数学课里的“长城”

——从“一万三千多里”到现代测绘

字数:1484 2025-08-13 版名:共阅山河
  □雍淑敏
  当读到小学语文课文《长城》里的“这样气魄雄伟的工程,在世界历史上是一个伟大的奇迹”时,我总会停顿片刻。课文里从山海关到嘉峪关的“一万三千多里”像一根细针,轻轻挑开我对长城的认知帷幕——古人如何测量出长城的长度?现代科技又如何重新定义这个长度?这两个问题让我重新审视历史与科技的对话。
   课本里的“一万三千多里”:古人的数学智慧
  我第一次注意到这个数字,是在《明史·兵志》中。书中说,长城自秦以来,代有修葺,明隆庆以后,边墙延长至一万三千余里。但问题来了:明代没有卫星,没有全站仪,古人如何得出这个精确到“里”的数字?
  带着学生进行数学实践时,我曾让他们用步测法估算校园的周长。假设古人用“步”作为基本单位,据《中国度量衡史》记载,明代一尺约合32 厘米,一步五尺为1.6米。若“里”按300步算,一里约480米。那么“一万三千多里”相当于约6240公里。这说明,课文中“一万三千多里”并非现代意义上长城的总长度(明长城与秦汉及早期长城共计2.1万公里),而是明代对“现存墙体”的粗略统计。
  古人的测量并非毫无章法。《周髀算经》中有“圆出于方,方出于矩”之说。战国时期,人们已用“矩”(直角曲尺)测水平、画矩形;汉代《九章算术》专设“均输”“商功”章,研究工程测量中的比例与体积计算。明代修筑长城时,工匠们沿用“以绳代尺,以步定距”的传统:用麻绳量出每段墙体的水平投影,再乘以坡度系数修正实际长度;用“计里画方”的方法,将长城分段标注在舆图上,“十里一墩,百里一堡”,通过几何拼接估算总长。这种基于经验的测量,虽不如现代精确,却蕴含着“化整为零”“以直代曲”的数学思想——与今天用微积分计算曲线长度的思路有异曲同工之妙。
   卫星镜头下的“精准密码”:现代测绘的数学革命
  在网课“数字长城”中,我第一次见到用卫星遥感技术生成的长城三维模型。屏幕上,从山海关到嘉峪关的城墙如巨龙盘桓,每块城砖的裂痕都清晰可辨。项目组工程师说:“我们用了高分七号卫星的0.65米分辨率影像,结合无人机倾斜摄影和地面激光扫描,最终测得明长城总长度为8851.8公里。”
  这个数字让我想起数学中的“误差修正”。古代测量受限于工具,只能得到近似值;现代测绘则通过“多源数据融合”减小误差——卫星影像提供宏观框架,无人机补拍细节,激光雷达穿透植被获取地表三维坐标,用最小二乘法计算数值,最后拟合出最接近真实的长城轮廓。更震撼的是“时间维度”的叠加——通过对比1984年、2005年、2020年的卫星影像,能精确计算出长城每年风化的长度,甚至预测哪段可能在未来十年内坍塌。这种变化不仅是精度的提升,也是数学思维的迭代。
  数字背后的文明对话:从“测量长城”到“丈量文明”
  今年五一假期,我带孩子去八达岭研学。当孩子举着手机用AR软件扫描城墙,看到虚拟复原的明代戍卒在垛口瞭望时,突然问:“妈妈,古人量的‘一万三千多里’和我们现在量的8851.8公里,哪个更重要?”
  这个问题让我想起数学史上的“割圆术”。刘徽用正六边形、正十二边形、正二十四边形……不断逼近圆,最终得出“3.1416”的圆周率。从表面看,他的每一步结果都不如现代计算精确,正是这些“不完美”的近似,铺就了通往微积分的道路。同样,古人的“一万三千多里”不是错误,而是文明长河中的一环——它记录着先民逢山开路、遇水架桥的开拓精神,承载着因地制宜、因势利导的生态智慧,更见证着数学从“算筹时代”到“数字时代”的跨越。
  站在长城上,风从燕山峡谷掠过,吹起孩子校服的衣角。我指着远处蜿蜒的城墙说:“你看,古人用脚步量出的是‘一万三千多里’,我们用卫星量出的是8851.8公里。但比数字更珍贵的,是一代又一代人用数学眼光观察世界、用数学思维探索未知的热情——这才是真正的‘万里长城’。”