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国科大本科物理教学团队:发轫苍梧 以至县圃

时间:2022-11-15来源:《国科大》

编者按:“本科物理教学团队”对于中国科学院大学(以下简称“国科大”)的每一位本科生而言,是个耳熟能详而充满敬仰的名字。这个团队里,高鸿钧陈晓松郑阳恒林晓等一众国科大物理人在科教传承中默默奉献着。今年荣获国科大领雁金奖的4支团队中,高鸿钧院士带领的团队便是其中之一。

今年1月,国科大本科物理教学团队成功入选教育部公布的第二批“全国高校黄大年式教师团队”。笔者也借此机会,了解了他们科教生活中每一段“100分钟”背后的故事。

接到高鸿钧的电话时,张余洋正身在美国橡树岭国家实验室。高鸿钧告诉他,国科大开始招收本科生了,急需一批优秀的物理教师,希望他回国任教。

很快,张余洋便携全家从美国田纳西州起飞,耗时13个小时,横跨太平洋,在北京落地。

100分钟,是航班时长的八分之一,也是张余洋每堂“原子物理学”课程的时长。如今,张余洋是国科大物理科学学院的长聘副教授,是本科物理教学团队的骨干力量。

2014年,国科大正式招收本科生,时任国科大副校长的高鸿钧院士兼任国科大物理科学学院院长,他和副院长陈晓松、郑阳恒一起,迅速召集一批包括张余洋在内的海内外优秀青年学者来到国科大,组成本科物理教学团队。

闪耀在国际物理学术舞台上的他们,选择了站上讲台,教学育人,再未离开。

由草创走入现实

2014年,国科大正式开启本科教学的新篇章。作为国科大基础教学团队的重要组成部分,物理科学学院最先响应设计本科教学框架的号召。

对于初创的本科物理教学,召集、培养一群有水平、有能力的教师是关键。而建设本科物理教学团队的重任,落在了高鸿钧的肩上。

高鸿钧和陈晓松、郑阳恒一起组织起众星云集的师资队伍。他们邀请京内最优秀的教授们走上国科大的讲台,希望他们引领本科生步入恢宏的科学殿堂。

“高老师不用待遇、资源去吸引老师,而是选择用自己的诚意打动他们。”国科大校长助理、科研处处长林晓回忆,“他曾与每位老师描述国科大的培养理念与教学规划。很多老师来到国科大,都是被他的教育理念所打动。初创的校园是未知的,但高鸿钧老师的形象是饱满的,从某种程度上来说,老师们都是经由高老师,深入了解了国科大。”

教授力学课程的北京大学物理系教授田光善、刘树新,教授热学课程的欧阳颀院士,教授光学课程的北京大学物理系教授王若鹏、王福仁……一个个在物理教学领域颇具影响力的名字,陈列于国科大本科学子们的选课列表之中。在高鸿钧的真诚感召之下,他们应邀来到这片新生的沃土扎根,如春风化雨,为国科大本科物理教学注入了数十年积累的膏润。

在课程设计上,高鸿钧、陈晓松和郑阳恒他们保持着高屋建瓴的视角,也贯彻着系统设计的方针。他们组织物理所、理论物理所、高能物理所、半导体所、声学所等院内科研机构以及院外高校的优势力量,成立了为国科大本科教育服务的基础物理教研室。老师们从四面八方奔赴而来,如星星之火般聚集,担起本科生基础物理教学的重任。

国科大本科办学之初,就突出了“科教融合”的理念。高鸿钧和他的团队充分贯彻这一理念,让本科课程与研究所对接,邀请研究生导师开设本科基础课,打通阻碍本科生学习深造的环节;他组织调研美、英、德各大著名高校的课堂设置,学习先进理念,设计出属于国科大的独立体系;他穿梭于各课程的教学研讨会议之间,与老师们共同商议课程的难度、教材的选择、教学的细节;他也注重教学团队的组织平衡,重要事项由团队统一讨论,而各课程的个性化细节,则放权由课程小组自由拟订……这一切的努力造就了国科大物理专业8年内快速成长、不断完善的教学体制,草创方新的国科大物理专业,也因此焕发出勃勃生机。

那么,授课几载的老师们,又是如何看待这份工作的呢?

国科大核科学与技术学院教授黄飞是本科生一年级电磁学课程的授课老师。每周五1-2节的早课前,同学们常能看到他披着清晨的微光,快步走进阶教大厅。

“这对我来说更多的是一种责任。”谈起参与教学的原因,黄飞的表情显得严肃而认真。他坦言:“标准答案肯定会说‘教学相长’,但我觉得做好科研是搞好教学的前提,没有科研上的坚持与领悟,课堂上就很难有研究性思维的贯彻。”

对于科研任务繁重的科研工作者来说,在教学上耗费的大量时间无疑会带来压力。“有老师说教学是良心活儿,我非常赞同。随便念一念讲稿,也算是上课;用心去备课、讲解也是上课。授课中付出多少时间和精力,完全取决于自己的意愿。在我看来,教学更多是一种纯粹的奉献。”

是什么推动着他们,揽下这繁杂的教学工作?林晓给出的答案是:热爱与快乐。教师们丰富的科研经验在三尺讲台与科学殿堂之间架起了沟通的桥梁,这使得他们感到,自己的工作是有意义的。

“我们愿意从忙碌的科研工作中抽出时间,去做、去完善教学。”林晓曾经是物理学院院长助理,他对教师团队在这点上的一致想法感到自豪。“重要的是我们所参与的事业。科研为人类造福,教学也一样,我在教学中感受到了自我价值。”年复一年,面对着一张张洋溢着青春朝气的脸庞,沐浴着同学们渴求知识的目光,他们苦心耕耘,在科研工作者的身份外寻获另一个自我。

“高配”助教团

100分钟,是一节助教课的时长。为了满足小班化教学的课程效果,国科大的助教课通常分别开设,同学们可以自行选择。

听过林晓主讲的热学课程的同学们也许不曾想象过,他们面前这位在讲台上神采飞扬、妙语连珠的杰出教师,也曾担任过数年的课程助教,那时他已是正教授,并相继获得优青、杰青基金支持。

林晓曾担任田光善老师的课程助教。当被问及此事时,他自豪地笑道:“我当时是最光辉的助教典型。”

在诸多大学中,课程助教通常由高年级的学生担任。国科大物理教学团队充分讨论后,决定由青年教师担任助教。这不仅可以充分发挥国科大丰富的教学资源优势,也考虑到了研究人员本科授课经验相对较少的客观情况,为他们“从实验台走向讲台”提供助力。

如今,绝大部分讲授物理课程的老师,都有担任助教的经历,这无疑提高了国科大物理教学的水平。

每一位老师都有各自的科研和教学方向,上了讲台后,他们也有着自己的独特风格与教学特色。高鸿钧认为,教学团队可采用“多核”形式。

“多核”即每门课程分为7个平行班,其中包含4个A类班和3个B类班,实施小班化教学。班级人数控制在60人至70人,为教学理念的转变留出空间。同时,授课团队由一位主要负责人带领,多位平行班老师自行组织教学。

授课团队对老师们的想法足够尊重——不局限于传统,课程内容、考核形式、授课节奏等都交由老师们调整。

高鸿钧曾告诉授课团队,我们选择了最优秀的人让他们上讲台授课,就不要给他们太多条条框框的限制,要让他们讲出自己的风格。

当然,这种教学方式也遭遇过阻力。最初,老师们感到惶恐:如此大空间的自由,会不会造成平行班之间不公平的现象?教学风格不统一,是否会导致学生掌握程度的差异,以至于对未来规范化授课不利?

这种争议同样存在于学生之间。曾经,有学生去本科部投诉一位老师。投诉理由不是“老师不负责”,而是“教学风格天马行空”。学生称:他在黑板上划得这一圈、那一线,前一分钟还听得明白,下一分钟就糊涂了,一堂课听完只觉得莫名其妙。教学团队认真全面地了解情况后,给出的意见是,既然我们选择相信这位老师,那么如果学生不适应老师的教学,可以换一位老师。第一周,有学生退课,也有学生进来;第二周,第三周,人数最终稳定下来。而期末的评价也证明,这位老师的教学能力是过硬的。

这种尝试逐步完善了国科大的选课制度。经过几年的教学,各个老师的特点已经在学生中形成风评。通过选课前询问学长、学姐,学生们便可大体获知老师们的授课风格、AB类课程方向的差异。依托于此,他们可以参照自身兴趣与专业需求,选择风格各异的老师,去接触并深入他们所研究的领域,细致地感受不同的思维。而前二三周允许换选课程的举措也成为共识,显著地降低了学生的选择成本与老师的调整成本。这一切努力改变了师生间单向的输入、输出关系,形成了良好的教学互动生态。

一场科学漫游

在国科大,一节正课的用时规定为100分钟。林晓并不想让学生宝贵的100分钟在睡眼惺忪中浪费——他努力让课程变得深入浅出,诙谐幽默。这使他成了学生口中的“段子手”老师。

在讲授基础知识的同时,他还努力剖析学科发展的深刻社会历史背景。在课上,他分析热学发展的过程:人力、畜力满足不了社会发展对动力的需求,促进了热机的发明、改进和广泛应用,进而再有卡诺对热机的思考,这才有了卡诺定理的提出,推动了热学理论的建立和完善。同时,他也注重扩宽课程的广度——他会从不同专业的角度进行思考,譬如物理化学中的化学势、信息论中的信息熵、材料科学中的奥斯瓦尔德熟化等知识点都被他囊括进知识结构,并鼓励学生课下进行深入拓展。

林晓表示,这种对课程的补充,不仅使其他专业的学生对热学产生更浓厚的兴趣,也为物理专业学生开拓了科研视野,打下跨学科研究的基础。

而对于同样讲授“热学”课程的杨义峰,他的教学目标则是“把历史讲透,把前沿讲够”。

大多数老师都按照教材顺序授课,他却独出心裁地将卡诺定理的课时放在了课程起始,接着再讲解热力学第一、第二定律。他这样解释调整的原因:“我的课件和授课顺序比较独特,是我按照科学发展的顺序搜集资料后梳理的。发展过程的历史逻辑和经过整理的书本逻辑有时并不一致,书本逻辑的确方便学习,但我觉得学生应该尝试从应试思维中解脱出来,理解历史的发展脉络,这样才能真正理解‘活’的科学。”杨义峰称,这也与学生们未来从事的方向有关。“当处在领域最前沿的时候,你面对的永远是现实中尚未完成的事情。总是从已成型的结论中寻找演绎式的答案是行不通的。”杨义峰相信,在科学的发展过程中寻找现实的脉络是一种重要的思维能力,而这也是在他的课堂中一以贯之的思考。

与此同时,老师们也十分注重课程学习的外延与教学成果的巩固。

在即时通讯软件中,同学们使用QQ最多,不少老师特地为此注册了QQ号,创建课程群来与同学们实时交流互动。老师们会在群里分享前沿文献,鼓励同学们深入思考。同时,老师们开放了群匿名功能,学生可以自由提问,不必担心因为问题“太幼稚”而被嘲笑。“有的同学比较腼腆,不擅长提问和交流,问的问题比较简单,他们就显得非常不好意思。后来就开放了群匿名。”允许匿名后,群里的问题渐渐多了起来,气氛活跃了,对问题的交流和讨论也更加开放了。

从雁栖湖到玉泉路

乘坐从国科大雁栖湖校区出发的班车,沿着京承高速一路通行,到达北京西四环外的玉泉路,也需要100分钟。

本科物理教学团队的教师们是这辆班车的常客——很多老师都担负着本科生和研究生教学的双重任务。

这与国科大的教育培养理念有关。本科生的培养目标十分“单纯”,即培养科技创新后备人才和未来科技领军人才。每一位同学都要在大学生涯的前两年学习大量的数学物理基础知识,以期为未来的科研工作打下坚实基础,而其中物理科学学院开设了多达5门的全校必修课:“力学”“热学”“电磁学”“光学”和“原子物理”。

在被记者质疑这种规模的学习是否有些“大动干戈”时,黄飞露出自信的微笑。他的研究领域是强子结构和强子谱,现为研究生讲授《群论》,为本科生讲授《电磁学》,曾为研究生讲授《高等电动力学》。

“理工类的高校都要学习基础物理课程,区别在于是学1年还是学2年,这表明物理基础课的学习足够关键。”说到这儿,黄飞有些惋惜,“我甚至觉得,如果学习时间能延长一些更好,比方说四年半到五年,这样就有充分的时间夯实数理基础、筑牢成才根基,这对培养学生深厚的发展潜力与突出的创新能力至关重要。”

虽然近年来一直参加非物理专业学生课程的教学,但张余洋也表达了对国科大物理教学模式的充分认同。“现代社会科技快速发展,很多都要依赖于数学和物理等基础科学,只有打好数理基础,才能在其他的前沿科学中作出成就。同时这些课程中使用的思想方法,也能够提高学生自身的逻辑判断能力,这对将来的日常生活大有帮助。”

在教学中,老师们也身体力行这一教学理念。更繁重的基础课程学习,不仅意味着学生要承担更多的课业压力,也无形中拔高了对课程效率与质量的要求。尽管“原子物理”已经开课5年,积累了可观的教学经验和资源,但张余洋还是坚持每年更新其中大约五分之一的内容,其中包括科研进展、相关新闻和前沿应用。他想让学生在每一节普通的课堂中,都能近距离触摸到科学脉络的搏动:那些高深的理论与课堂所学的基础知识之间,距离并不遥远。

教书育人从不停歇

“心有大我,至诚报国”,是著名地球物理学家黄大年的生动写照,他付出了心血、光阴乃至生命,带领科研团队,将我国的深地探索领域打造为国际学科高地。

教育部启动评选的“全国高校黄大年式教师团队”,也是为传承黄大年精神,鼓励教师们在教育教学中甘于奉献、敢为人先,成为百万学生成才的指导者和引路人。

国科大本科物理教学团队走上讲台迄今已有8年。最初一批学生已经离开校园,走上科研一线。教师们仍坚守在基础课程教学岗位,他们的信念从未暗淡,反而更加坚定。“全国高校黄大年式教师团队”的荣誉称号,不仅是对他们8年来辛勤耕耘所获教学成果的赞许,也是对国科大教学模式、教育理念的肯定。

如今,高鸿钧已不再担任物理科学学院的院长,但他的理念还在物理教学团队中传承发扬,他也仍关注着国科大本科物理教育的成长。

在国科大玉泉路校区,傍晚时分,操场上传来体育课上学生的阵阵欢笑声,窗边的行道树枝杈间有鸟儿声声啾鸣。夕阳西沉,教学团队的老师们转眼间融入了下课时熙攘的人流中,身形在沉静的光辉中被拉长,清瘦挺拔,仍仿佛学生一样。

(原标题:100分钟:发轫苍梧 以至县圃——访国科大本科物理教学团队 作者系国科大记者团成员 整理录音/张雪雅 黄海诺 徐天怿 傅艺玄)

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