实有点高大上,但其实它无处不在!就像你提到的,做饭的时候,食谱其实就是一种模式,描述了食材、步骤和火候的顺序和量,来确保最终成果可复现。高级一点的,你可能发现某些食材搭配在一起总是好吃(模式识别),某些调味料的比例能让味道最佳(优化问题)。
社交方面,比如你和特定类型的人交流时,是不是总会遭遇某些相似的障碍?或者你发现某个朋友的情绪变化,总是有某种规律可循?这些都是潜在的‘行为模式’。识别这些模式,能帮助你更好地理解和预测人际互动。看电影追剧就更明显了,优秀的剧本通常会有伏笔、呼应、高潮、反转等叙事模式,这些都是在构建一个逻辑结构,用数学的眼光看,就是一种情节的组织模式。”