攀一座叫“数学”的高山

2024-08-07 00:00:00临江仙
求学·理科版 2024年14期

伟大的数学家华罗庚曾说:“宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,生物之谜,日用之繁,无处不用数学。”数学作为人类文明的基石,不仅在理论研究中占据重要的地位,在实际应用中也发挥着不可或缺的作用。微积分、线性代数、概率论等数学分支,不仅是培养学生逻辑思维、问题解决能力和创新精神的重要工具,也在科研、工程、经济等领域有着广泛的应用。

2024年初夏,第十五届全国大学生数学竞赛决赛在山东大学中心校区如火如荼地展开。这场被誉为数学界“奥林匹克”的盛会,吸引了全国众多顶尖学府的学子齐聚一堂,共同角逐数学领域的至高荣誉。表1为第十五届全国大学生数学竞赛决赛前19名。

以上这些高校一直以培养高水平的数学人才为己任,在数学领域有着悠久的历史和深厚的底蕴。这次比赛的好成绩,不仅是对这些高校数学学科建设的肯定,更是对它们人才培养成果的认可。以下是对此次竞赛中排名前5的5所高校数学实力的简单介绍。

山东大学数学学院历史悠久、实力雄厚,是我国重要的高等数学教育与数学科学研究基地之一。

经过90余年的努力,山东大学数学学科已发展成为在国内外具有重要影响力的数学科学研究中心和数学人才培养中心。数学学科整体水平位于全国前列,是国家“985工程”和“211工程”重点学科建设项目支持学科,在第四轮学科评估中获评A+,并入选国家首批“双一流”建设学科名单。取得“哥德巴赫猜想”研究两次惊世突破的潘承洞院士、独创“夏道行函数”的夏道行院士、微分动力系统领域专家文兰院士、控制科学家郭雷院士、中国金融数学开创者彭实戈院士、密码学家王小云院士、在有限群模表示论的研究中取得杰出成就的张继平院士等先后在山东大学数学学院执教或求学。

1913年秋,北京大学数学门的招生,开启了中国现代高等数学教育的先河。1952年秋,全国高等学校进行院系调整,北京大学数学系与清华大学数学系、燕京大学数学系经调整后,组建了新的北京大学数学力学系。1978年分设为数学系和力学系。1985年,概率统计教研室独立成立了概率统计系。1995年,在数学系与概率统计系的基础上成立了北京大学数学科学学院。

1952年以来,数学科学学院先后为国家培养了一万多名毕业生,其中包括30余名两院院士。获得国家最高科学技术奖的吴文俊院士和王选院士是数学科学学院校友中的杰出代表。此外,数学科学学院在2001年获得国家级优秀教学成果特等奖;在教育部的学科评估中,2002年、2007年、2012年数学学科均名列全国首位。2017年,北京大学数学和统计学在第四轮学科评估中均获评A+并入选“双一流”建设学科名单。

哈尔滨工业大学数学学院的前身是创建于1958年的计算数学专业。学校1987年成立数学系,2019年成立数学学院。

在第四轮学科评估中,哈尔滨工业大学数学学科获评A-,统计学获评B。在2023年的U.S. News世界大学数学专业排名中,学校数学专业排名全球第31位。在2023年的QS世界大学学科排名中,学校数学学科排名全球第148位。在2023年的软科世界一流学科排名中,学校数学学科位列全球第76—100位。

西安交通大学数学与统计学院的前身是创建于1928年的交通大学数学系。1956年,交通大学西迁,成立了数理力学系。1979年,学校恢复数学系。1994年,数学系与物理系合并组建理学院。2011年,西安交通大学数学与统计学院成立。

数学与统计学院拥有数学、统计学2个一级学科博士点,涵盖计算数学、应用数学、基础数学、概率论与数理统计、运筹学与控制论、统计学、应用统计(大数据方向)7个专业。数学学科进入ESI全球排名前1%,二级学科计算数学为国家重点学科。在第四轮学科评估中,数学获评A,统计学获评B。

1952年全国高校院系大调整时,复旦大学成立了数学系,由复旦大学数理学系数学组和浙江大学、同济大学、交通大学、大同大学等校的数学系合并组成。苏步青、陈建功等一批教授来到复旦大学,建立了微分几何、函数论等研究方向。复旦大学数学一时英才齐聚,蔚为大观,由此正式开启了黄金时代。

2005年,复旦大学于百年校庆之际,成立复旦大学数学科学学院,崭新蓝图渐次铺开。

2007年,复旦大学数学学科成为国家一级重点学科。数学学科在前三轮全国一级学科整体水平评估中综合排名均名列第2,在第四轮学科评估中获评A+。2017年,数学学科入选国家首批“双一流”建设学科名单,并在2021年国家第一轮“双一流”学科建设成效评价中,7个指标全部获评“显著”,2022年再次入选“双一流”建设学科名单。

上述在第十五届全国大学生数学竞赛决赛中排名前19的学校均为“985”高校,而非“985”高校中,在数学学科方面拥有较高水平的,还有以下几所,它们是数学学科为“双一流”建设学科的高校——南方科技大学、首都师范大学和湘潭大学,以及2所 “双非”大学 ——浙江师范大学、重庆师范大学。

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由第二轮“双一流”建设高校及建设学科名单可知,数学学科入选“双一流”建设学科名单的高校有15所,分别为北京大学、四川大学、吉林大学、中南大学、中山大学、山东大学、南开大学、清华大学、复旦大学、北京师范大学、上海交通大学、湘潭大学、中国科学技术大学、首都师范大学、南方科技大学。

南方科技大学

数学界的“深圳速度”

自2012年成立以来,南方科技大学一直坚持小而精、小而高、小而强的学科发展方针。学校着力发展特色优势明显的数学、物理、化学、力学等基础学科,其中数学入选了第二轮“双一流”建设学科名单。

南方科技大学数学系成立于2015年6月,现有基础数学、计算与应用数学、概率论与金融数学3个学科方向,包含代数、拓扑、组合数学、数论、代数几何、动力系统、偏微分方程、数学物理与微分几何、应用数学、计算数学、概率论、金融数学等12个主要研究领域。

2015年成立的数学系,2019年获批广东省重点实验室立项,2020年获批牵头建设深圳国家应用数学中心——这是首批13个国家应用数学中心之一,也是深圳首个国家级数学研究中心。2022年2月,数学学科入选第二轮“双一流”建设学科名单,南方科技大学由此成为深圳本土第一所“双一流”学科建设单位。

从拓扑学、代数组合学等领域的一流研究成果到科学计算领域的国家自然科学奖二等奖,从深圳本土培养的首位中国科学院院士到国际数学家大会45分钟报告人,从南方科技大学第一批一级学科硕士点、博士点到广东省重点实验室,从深圳国际数学中心(杰曼诺夫数学中心)到深圳国家应用数学中心……南方科技大学数学学科一年一大步,一步一个脚印,走出了数学发展“三天一层楼”的“深圳速度”。这是学科建设扎扎实实的真功夫锤炼出的真经验、硬成绩,也是深圳这块改革开放的热土孕育出的一朵科技教育之花。

南方科技大学数学学科将按照学校“三步走”发展规划的要求,以深圳国家应用数学中心和杰曼诺夫数学中心建设为牵引,聚焦十大国际前沿基础理论与应用问题,力争重大理论研究取得突破,服务国家战略和深圳国际一流大都市发展,同时打造具有重要国际影响力的中国南方数学重镇和一流国际交流与合作平台。

首都师范大学

两次入选“双一流”的实力

首都师范大学数学学科创建于1954年,经过几代人的建设,其在科学研究、人才培养、队伍建设和社会服务等方面取得了突破性进展。

首都师范大学数学科学学院下设数学与应用数学(含师范、非师范2个专业方向)、信息与计算科学、统计学 3个本科专业。其中,数学与应用数学、统计学2个专业为国家级一流本科专业。

2014年,数学科学学院方复全教授的“微分流形的几何拓扑”项目荣获国家自然科学奖二等奖,这是首都师范大学作为第一完成单位在国家科学技术奖项上的历史性突破,也是市属单位在国家自然科学奖项上的首次突破。

2017年9月,首都师范大学入选“双一流”建设高校名单,数学学科入选“双一流”建设学科名单。

2018年国家自然科学基金委资助创新研究群体项目共38项,其中数学领域仅1项,被首都师范大学收入囊中。创新研究群体项目的获批,意味着学校在特定的学科领域已经确立了足够的优势,拥有了稳定的科研主战场。

2020年12月,数学科学学院获批成立北京国家应用数学中心,并先后建成了北京市检测成像工程中心、北京成像技术高精尖创新中心、光场成像与数字几何北京市重点实验室和三维信息获取与应用教育部重点实验室等科研平台。

2022年2月,数学学科顺利入选第二轮“双一流”建设学科名单,这充分体现了数学学科首轮建设的良好成效,是数学科学学院综合实力和核心竞争力持续提升的全面彰显。

此外,数学科学学院基于计算共形几何、最优传输等数学前沿理论,设计开发了面向光场成像技术的先进算法,并在工业检测、精准医疗、三维人脸识别等领域的关键技术上取得了重要突破;学院还利用在数学、统计建模等方面所取得的理论成果,解决了大尺寸CT图像的快速高质量重建难题,合作研制了包括国内首台亚微米显微CT、口腔CT、锥束CT在内的国际先进新型CT设备,并为中国空空导弹研究院等数十家单位的千余件关键部件作了检测。

湘潭大学

伟人故里筑起数学高地

湘潭大学创办于1958年,同年9月10日毛泽东同志亲笔题写“湘潭大学”校名。在湘潭大学的办学过程中,数学专业始终是学校的重点建设项目之一。

数学与计算科学学院是湘潭大学成立最早的院系之一,肇始于1974年复校之初的数学、计算数学专业。学校1976年成立数理系,1981年更名为数学系,2003年成立数学与计算科学学院。

数学与计算科学学院现有数学与应用数学系、信息与计算科学系、统计学系、数据科学与大数据技术系、高等数学教学部等5个系部。2022年2月,数学学科入选第二轮“双一流”建设学科名单。

数学与计算科学学院建有全国首批国家应用数学中心——湖南国家应用数学中心,拥有教育部基础学科拔尖学生培养计划2.0基地、教育部重点实验室等平台,还拥有全国教育系统先进集体、全国高校黄大年式教师团队、教育部创新团队等团队。此外,学院还承担了国家重点研发计划重点专项项目、国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目、国家自然科学基金重点项目、国家科技重大专项课题等一批科研课题,获得了国家自然科学奖二等奖、国家级教学成果奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖等奖励。

相关统计资料显示,恢复高考以来,湘潭大学的毕业生中已走出5位院士或会士、20位国家杰出青年科学基金获得者、18位大学正校长。在众多杰出校友中,有中国科学院院士、中国科学院数学与系统科学研究院研究员袁亚湘,中国科学院院士、中国科学院数学与系统科学研究院研究员周向宇,美国宾夕法尼亚州立大学终身教授、计算数学领域专家许进超,“SLS(选择性激光烧结)之父”许小曙,中国工业与应用数学学会副理事长、湖南国家应用数学中心主任黄云清,中国科学院数学与系统科学研究院研究员曹道民,中国科学院计算数学与科学工程计算研究所所长周爱辉……

2023年2月,教育部和科技部公布了2023年度“高等学校学科创新引智计划”(简称“111 计划”)名单,湘潭大学申报的“数学学科创新引智基地”成功入选。据悉,该基地是湘潭大学获批的首个国家级引智平台,是湘潭大学继获批全国首批国家应用数学中心、教育部基础学科拔尖学生培养计划2.0基地后的又一重大突破,也是学校“双一流”建设取得的又一标志性进展。

“面向未来,湘潭大学数学学科将在基础研究上,瞄准国际前沿,追求理论成果的原创性;在应用研究上,积极服务社会,围绕国家和湖南省的重大需求,通过学科协同交叉,解决一批实际应用问题。”湘潭大学党委书记、数学学科带头人黄云清表示。

浙江师范大学

以数学学科为亮点

浙江师范大学数学科学学院办学已有60多年历史,是学校最早建立的系科之一。学院下设基础数学系、应用数学系、离散数学系、交叉数学系等4个系,现有数学与交叉科学研究院(筹)、数学研究所、动力系统和非线性分析研究所、离散数学研究所、现代分析及其应用研究所、数学交叉科学研究所等6个研究机构,并牵头引进浙江睿达教育科技有限公司共建“浙江师范大学睿达博雅教育研究中心”。

数学科学学院拥有1个省优势特色学科(数学),2个国家级一流本科专业(数学与应用数学、信息与计算科学),其中数学与应用数学专业为教育部“专业综合改革试点”单位,为首批通过教育部师范类专业二级认证的专业。数学学科入选“十四五”浙江省登峰学科和浙江省高水平大学基础学科,数学学科拔尖人才培养基地获批“十四五”省级基础学科拔尖学生培养基地。此外,在第四轮学科评估中,数学学科获评B+。2021年,数学学科进入ESI全球排名前4‰,居全球第96位,在上榜的国内高校中排名第15位。

数学学科先后培养了1.5万余名优秀毕业生,其中包括省人大常委会主任楼阳生、省人大常委会副主任陈金彪等一批党政高级干部代表;第25届国际数学家大会45分钟报告人、美国范德比尔特大学教授郁国梁,美国明尼苏达大学数学系终身教授江迪华,美国奥本大学教授沈文仙等一大批知名学者;以“时代楷模”、扎根苗乡烛照学子的优秀支教校长陈立群,“全国脱贫攻坚先进个人”麻成广等为代表的教育工作者等。

在重点发展图论与组合数学、微分方程与动力系统、函数论与泛函分析、代数与几何、优化控制与计算、统计与数据科学等基础较好的研究方向的基础上,学校不断调整和完善学位点的结构,进一步加强数学及相关交叉学科的学位点建设,通过构建数理医学院、城市轨道交通运营安全技术及装备研发协同创新中心、智能教育省重点实验室等学科平台,力争形成以基础理论研究为核心,以应用交叉研究为导向的服务国家发展战略、区域经济发展的数学与交叉科学研究重要基地。

重庆师范大学

正在研发自动驾驶汽车的“大脑”

重庆师范大学是一所综合性大学,教育实力非常强劲。近年来,学校在数学方面也大有可为。2020年2月26日,科技部公布了首批13个国家应用数学中心名单,由重庆师范大学牵头,联合中国科学院大学、重庆大学、中国科学院重庆绿色智能技术研究院、陆军军医大学、重庆长安汽车股份有限公司等13家单位合作共建的重庆国家应用数学中心成为其中之一,这是重庆市唯一获批成立的国家级数学中心,也实现了重庆师范大学在国家级科研平台上的历史性突破。

学校数学科学学院起源于建校“老八系”之一的数学系。自1954年以来,数学学科建设不断进取,先后获批重庆市“十五” “十一五”“十二五”重点学科,以及重庆市“十三五”市级一流学科和“十四五”重点学科,现国家级领军人才杨新民教授为学科带头人。

“作为地方高校,在学科建设上要扬长避短,如此才能做出特色。”杨新民认为,运筹学可以将复杂的问题抽象为数学模型,再通过分析、运算得到各种各样的结果,最后通过综合性的合理安排,达到最好的效果。因此,数学既具有参考决策性,也具备“学以致用”的前景。于是,杨新民带领数学学科团队,在运筹学领域的多个方向开展原创性研究,并服务地方经济发展。

1987年,杨新民所在的团队和当时的重庆市计划委员会合作,共同完成“重庆产业政策研究”的课题,用数据来寻求重庆应该发展的支柱产业。那时,计算机尚未普及,杨新民及其团队从统计局拉了整整两卡车纸质文档回来,然后和学生一起整理这些数据,再对数据进行分析,建立了多目标优化模型。

通过建模、数据分析以及与各个单位的交流,杨新民得出结论:重庆应该选择汽车、摩托车和机械等产业为支柱产业。

“这个政策指导了重庆很长一段时间的产业发展,我也备受鼓舞,觉得应该将运筹学运用到更广阔的领域中去。”杨新民说。在他和团队的共同努力下,在运筹学领域,重庆师范大学成为全国第一个获得教育部自然科学奖一等奖及唯一拥有教育部重点实验室的高校。

2019年,杨新民主持完成的“向量最优化问题的理论研究”项目,获得2018年度国家自然科学奖二等奖。2019年年底,由杨新民牵头申报的“最优化问题的人工智能方法”项目,获国家自然科学基金重大项目立项。

如今,重庆师范大学数学学科以运筹学学科方向为龙头,带动基础数学、计算数学、应用数学等其他学科方向协调发展。在近两年的中国最好学科(软科)排名中,学校的数学学科位列第20名、第17名。

重庆国家应用数学中心位于重庆师范大学(大学城校区)东南角,于2019年9月成立,2020年2月获批国家级应用数学中心,2021年12月,该中心建设项目开工。

目前,重庆国家应用数学中心正着手研究“复杂条件下自动驾驶轨迹实时优化问题”重大课题,并与长安汽车合作,共同研发自动驾驶汽车的“大脑”。

此外,重庆国家应用数学中心也承担了国家电网科技项目——基于非凸稀疏多目标优化的生活用电能表信息化评价校准关键技术研究,使电能表的检定校准变得智能;与重庆医科大学附属儿童医院联合开展基于儿童医疗数据的知识图谱系统研究;与智慧金融与大数据分析重庆市重点实验室共同研发网络知识引擎……