發(fā)布時(shí)間：2020-04-13所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：董鐵寶(1916-1968)是我國(guó)著名的科學(xué)家，在土木、抗震、力學(xué)與計(jì)算等方面卓有建樹，為中國(guó)的民族獨(dú)立與科學(xué)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn).通過(guò)查閱資料、開展訪談以及參加董鐵寶紀(jì)念會(huì)，對(duì)董鐵寶的教育背景與工作經(jīng)歷進(jìn)行了較為全面的回顧，詳細(xì)考察了他對(duì)中國(guó)計(jì)
摘要：董鐵寶(1916-1968)是我國(guó)著名的科學(xué)家，在土木、抗震、力學(xué)與計(jì)算等方面卓有建樹，為中國(guó)的民族獨(dú)立與科學(xué)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn).通過(guò)查閱資料、開展訪談以及參加董鐵寶紀(jì)念會(huì)，對(duì)董鐵寶的教育背景與工作經(jīng)歷進(jìn)行了較為全面的回顧，詳細(xì)考察了他對(duì)中國(guó)計(jì)算數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn).
關(guān)鍵詞：董鐵寶;土木工程;力學(xué);計(jì)算機(jī);計(jì)算數(shù)學(xué)
計(jì)算數(shù)學(xué)是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一個(gè)重要分支，主要研究數(shù)值計(jì)算方法的設(shè)計(jì)和分析等相關(guān)問(wèn)題.20世紀(jì)40年代末期，隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，計(jì)算數(shù)學(xué)開始快速發(fā)展并作為一門學(xué)科正式誕生[1].計(jì)算數(shù)學(xué)在中國(guó)的發(fā)展大致可以分為四個(gè)時(shí)期：肇始(40年代初中—50年代初)、創(chuàng)建(50年代中期—“文革”前夕)、恢復(fù)(改革開放—90年代初)與國(guó)際化(90年代中期—現(xiàn)在)，至今已呈現(xiàn)出欣欣向榮的局面[2].
在中國(guó)計(jì)算數(shù)學(xué)的初創(chuàng)階段，華羅庚做出了重大貢獻(xiàn)[3].此以，航空自動(dòng)控制學(xué)家林士諤，數(shù)學(xué)家趙訪熊、徐獻(xiàn)瑜與徐利治，力學(xué)家董鐵寶等也做了重要工作[4].由于董鐵寶是土木工程與力學(xué)出身，加之去世較早，有關(guān)他的資料較少且不乏錯(cuò)誤，已有較多研究關(guān)注他在力學(xué)方面的工作[5-7]，對(duì)計(jì)算數(shù)學(xué)論述不多.本文將對(duì)董鐵寶的生平、經(jīng)歷，特別是在計(jì)算數(shù)學(xué)方面的貢獻(xiàn)進(jìn)行較為全面的闡述考察.
1董鐵寶的教育背景與工作經(jīng)歷
董鐵寶，江蘇武進(jìn)人，1916年8月17日出生①，父親是中國(guó)著名法學(xué)家董康[8].1923年，董鐵寶隨父親遷居上海，先后就讀于上海實(shí)學(xué)中學(xué)、東吳二中、華僑中學(xué)、大同中學(xué)，1932年又插班考入南洋模范中學(xué)高中一年級(jí)[9].在南洋模范中學(xué)讀書時(shí)，董鐵寶沉默好靜，甚至還有幾分靦腆.他對(duì)課業(yè)不求爭(zhēng)勝，但卻有著自己的愛好與追求.特別是在畢業(yè)生的紀(jì)念冊(cè)上，董鐵寶寫下了“我不需要傳，但我等著干”的誓言[10].
1935年，董鐵寶考入交通大學(xué)(上海)土木工程學(xué)院.土木工程學(xué)院是交通大學(xué)最主要的三個(gè)學(xué)院之一，1936年時(shí)該院計(jì)有教授9人，專任講師4人，兼職講師2人，助教5人，師資力量雄厚[11].1937年八一三事變后日軍侵入上海，董鐵寶隨交通大學(xué)轉(zhuǎn)入租界繼續(xù)學(xué)習(xí).1939年，董鐵寶從土木工程系②順利畢業(yè).據(jù)董鐵寶的同鄉(xiāng)、交通大學(xué)機(jī)械系的同屆校友談鎬生院士回憶，董鐵寶是當(dāng)時(shí)交通大學(xué)最優(yōu)秀的學(xué)生之一[5]429.
畢業(yè)后董鐵寶決定離開上海孤島，到大后方為國(guó)效力.他冒著生命危險(xiǎn)，經(jīng)過(guò)艱困跋涉后，于1939年7月到達(dá)昆明，入職國(guó)民政府交通部技術(shù)廳橋梁設(shè)計(jì)處，先任實(shí)習(xí)員，后晉升為工程師.董鐵寶參與修建了滇緬公路上的功果新橋，其后又多次搶修被日軍轟炸的橋梁，保障了滇緬公路這條國(guó)際運(yùn)輸線的通暢
太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，日軍從緬甸攻入中國(guó)云南.接上級(jí)命令，董鐵寶與同事們撤回了昆明.鑒于滇緬公路被切斷，中美兩國(guó)又開辟了穿越喜馬拉雅山的駝峰航線.駝峰航線的執(zhí)飛需要大量機(jī)場(chǎng)，董鐵寶又積極投身到機(jī)場(chǎng)的修建工作中.滇緬公路與駝峰航線是中國(guó)歷時(shí)最久、運(yùn)量最大的兩個(gè)國(guó)際通道，有力地支援了中國(guó)抗戰(zhàn).董鐵寶曾在這兩條國(guó)際交通線上建功立業(yè)，為中國(guó)抗戰(zhàn)事業(yè)做出重大貢獻(xiàn).
抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利前夕，董鐵寶參加了國(guó)民政府教育部赴美留學(xué)考試并獲得通過(guò)，其中還有易家訓(xùn)等人[12].1945年底，董鐵寶從印度乘船赴美，進(jìn)入普渡大學(xué)土木工程系攻讀研究生，同時(shí)擔(dān)任助教.基于在交通大學(xué)求學(xué)時(shí)打下了的良好專業(yè)基礎(chǔ)，又在滇緬公路、機(jī)場(chǎng)建設(shè)中獲取的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，董鐵寶僅用一年時(shí)間便獲得了碩士學(xué)位.
1947年，董鐵寶來(lái)到伊利諾伊大學(xué)土木工程系攻讀博士，他的導(dǎo)師是美國(guó)著名土木工程、抗震工程專家紐馬克(N.Newmark).紐馬克1934年博士畢業(yè)于伊利諾伊大學(xué)土木工程系，隨后留校任教直至退休，1943年晉升為教授，1956-1973年出任土木工程系主任.由于杰出的貢獻(xiàn)，紐馬克先后當(dāng)選為美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士(1962)與美國(guó)科學(xué)院院士(1966)，并于1968年獲得美國(guó)國(guó)家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)耓13].
由于力學(xué)與土木工程密切相關(guān)，董鐵寶跟隨紐馬克攻讀博士學(xué)位時(shí)便開始關(guān)注結(jié)構(gòu)力學(xué)，特別是與之相關(guān)的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題.1950年，董鐵寶完成了博士論文《廣義平面應(yīng)力問(wèn)題的一種數(shù)值方法》(Anumericalapproachtoproblemofgeneralizedplanestress)并順利獲得博士學(xué)位[14].同年3月，董鐵寶留校任教，擔(dān)任土木工程系助理教授.由于出色的研究能力，董鐵寶于1952年晉升為副教授.
紐馬克曾擔(dān)任過(guò)美國(guó)國(guó)防部科研委員會(huì)、美國(guó)科學(xué)研究與開發(fā)辦公室顧問(wèn)，他從美國(guó)海軍研究辦公室(ONR)申請(qǐng)到一系列研究項(xiàng)目，其中很多項(xiàng)目都是由董鐵寶來(lái)完成.董鐵寶先后為美國(guó)海軍研究辦公室撰寫了多個(gè)技術(shù)報(bào)告，內(nèi)容涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)的數(shù)值積分方法(1954)、熱力學(xué)的數(shù)值積分方法(1955)、高層建筑抗震的數(shù)值分析(1955)等[15-17].
由于紐馬克任伊利諾伊大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主席(1947-1957)，因此董鐵寶還有幸參與了美國(guó)第一代電子計(jì)算機(jī)ILLIAC-Ⅰ的設(shè)計(jì)與編程.ILLIAC-Ⅰ是最早基于馮·諾依曼《EDVAC報(bào)告書的第一份草案》(FirstDraftofaReportontheEDVAC)的電子計(jì)算機(jī).董鐵寶關(guān)于結(jié)構(gòu)力學(xué)與熱力學(xué)的一系列數(shù)值計(jì)算都是在這臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn).因此，董鐵寶是中國(guó)最早使用電子計(jì)算機(jī)的研究人員，是中國(guó)研究計(jì)算力學(xué)的先驅(qū).
1956年，董鐵寶謝絕了校方與導(dǎo)師的挽留，毅然帶領(lǐng)全家回國(guó)[18].由于董鐵寶的杰出成就，北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所、計(jì)算技術(shù)研究所都熱忱相邀.最后董鐵寶選擇到北京大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系(以下簡(jiǎn)稱數(shù)力系)任教，同時(shí)在中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所、計(jì)算技術(shù)研究所、工程力學(xué)研究所兼職，直至1968年去世.
2對(duì)中國(guó)計(jì)算數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)
2.1研制計(jì)算機(jī)
由于在伊利諾伊?xí)r曾使用ILLIAC-Ⅰ進(jìn)行計(jì)算，董鐵寶在數(shù)力系固體力學(xué)教研室任教的同時(shí)，還在計(jì)算數(shù)學(xué)教研室兼職.1955年，數(shù)力系抽調(diào)徐獻(xiàn)瑜、胡祖熾、吳文達(dá)、楊芙清組建了計(jì)算數(shù)學(xué)教研室[19].為了響應(yīng)《十二年科技規(guī)劃》盡快在我國(guó)建立計(jì)算技術(shù)的要求，數(shù)力系又于1956年創(chuàng)辦了計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)，并在1957年培養(yǎng)出中國(guó)首屆計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生.回國(guó)不久的董鐵寶隨即投入到中國(guó)計(jì)算事業(yè)的拓荒之中.
20世紀(jì)50年代是中國(guó)計(jì)算機(jī)的起步階段，最主要的任務(wù)是研制電子計(jì)算機(jī).為了完成這一任務(wù)，數(shù)力系計(jì)算數(shù)學(xué)教研室又將北大教務(wù)科的張世龍調(diào)入.1956年，張世龍制作出“北大一號(hào)”模型機(jī).由于諸多條件欠缺，該機(jī)不能運(yùn)行.1958年，中科院計(jì)算所試制103機(jī)型成功，成為中國(guó)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī).
國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)防工程建設(shè)，對(duì)計(jì)算機(jī)研制提出了更高的性能要求.中科院計(jì)算所開始仿制蘇聯(lián)BESM計(jì)算機(jī)(104)，北大也決定制造一臺(tái)中型計(jì)算機(jī)，取名“紅旗”.當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)工程技術(shù)專家攜帶圖紙到科學(xué)院進(jìn)行指導(dǎo)，張世龍過(guò)去聽了幾次，但未能全部聽懂.
就在這一時(shí)期，經(jīng)過(guò)徐獻(xiàn)瑜、吳文達(dá)的努力和爭(zhēng)取，董鐵寶將個(gè)人的主要業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)入計(jì)算數(shù)學(xué)教研室.董鐵寶的到來(lái)對(duì)于張世龍可以說(shuō)是雪中送炭，他們經(jīng)過(guò)一連數(shù)天的討論，分析了計(jì)算機(jī)內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)，比較了蘇聯(lián)BESM和美國(guó)EDVAC指令系統(tǒng)和總體設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及可以做哪些改進(jìn)，然后開始帶領(lǐng)學(xué)生們制作計(jì)算機(jī)[20].
當(dāng)時(shí)國(guó)防科委正在參照美國(guó)的SAGE(半自動(dòng)地面防空系統(tǒng))研發(fā)自己的系統(tǒng)，得知北大與計(jì)算所都在研制計(jì)算機(jī)，商定由北大、計(jì)算所與五院合作，研制甲、乙、丙三臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)，總稱109機(jī).董鐵寶參加了系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)的幾次討論，安東將軍曾專程到董鐵寶的家中進(jìn)行拜訪①.張世龍后來(lái)對(duì)此懷念道：
“我較快地講授計(jì)算機(jī)原理課程和掌握了當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)大型計(jì)算機(jī)的理念，對(duì)北大計(jì)算機(jī)教學(xué)科研都有較長(zhǎng)期的影響.應(yīng)該說(shuō)，在很大程度上得力于董鐵寶教授的啟發(fā)和幫助!”[20]22
2.2文獻(xiàn)與情報(bào)咨詢
董鐵寶在回國(guó)前夕盡心搜集各種文獻(xiàn)，并把它們復(fù)制成微縮膠卷，其中有相當(dāng)一部分是關(guān)于計(jì)算機(jī)與計(jì)算數(shù)學(xué).特別是他帶回的馮·諾依曼《EDVAC報(bào)告書的第一份草案》，包括2001年度國(guó)家最高科技獎(jiǎng)獲得者、漢字激光照排系統(tǒng)創(chuàng)始人王選院士和夫人陳堃銶在內(nèi)的許多年輕人，都是通過(guò)董鐵寶才第一次閱讀到這篇珍貴的文獻(xiàn)②.
除此以外，董鐵寶還特意在留美數(shù)理邏輯學(xué)家王浩那里留下一筆資金，委托他定期寄來(lái)《計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)通訊》(CommunicationsofACM)等刊物，并主動(dòng)借給王選夫婦看.20世紀(jì)60年代，王選幾乎閱讀了董鐵寶訂閱的每一期《計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)通訊》，其中載有重要文章的卷期更是有借無(wú)還.王選保留的最重要的一期雜志是1961年第1期，這期雜志上有美國(guó)RumpGroupSeminar上發(fā)表的一系列關(guān)于ALGOL60編譯的文章，他關(guān)于DJS21機(jī)ALGOL60編譯系統(tǒng)中關(guān)于換名參數(shù)的處理方法完全是從此學(xué)來(lái)的.后來(lái)王選向董鐵寶匯報(bào)DJS21編譯系統(tǒng)的重要特色———源語(yǔ)言一級(jí)上的有力調(diào)試措施，并征求他意見.董鐵寶肯定地說(shuō)：“不敢說(shuō)百分之百，但絕大多數(shù)程序故障都能通過(guò)這一系統(tǒng)查出.”這使得王選很受鼓舞，后來(lái)這些措施深受用戶歡迎[21].
20世紀(jì)60年代初期，電子計(jì)算機(jī)在工程力學(xué)上的應(yīng)用開始凸顯，董鐵寶為此做了不少努力.他曾到哈爾濱為中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)所舉辦電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用的短期訓(xùn)練班，還曾在計(jì)算所舉辦過(guò)彈性力學(xué)短期講習(xí)班.董鐵寶強(qiáng)調(diào)工程研究要有數(shù)量概念，要學(xué)會(huì)數(shù)值計(jì)算，而計(jì)算方法的研究同樣需要掌握力學(xué)和工程的相關(guān)知識(shí)[7]68.
2.3學(xué)術(shù)指導(dǎo)
董鐵寶還在中科院計(jì)算所三室(計(jì)算數(shù)學(xué)研究室)承擔(dān)了很多學(xué)術(shù)指導(dǎo)工作，1962年崔俊芝院士進(jìn)入計(jì)算所三室二組工作，他回憶道：
“二組主要負(fù)責(zé)邊值問(wèn)題(水壩計(jì)算)和大規(guī)模的矩陣計(jì)算(建筑結(jié)構(gòu)分析).我被分在水壩組，主要跟隨馮康先生一起做研究;董先生主要負(fù)責(zé)建筑組，與他在學(xué)術(shù)上接觸較多的是曹維潞、易成貴和杜瑞明，董先生曾帶領(lǐng)他們參與成昆鐵路上的橋梁計(jì)算.當(dāng)時(shí)橋梁與飛機(jī)的計(jì)算用的都是結(jié)構(gòu)分析的矩陣方法，這也是有限元思想的萌芽.在有限元方法出現(xiàn)之前，董先生已帶領(lǐng)很多年輕人學(xué)習(xí)過(guò)阿格瑞斯(J.H.Argyris)等人關(guān)于結(jié)構(gòu)矩陣分析的前驅(qū)性文章，我也認(rèn)真讀過(guò)這方面的一本著作.”③
董鐵寶對(duì)具體的計(jì)算方法十分嫻熟.有一次，工作人員在一個(gè)壓力容器熱應(yīng)力的計(jì)算任務(wù)中遇到困難.由于容器的力學(xué)模型有性質(zhì)不同的兩個(gè)區(qū)域，無(wú)法運(yùn)用統(tǒng)一的計(jì)算方法.董鐵寶建議采用一種混合方法，即在一個(gè)區(qū)內(nèi)用低松弛迭代而另一個(gè)區(qū)內(nèi)用高松弛迭代，計(jì)算效果良好.在求解橢圓型方程邊值問(wèn)題中，由于他熟悉結(jié)構(gòu)力學(xué)，因此運(yùn)用了力學(xué)中一些方法進(jìn)行離散化，從而避免了使用差分法而帶來(lái)的一些困難[7]68.
董鐵寶善于從力學(xué)中提煉問(wèn)題，他從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)提出了一類重要的計(jì)算數(shù)學(xué)問(wèn)題———剛性方程(Stiffequation).20世紀(jì)60年代初，剛性問(wèn)題在國(guó)際上成為常微分方程求解中的重要課題，他積極支持、組織三室第四組的年輕科研人員開展學(xué)習(xí)和討論.此外，董鐵寶對(duì)國(guó)際上計(jì)算數(shù)學(xué)研究的最新動(dòng)態(tài)也有深入的了解[22].
2.4研究生培養(yǎng)
董鐵寶在中科院計(jì)算所三室還承擔(dān)著培養(yǎng)研究生的任務(wù)，當(dāng)時(shí)在他名下有四、五個(gè)研究生.1961年，周天孝進(jìn)入三室跟隨董鐵寶攻讀研究生，他的論文題目是“大型非對(duì)稱矩陣特征值的計(jì)算方法”.這個(gè)課題有著重要的工程力學(xué)分析價(jià)值，又是數(shù)值方法研究的熱點(diǎn).董鐵寶常告誡周天孝，要把計(jì)算研究做好，力學(xué)基礎(chǔ)是必不可少的.
在設(shè)計(jì)的算法理論上可行之后，董鐵寶又特別強(qiáng)調(diào)周天孝一定要在104計(jì)算機(jī)上進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試.在董鐵寶的指導(dǎo)下，周天孝順利地完成了論文，并于1965年通過(guò)了由計(jì)算所馮康，北京大學(xué)徐獻(xiàn)瑜、董鐵寶和清華大學(xué)的趙訪熊組成的答辯委員會(huì)①.四年的研究生學(xué)習(xí)，周天孝打下了扎實(shí)的計(jì)算基礎(chǔ).畢業(yè)后他到國(guó)防科委航天研究院工作，很快在航空計(jì)算力學(xué)領(lǐng)域脫穎而出，取得了一系列成績(jī).
1964年，北京大學(xué)的王烈衡與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的孫家昶考入計(jì)算所三室讀研究生.為了集北大與科學(xué)院兩家的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)研究生培養(yǎng)業(yè)務(wù)的馮康決定自己培養(yǎng)來(lái)自北大的王烈衡，而將來(lái)自科大的孫家昶交給董鐵寶培養(yǎng).董鐵寶送給孫家昶一本《矩陣論》的著作，還有一本《數(shù)學(xué)分析中的矩陣計(jì)算》的習(xí)題集，交代他用半年的時(shí)間讀書并完成習(xí)題②.董鐵寶去世后，孫家昶跟隨馮康繼續(xù)攻讀研究生，后成為著名的計(jì)算專家.
3結(jié)語(yǔ)
隨著計(jì)算機(jī)與計(jì)算數(shù)學(xué)的快速發(fā)展，計(jì)算已成為與理論、實(shí)驗(yàn)相并列的第三種科學(xué)方法，催生出計(jì)算力學(xué)、計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)等一系列新的學(xué)科分支.在這些學(xué)科中，計(jì)算數(shù)學(xué)是它們共同的紐帶和基礎(chǔ).因此在中國(guó)計(jì)算數(shù)學(xué)歷史的研究過(guò)程中，除了考察學(xué)科主體計(jì)算數(shù)學(xué)家的貢獻(xiàn)外，還需要關(guān)注那些與之有密切關(guān)聯(lián)的科學(xué)家與工程師的工作，董鐵寶便是這樣一位學(xué)者.
董鐵寶在求學(xué)期間主攻土木工程，之后逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到力學(xué).在解決一些力學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中，他敏銳地注意到數(shù)值計(jì)算的重要性，開始用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算.回國(guó)后，董鐵寶又積極投身于中國(guó)電子計(jì)算機(jī)的研制當(dāng)中，他帶回的一系列關(guān)鍵文獻(xiàn)發(fā)揮了極其重要的情報(bào)作用.董鐵寶積極倡導(dǎo)力學(xué)與計(jì)算數(shù)學(xué)的交叉融合，指導(dǎo)年輕研究人員開展相關(guān)研究，并培養(yǎng)了數(shù)位研究生.董鐵寶為中國(guó)計(jì)算數(shù)學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn).
相關(guān)期刊推薦：《內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)漢文版》(雙月刊)曾用刊名：內(nèi)蒙古師院學(xué)報(bào);內(nèi)蒙古師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)漢文版)，1959年創(chuàng)刊，是自然科學(xué)綜合性學(xué)術(shù)期刊，國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行.刊登數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、科學(xué)史、體育以及技術(shù)科學(xué)、交叉科學(xué)等方面的學(xué)術(shù)論文。除反映本校教師的科研和教學(xué)成果外，也吸收高質(zhì)量的外稿，有基金資助項(xiàng)目的稿件優(yōu)先刊用。
