【讲述人】牛家骥:曲阜师范大学数学系1958级校友,教授,国务院政府特殊津贴专家,全国优秀教师,曾宪梓优秀教师奖获得者,曾在著名数学家华罗庚教授身边工作。长期从事运筹学与数学教育研究与应用,出版专著十余部,发表论文数十篇,主持国家级、省部级科研课题七项,获省科技进步奖、省优秀数学成果奖等多项荣誉。曾任枣庄师专副校长、全国文科数学研究会副理事长、世界奥林匹克数学竞赛(中国赛区)专家委员会委员、中美ACTS公众学业素质能力研究中心高级顾问。
一、难忘的曲园情
1958年,我高中毕业考入曲阜师院数学系,1962年毕业离校。母校的四年时光,是我生命中最刻骨铭心的记忆,这份情怀深深扎根于岁月长河,至今仍清晰难忘。
相较于中小学时期的懵懂稚嫩,大学时光是我走向成熟的关键转折时期。在这里,我不仅学习了新的数学专业知识,更在师长的引领下学会了敢于思考、善于思考、辩证认知的本领。这段时光如同一束光,照亮了我未来的人生路径,其深远影响早已融入血脉,成为终身受益的精神财富。
在曲师的四年,最浓墨重彩的篇章当属我有幸全程参与了“公社数学”的研究创建与宣传推广。从理论框架到实践验证,从数据分析到编印成书,从成果展览到宣讲推广。这段经历不仅让我掌握了科学研究的方法,更培育了服务社会的责任担当,为日后的教学生涯和学术研究筑牢了根基。
二、开创“数学为农业服务”先河的“公社数学”
(一)“公社数学”的创建
20世纪50年代末,在“教育与生产劳动相结合”的号召下,当时的曲阜师范学院数学系积极响应号召,在教育改革方面大胆探索,做出诸多具有开创性的尝试,如鼓励学生走上讲台锻炼教学能力、组织学生自编教材以增强知识运用和总结能力,还开展了一系列与生产劳动服务相关的实践工作。此外,曲师数学系的师生多次前往曲阜陈庄公社参加劳动锻炼,虚心接受农民的再教育,在实践中不断成长。
为切实实现数学知识助力工农业生产建设的目标,当时的教务长赵紫生同志提议,各系应组织师生前往农村开展科研工作,深入探讨如何更好地服务农业。于是,数学系迅速行动,在1960年的春天,马立森老师带队,组织了我们数学系1958级的部分同学,奔赴毛主席批示的曲阜陈庄公社开启科学研究之旅。
在陈庄公社,马老师对科研小组的同学们要求极为严格。他规定,同学们白天必须跟随农民参与劳动,深入了解农业生产的实际情况,晚上则全身心投入科研工作。科研小组的同学们严格按照马老师的要求,坚持白天辛勤劳动,晚上挑灯科研,没有一人喊苦叫累,展现出了坚韧不拔的意志和为科学事业奉献的精神。
初到陈庄公社时,大家对如何将数学知识应用于农业生产毫无头绪,所以首先开展了相关知识的学习。我们认真钻研有关数学为工农业生产服务的书籍,如《线性规划》《生产组织与计划中的数学方法》等,努力从理论中寻找灵感和方法。为了更深入地探究数学为农业服务的有效途径,小组的每一位成员都积极参与大队的各类农活,希望通过亲身体验各种各样的农活,发现其中可以运用数学方法改进的问题,从而为农业生产提供科学的解决方案。就这样,我们在陈庄公社艰苦奋斗了一个多月,尽管付出了诸多努力,但研究工作却一度陷入僵局,始终没有找到清晰的头绪。
有一天,赵紫生教务长莅临小组调研进展情况。当得知尚无研究成果时,他给予了严肃的批评。面对批评,团队压力陡增,但迅速调整状态,聚焦农田劳动中的实际问题,探索数学方法的应用可能,终于提出了三个问题:一是针对大队长凭经验临时分配农活的现状,我们发现重体力劳动(如挖河泥)常由缺乏经验、体力较弱的学生承担,导致效率低下,通过分析劳动力特征与农活需求的匹配性,小组提出“劳力调配问题”。二是针对“粘土地种地瓜、沙土地种玉米”的行政指令种植乱象,我们开展土壤特性与作物适应性研究,小组提出“种植规划问题”。三是针对临近麦收,聚焦打麦场选址这个多目标决策难题,通过充分考虑麦子运输的远近、交通的方便、是否有水源等因素,小组提出“麦场设置问题”。
在赵紫生教务长要求的一周时间里,同学们把总结出的三个问题,进行了集体研究探讨,通过数学建模与算法优化形成系列解决方案并且不断改进完善,最后形成了数学为农业服务的一批成果:
“劳力调配问题”的解决方案:对劳动力进行量化评估(体力、技能等维度赋值),运用数学最优化模型构建劳动组合;实现重活由壮劳力承担、轻活由妇女群体负责的科学分工实施后,同类农活完成效率明显提升,劳动力负荷分配更趋合理。“种植规划问题”的解决方案:建立土壤类型(粘度、肥力等指标)与作物生长需求的匹配矩阵,运用线性规划模型进行“地块——作物”优化配置,制定分地块种植方案(如沙土地推广花生地瓜种植、粘土地侧重玉米小麦) ;当年试点地块产量显著提升,深受农民欢迎,该模型成为生产队科学种田的重要依据。“麦场设置问题”的解决方案:构建包含运输距离、交通便利性、水源可达性的三维评估体系,通过加权分析确定最优区位,形成“中心辐射式”麦场布局方案(兼顾多地块收割需求),总结出“小往大靠,外往里靠,支往干靠”“大半是麦场,小半进一站”的寻找最优麦场位置的口诀,该方案使麦子运输成本明显降低,有效缩短麦收时间。
这些成果将抽象数学理论转化为田间实践指南,不仅如期完成了科研任务,更是开创了“用数学方法破解农业生产难题”的新路径。这些来自实践的智慧结晶,经过系统整理,最终形成《公社数学》书稿,完成了从田间数据到理论体系的跨越。
在这部分内容末尾,我以“麦场设置问题”为例,简要介绍一下我们的思考、解决以及后续研究的历程:我们最初的想法是针对整块大麦田,求解平面上连续大面积区域内打麦场的最优位置,这属于典型的平面连续空间最优化问题。但很快发现解决这个问题相当困难,因为需要先判断平面是否均匀,若均匀,最优解即为重心点;若不均匀,寻找最优点就困难了。随后我们思路转向,将连续平面问题转为离散单点集合问题,降低复杂度;先聚焦一维直线场景(麦场在一条直线),我们和社员一起,评估每块地可产麦子的重量,画出麦田的道路连接图,在陈庄人民公社八个村庄,分段、划片,分别找到了麦场的最优位置;继而拓展至环形场景(麦场在几个圈内),通过归纳总结出口诀,成功解决单环问题,相关成果已收录于《公社数学》。
(二)“公社数学”的宣传推广
我们在农村两个多月后回到学校,学校对我们所完成的科研成果给予了极高的评价,认为这些成果意义非凡。它们不仅在省内崭露头角,更在全国范围内开创了数学为农业服务的全新局面,成为该领域的先锋范例。
为了让更多人了解并从中受益,学校精心制作了一系列展板,将我们的科研成果生动地展示出来。同时,学校还在曲阜组织召开了一场别开生面的数学为农业服务现场会议,参会人员包括来自部分高校的领导和老师。在会上,我有幸担任宣讲员,怀着激动与自豪的心情,向大家详细介绍了我们的科研成果。这些成果的创新性和实用性引起了强烈反响,参会的领导和老师们纷纷表示赞叹,会议结束后,大家仍在热烈讨论,这些成果的影响力迅速在高校间扩散开来。
农业服务现场会议宣讲照片
省里的领导听闻此事后,对我们的成果给予了高度关注,并决定在济宁召开规模更大的“山东省数学为农业服务现场会议”。我再次被委以重任,担任宣讲员,向全省的参会代表们汇报我们的科研成果。这次会议结束后,1960年初夏,我们的成果展板被转至山东省教育革命成果展览会进行展览,吸引了众多参观者的目光,进一步扩大了成果的影响力。
1960年5月4日,这是一个令曲阜师范学院全体师生都难以忘怀的日子,毛主席亲临山东视察。在视察过程中,《公社数学》一书进入了毛主席的视野,并得到了他的批阅和赞赏,伟大领袖毛主席在翻阅此书时,一边认真地看,一边关切地询问相关情况。5月7日,《大众日报》头版刊登了毛泽东主席审阅曲阜师范学院数学系师生编写的《公社数学》的珍贵照片。这张照片定格的不仅是领袖对高校科研实践的关怀,更是曲园人将数学理论扎根乡土、服务农业生产的创新印记——毛主席对书中的首创精神的肯定,成为镌刻在学校发展史上的高光时刻。
当时,由于曲阜师院参加展览会的人员安排有限,只安排了化学系的一位老师参加,这位老师向主席汇报了我校化学系师生在煤炭和污水综合利用方面的成果和研制的“土蒸馏釜”。数学系没有人在场,省里便安排了山东大学数学系青年教师王清扬同志代替我们进行汇报。从当时的照片中可以看到,主席左边是山东省委书记舒同同志,右边就是王清扬老师。学校为了更好地展示数学成果,派我到济南的山东省教育革命展览馆担任数学成果的讲解员。每每想到此事,我心中总会泛起一丝遗憾,如果我能早几天到展览馆,就有机会当面给主席汇报我们的数学成果了。
同年7月29日,《人民日报》第一版以《广阔的路》为题,对曲阜师范学院在运筹学的实际应用及理论探讨方面的成果进行了详细介绍,在国内产生了广泛的影响,也为我校运筹学的研究奠定了基础。
在展览馆工作期间,有一天,工作人员兴奋地告诉我,下午将有中国科学院数学所的数学家们前来参观。我满心期待地做好了准备。下午5时左右,这批数学家们步入展览馆。走在最前面的是一位身材魁梧、气质非凡的学者,工作人员轻声向我介绍,他就是大名鼎鼎的华罗庚所长。我心中既紧张又激动,当工作人员向华先生介绍我是曲阜师院的同志时,华先生显得非常激动,他热情地紧紧握住的手,许久都没有松开。随后,华先生又亲切地为我介绍了他身后的几位数学家,我也迅速调整状态,有条不紊地介绍了展览的内容以及我校数学为农业服务的科研成果。华先生听得十分认真,还不时提出一些问题,交流结束后,他非常高兴地诵读了一首诗,表达对我们成果的认可。其他数学家们相互交流后,也纷纷对我们的成果表示赞扬。参观结束后,省里安排我陪同华先生和数学家们一起用餐。我被安排坐在华先生身边,当时的我紧张得有些不知所措,连菜都不敢夹,华先生似乎看出了我的拘谨,他非常亲切地亲自为我夹菜,让我心中倍感温暖。用餐结束后,我与数学所的数学家们一同到省农林招待所住宿。由于住宿是临时安排,我有幸与华先生住在了同一个房间。在房间里,我与华先生进行了深入的交流,向他分享了很多我们学校为农业服务开展科研工作的具体做法和遇到的问题。通过与华先生的交流,我才得知,华先生此次来济南,正是因为听闻了我们曲阜师范学院在数学为农业服务方面取得的突出成果,所以决定在济南召开“全国运筹学现场会议”,目的是将我们的成果在全国范围内进行推广,让更多的地方受益。
省领导与华罗庚先生讨论研究召开“全国运筹学现场会议”(右一为华罗庚)
为了筹备好这次意义重大的“全国运筹学现场会议”,专门成立了筹备理论小组,负责收集全国各地数学为工农业建设服务方面的成果,以便在大会上进行广泛的交流。理论小组由六人组成,华罗庚担任组长,我则负责收集数学为农业服务方面的成果。第二天,我们从农林招待所搬到了珍珠泉招待所,我与著名数学家越民义先生住在一个房间。越先生不仅在学术上造诣深厚,后来还担任了第二任数学所所长。在与越先生同住的日子里,他对我帮助很大,不仅给我介绍了很多前沿的数学知识,还毫无保留地教给我许多实用的数学研究方法,这些都让我受益终生。当时同住在珍珠泉招待所的还有著名数学家吴文俊先生等,能与这些数学大家们共处一地,我深感荣幸。
在理论小组工作期间,我的主要任务是收集整理各地的成果,从众多的资料中筛选出认为有价值的成果向华先生汇报。华先生会根据这些成果的创新性、实用性等多方面因素,判断哪些可以作为大会交流的材料。如果华先生认可,我就会进一步整理这些成果,并向各位数学家报告,随后大家一起讨论,最终确定哪些成果能够在大会上进行交流展示。大会期间,华先生对我校的成果尤为重视,他让我详细提供了我校的相关材料,之后还亲自对这些材料进行加工整理,最终在大会上做了关于场地设置方面的学术报告,将我们学校的做法进行介绍和推广。
在筹备会议的那段时间里,我身边都是在数学领域享有盛誉的著名数学家,而我只是一个大二的学生,巨大的压力如影随形。特别是当华先生让我把汇总整理的成果向这些数学界的前辈们报告时,我心中充满了恐惧和不安。然而,华先生始终给予我莫大的鼓励和肯定,在我报告的过程中,他一直陪伴在我身边,坐在讲台上,用他坚定的眼神和鼓励的话语增添了我的信心,让我最终克服了内心的恐惧,很好地完成了整理后成果的汇报工作。
1960年8月1日,备受瞩目的“全国运筹学现场会议”在山东济南盛大召开,来自全国各地的正式参会代表370多人,这是我国最早的一次全国性运筹学应用成果与经验交流会。我记得,当时大会报告和编印的成果册里面收录了我校的“场站最优设置”“农业劳力最优组合”“作物布局与种植规划”以及龚为邦老师的一篇论文。在会上,华罗庚先生做了“数学方法在麦收中的应用”报告,他深入浅出地阐述了数学方法在农业生产中的实际应用,并建议在全国农村推广应用,为我国农业的现代化发展指明了新的方向。
“全国运筹学现场会议”会场
会后,省领导部署两项重点工作:一是在全省范围内开展宣传推广,二是在济南建设成果展馆,面向全国进行展览宣讲。
会议结束不久,省里发来通知,要求学校选派一名省级特派宣讲员,在全省开展“公社数学”的宣讲,我有幸再次被选中。于是,我以省级特派员和曲师代表的双重身份,先后前往临沂、昌潍、青岛三地进行宣讲。在临沂地区主要面向农民群体,重点讲解运筹学在农业生产中的实际应用与效益。在昌潍地区主要针对干部队伍,围绕政策落地与基层治理,阐述运筹学的决策辅助价值。在青岛地区主要以高校师生为对象,结合学术研究与实践案例,分享运筹学的理论创新与社会价值。得益于省里的统筹安排和地方政府的高度重视,各地的宣讲效果非常好。这让各地了解了我校数学学科为农业服务所做的工作,为学校赢得了良好的声誉。
在济南成果展馆建设与展览中,我作为全省高校抽调人员全程参与了整个过程。当时抽调的艺术院校美术专业师生负责展馆版面的设计制作,我牵头农业领域成果的材料收集、整理与展示方案设计。展馆落成后,我留任专职宣讲员,持续向全国及全省访客介绍运筹学在农业领域的实践成果。两项工作紧密衔接,既通过宣讲扩大运筹学影响力,又以展馆为长效平台深化社会认知,为学科发展与成果转化奠定了坚实基础。
随后,《公社数学》的影响越来越广,在国内成为“数学服务生产”的标杆案例。中科院运筹所专家、高校学者纷至沓来,推动了运筹学在农业领域的规模化应用。在国际上也引起关注,美国数学杂志专题报道,让世界看到新中国高校“把论文写在大地上”的科研范式。在校内,数学系以该书为起点,在前期服务农业的成果基础上,持续深耕研究,既聚焦实践应用,又注重理论突破,推动项目向更深层次发展。
(三)“公社数学”的发展
在吴文俊、越民义等学者提议下,学校成立运筹学研究室,又陆续出版了系列《公社数学》10余册。
1980年4月22日至26日,全国运筹学大会在济南召开,我们学校的王长钰老师、研究生张存铨作了学术报告。这次大会上,成立了中国数学会运筹学分会,华罗庚任理事长,越民义等任副理事长。经越民义提议大会同意,曲阜师范学院院长赵紫生同志任常务理事。
后经王长钰、章志敏等人的积极提议,在时任院书记赵志浩、院长赵紫生的倡导和帮助下,1983年2月6日,山东省教育厅批复,我校依托运筹学研究室,正式成立“运筹学研究所”,越民义先生担任首届所长,后任名誉所长。
运筹研究所成立后,在王长钰、章志敏、张玉忠、赵庆祯、时贞军、李荣生、王宜举等教授带领下,形成“实践应用与理论创新并重”的发展格局。在实践维度上,将数学方法深度融入农业生产各环节,解决灌溉优化、作物布局、资源调配等实际问题,成果在全省乃至全国多地推广应用。在理论维度上,在运筹学基础理论、数学建模等领域取得系列原创成果,部分研究达到国际先进水平,提升了学科影响力。这些成果不仅服务于国内农业现代化进程,更在国际学术领域引发关注,成为数学与农业交叉研究的典范。
三、初衷与说明
近年来,相关媒体多次追溯这段历史,学校以及章志敏教授、张玉忠教授等学者持续挖掘其学术价值。我作为全程参与者,特别是从陈庄公社回校后,到在曲阜、济宁、济南筹备召开现场会议,再到全省成果宣讲及济南展馆等工作,有必要对那段激情岁月进行补充完善,使其完整地再现。
值此母校70周年之际,我愿以本文为基石,补叙那段“用算盘丈量土地,以公式优化收成”的激情岁月与科研初心;诠释那份“中国知识分子把学问做进群众心坎里”的价值坚守与实践自觉。这份始于曲园的探索,不仅是一段校史传奇,更是一面镜子,映照着“把论文写在祖国大地上”的治学真谛。愿“数学为农”的曲园基因,如同深埋泥土的种子,在新时代乡村振兴的沃土中破土抽芽,绽放出更璀璨的智慧之光。
以上是我撰写本文的初衷。本文由我口述、数学系1982级校友明清河教授整理而成,我们力求完整再现开创“数学为农业服务”先河的《公社数学》的研究探索与宣传推广的历程。其中部分内容参考了张玉忠教授等学者的相关文章,在此向诸位致以诚挚谢意!囿于个人视角,加之年代久远,文中难免存在疏漏或不妥之处,恳请各位批评指正。