수학자의 생각 수업 (수학적 모델링과 과학적 사고를 둘러싼 30가지 질문)

수학자의 생각 수업 (수학적 모델링과 과학적 사고를 둘러싼 30가지 질문)

$29.80
Description
데이터 수집에서 모형 검증까지
미래 인재를 위한 수학적 모델링 실전 수업


“왜 수학 공식보다 ‘생각의 구조’가 더 중요한가?”

전염병의 확산부터 자원의 최적 배분, AI의 예측까지
교과서 밖 현실을 푸는 수학적 사고법
수학을 그렇게 오래 배웠는데 왜 현실에서는 제대로 활용하지 못할까? 이 질문은 현시점에서 수학 교육이 마주한 뼈아픈 지점이다. 베이징대학교 수학과를 졸업하고 수학 교육의 권위자로 자리매김한 저자는 우리가 수학을 ‘체계적인 사고를 위한 통찰’이 아니라 단순히 ‘숫자를 다루는 기술’로 소비하고 있음을 지적한다. 칸트가 인간을 도구로 삼는 행위를 경계했듯이, 수학이 시험 성적에 필요한 계산 기술에 머문다면 우리는 인생의 가장 소중한 기간인 10대를 헛된 공부에 투자하는 실수를 하는 셈이다. 따라서 진정한 수학 공부는 공식을 외우고 계산을 잘하는 기술이 아니라, 세상을 명확히 꿰뚫어 보고 도구화의 위협으로부터 스스로를 지켜 내는 ‘자유의 기술’이자 ‘도야(陶冶)’의 과정이어야 한다고 역설한다.
무의미한 숫자에 휩싸인 삶에서 벗어나 주체적인 인간으로 바로 서기 위해 저자가 제시하는 구체적인 해법은 바로 ‘수학적 모델링’이라는 사고의 전환이다. 수학을 시험지에 갇힌 공식이 아니라 현실 세계를 해석하고 재구성하는 살아 있는 언어로 되살려낸다. 이는 중국과학원의 린췬 학술원사와 교과 과정 개정팀의 왕상즈 교수 같은 거목들이 이 책을 강력히 추천한 이유다. 이 책은 우리를 단순한 학습자에서 스스로 탐구하는 사람으로 이끌며, 생각의 도약을 경험하게 한다.
방법론으로서 수학은 복잡한 현상에서 본질적인 요소를 추출하고, 가설을 세우며, 나만의 모형을 구축해 정답이 없는 현실에 도전하는 역동적인 탐구 과정이다. 이 책은 이러한 모델링의 정수를 30가지 대화 속에 정밀하게 배치했다. 전염병의 확산 경로를 예측하는 논리부터 인공지능이 수백만 개의 변수를 처리하는 최적화 원리까지, 일상의 사례들은 어느덧 고차원적인 과학적 사고의 즐거움으로 이어진다. 이 과정을 통해 현실의 문제를 수학적 언어로 번역하고, 불확실성 속에서 최선의 답을 찾아가는 과학자들의 집요하고도 아름다운 사고 과정을 목격하게 된다.
이 책이 도달하고자 하는 바는 수학적 완성도를 넘어선 삶의 태도에 있다. 저자는 지식은 수단일 뿐이며 그 끝에 닿는 통찰만이 우리를 자유롭게 한다고 말한다. 수학적 모델링을 통해 세상의 규칙을 스스로 찾아내는 힘을 갖는다는 것은, 타인이 정해놓은 기준에 매몰되지 않고 나만의 불꽃 같은 힘을 발휘하며 ‘자기 삶의 주인’이 되는 길이다. 이제 이 서른 번의 생각 수업을 마치고 나면 수학은 더는 쓸모가 없거나 두려운 과목이 아닌, 복잡한 세상 속에서 길을 잃지 않게 해 줄 가장 선명한 렌즈이자 삶의 존엄을 지켜낼 강력한 무기가 될 것이다.
저자

주하오난

베이징대학교수학과를졸업한수학교육전문가이자청소년수학교육분야의대표적인권위자.
수학을단순한계산기술이아닌‘세상을해석하는강력한도구’로정의하며,수학적모델링을통해학생들의사고력과문제해결능력을확장하는데전념해왔다.
주요저서인『수학적모델링33강(数学建模33讲)』과『모델링을위한수학(面向建模的数学)』은중국고등학교수학교육과정의핵심역량과연계된대표도서로추천되고있다.흥미로운사례를통해일상과과학,사회문제를수학적으로탐구하며,학습자가스스로질문하고가설을세워‘과학자처럼사고하는법’을익히도록이끈다.

목차

추천사
들어가며_수학은사람의학문이다

대화1수학적모델링교육
대화2어떻게문제를선택할것인가(1)
대화3어떻게문제를선택할것인가(2)
대화4요인분석
대화5기본가설(1)
대화6기본가설(2)
대화7데이터수집
대화8관계존재론,가설과검증,다중모델사고
대화9목표-제약쌍대성과수학의세가지모순
대화10대칭보존법칙과측정근사와오차의증폭이론
대화11복잡계의규칙창발성과재규격화법칙
대화12최소작용의원리
대화13반복진화와엔트로피증가원리
대화14은유와유추
대화15선형회귀
대화16보간다항식과저차스플라인
대화17매개변수의구조설정
대화18모델의최적화와의사결정
대화19수학적모델링에구현된근대과학의3대전통(1)
대화20수학적모델링에구현된근대과학의3대전통(2)
대화21과학자처럼현상바라보기
대화22과학자처럼지식계승하기
대화23과학자처럼관념활용하기
대화24과학자처럼결과이해하기
대화25측정에대한이해
대화26미분동역학시스템(1)
대화27미분동역학시스템(2)
대화28진법과분류
대화29모델검증
대화30감성이이성을이끌다

출판사 서평

“질문에서가설,선택과검증까지
수학적사고의전과정을한권에담다”

ㆍ무엇을가정하고,무엇을버릴지판단하는기준
ㆍ수식보다먼저등장해야할질문들
ㆍ계산결과를해석하고한계를인식하는사고법


수학시간에이런질문을들어본적이있을것이다.“정확한하나의답은무엇일까요?”우리는그렇게배워왔다.빠르게계산하고,정확한답을맞히는것.수학은정답을향해곧장달려가는과목처럼보였다.
그런데현실은조금다르다.예를들어보자.어떤데이터의관계를함수로만들어그래프로그렸더니,점들이거의직선위에놓였다.누가봐도“관계가분명하네”라고말할만한그림이다.그런데분석방식을조금바꾸자전혀다른이야기가나왔다.그래프는같은데,의미는완전히달라진것이다.무엇이틀린걸까?계산이잘못된걸까?이책은바로그지점에서질문을던진다.
‘혹시우리가놓치고있는건계산의결과가아니라,그계산을바라보는방식이아닐까?’
이책『수학자의생각수업』은수학을문제풀이기술로다루지않는다.대신,문제를어떻게바라보고정의하는지부터차근차근보여준다.현실의문제는시험문제와다르기때문이다.“조건은아래와같다”라고깔끔하게정리되어제공되지않는다.우리가직접결정해야한다.어떤요소를포함할지,어떤요소는단순화해도되는지,어디까지를가정으로둘지등이런선택의과정이바로‘모델링’이다.

복잡한세상을이해하는30번의대화

“수학은사람의학문이다.”이책의저자는이한문장으로책을시작한다.수학은누군가반드시완성해야하는임무도,지적수준을판단하는수단도,완벽한학문도아니라는선언이다.사람에게한계가있듯수학도마찬가지이며,사람과수학은서로의한계에마주하며끊임없이저항하고진화한다는통찰이책전체를관통한다.
그렇다면한계가있는수학이어떻게인류문명과과학기술발전의핵심역할을수행했을까?그는이질문에답하기위해수학적모델링이라는렌즈를제시한다.수학적모델링이란단순히실세계문제를수학으로해결하는것이아니다.그것은“어떤현상이면에있는수학구조를찾아내고,이러한구조를활용해현상을이해해나가는과정”이다.피타고라스학파의이념에서시작해미적분,위상수학에이르기까지많은수학적개념이실은수학적모델링의산물이었다.
이책은호기심많은학생수연,전통적사고를대표하는손선생님그리고철학과과학에정통한신세대교사주선생님의이세명이나누는대화로펼쳐진다.30개의대화주제를통해저자는수학적모델링의전과정을입체적으로보여준다.첫대화에서수연이던지는질문은명료하다.“수학적모델링이란무엇인가요?”주선생님의답변은더욱날카롭다.“고등학교에서응용문제처럼답이하나만있는문제는없단다.”현실은명확한정답이없는열린문제들로가득하며,무궁무진한접근방식을허용한다.그것이바로수학적모델링이필요한이유다.

우리에게필요한건계산능력이아니다

책속에는이런장면이등장한다.특정상황에서가장좋은선택을찾는문제다.비용을최소로하면시간이늘어나고,시간을줄이면위험이커진다.그렇다면무엇이최선일까?처음에는하나의답만있을것처럼보인다.하지만조건을조금만바꾸면답도달라진다.비용을더중요하게생각하는사람과안전을더중요하게생각하는사람의선택은같을수없다.그순간우리는깨닫게된다.‘최적’이라는말이생각보다간단하지않다는것을.
이책이흥미로운이유는수학의한계까지솔직하게보여주기때문이다.측정에는항상오차가있고,모형은현실을완벽하게담을수없다.그래서계산이끝난뒤에도생각은계속된다.‘이결과를어디까지믿을수있을까?’‘내가세운가정은충분히타당할까?’이질문을반복하는과정에서수학은점점살아있는도구가된다.
우리는지금수많은데이터와숫자속에서살아간다.인공지능은순식간에분석해내고,그래프와예측결과를화면에띄운다.그럴수록더중요해지는것은계산능력이아니라해석능력이다.이책은그힘을길러준다.숫자를마주했을때한번더생각하게만든다.그래프를보면‘왜이렇게나왔을까?’를묻게되고,결론을보면‘어떤가정에서나온걸까?’를따져보게된다.
그렇게사고의방향이조금씩바뀐다.수학은여전히엄밀한학문이다.하지만이책을읽고나면알게된다.엄밀함은출발점일뿐,끝이아니라는사실을.정답이하나가아닐때,우리는더깊이생각하게된다.그리고그생각의과정이세상을이해하는가장단단한방법임을이책은조용하지만설득력있게보여준다.

과학자처럼생각하고,수학자처럼해결하라

모델링과정은일곱단계를거친다.호기심이생겨나고,문제에대한감성적인식이형성되며,기존패턴을시도하다한계에부딪히고,감성적통찰이재개입하여혁신방향을제시하며,새로운패턴을창조하고,검증과추상화를거쳐,다시처음으로돌아가반복한다.이과정에서학습자는예술을감상할때와비슷한감성적깨달음을얻는다.전율,몰입,기쁨,위안…이는이성만으로는도달할수없는영역이다.
이책은그저그런수학교재가아니다.수학을통해세계를이해하고,자신을이해하며,진정한사유의자유를경험하는안내서다.저자가연구실포스터에적어놓았다는문구가이책의정신을압축한다.“수학모델링연구소에서자유의기술과과학의정신을배우고도구화될위험으로부터스스로를해방하라.”
수학은사람의학문이다.그리고사람은자유를향한존재다.수학적모델링은그자유를실현하는하나의방법이다.30번의대화는마치30개의문처럼펼쳐진다.각각의문을열때마다새로운세계가나타나고,이전에품었던의문이다음문의열쇠가된다.문제선택에서시작해요소분석,기본가설,데이터수집을거쳐관계존재론과쌍대성으로나아가고,대칭과측정,복잡계와작용원리를지나은유와방법론으로이어지며,과학의전통과사고방식을배우고,측정과동역학,진법과검증을거쳐마침내감성과이성의변증법에도달한다.
자연스럽게이어지는이여정은우리에게묻는다.“당신은무엇을보고있는가?당신은어떻게생각하는가?당신은왜그것을아름답다고느끼는가?”수학은답을주기전에먼저질문하게만든다.그리고그질문속에서우리는비로소자유로워진다.