作者:清華大學物理系教授,中國科學院院士,凝聚態物理學家,「清華學堂葉企孫物理班」首席教授,清華大學突出貢獻獎獲得者 朱邦芬
自2000年1月加入清華大學以來,他一直堅持給本科生授課。在近期舉辦的「清華名師教學講壇」,朱邦芬分享了自己對大學本科教育的一些觀察與思考,以及實踐體會。
雖然他談的是在清華大學物理系培養學生的思考和感受,但是這些內容不僅對為師,對為人父母也都有所啟示。
——編者
在科學課程中體現「三位一體」育人觀念
清華提倡「價值塑造、能力培養、知識傳授」的「三位一體」育人理念,在科學課程的教授中,同樣應貫穿這一育人理念。
僅以物理學的授課為例。
對於學生的能力培養。最為重要的是獨立思考的能力和判斷能力。
我們現在很多同學知識豐富但是缺乏判斷能力,對於有些謠言或者沒有科學根據的傳言,即便是清華大學的一些學生也對此缺乏鑑別能力。
我在課程中特別鼓勵學生提問題,提出自己獨特的看法。鼓勵學生發現錯誤,不管是教科書的錯誤,還是我的PPT錯誤,或者是我講課的錯誤。每學期總分中,我有5分 「加分」鼓勵學生這方面的表現。
另一個在科學課程的教學中可以著重培養的是推導演繹能力。直接教給學生思路,讓他們自己課後完成推導師。
接著是思想實驗和物理直覺。尤其對一個現象的種種因素做數量級概念的估計能力非常重要,這關係到我們在研究一個複雜現象時抓主要矛盾的能力。在很多物理過程中首先忽略次要因素、抓住主要因素的思想方法和能力非常重要,弄清楚以後再進一步考慮次要因素、再次要因素等。
在價值塑造方面,物理教學中傳遞的理解科學方法和科學精神、認識實踐對於檢驗真理的重要性、樹立實事求是的科學態度、學習老一輩科學家愛國奉獻的精神,科研誠信……這些價值觀的塑造都可以在教學中得以實現。
在清華從事本科教學工作19年,我認為清華大學有一群優秀的學生,但是對於這些學生,我們該為他們提供什麼樣的教育?是多傳授點知識,還是為他們擴大知識面?清華大學提倡「價值塑造、能力培養、知識傳授」的「三位一體」育人理念,在物理課的教學中如何體現?
聰明的學生,應該更超脫一些,追求學問應該勝過追求學分績點
清華學生的首要特點是都很聰明。第二個特點就是好勝心普遍比較強,喜歡跟人比,明著比和暗著比。「比」的好處在於不甘落後。每位學生剛進清華時,都是自信滿滿,開學選課都要選最難的,恨不能一學期選修30個學分,甚至更多;但第一學期期中考試結束,一旦成績不如其他同學,就一下子很洩氣,自信心大受打擊,這種現象相當普遍。甚至有同學說:「我的物理水平不如競賽生,老師你看我學物理還有沒有希望?」我說當然有希望,千萬不要被「不輸在起跑線上」這句話忽悠。
第三個特點和現在的中學應試教育有關。清華學生身經百戰,「刷題」能力特別強,他們考試時做題又快又好。但另一方面,一遇到思考題和概念題,情況就不一樣了。我的課堂裡成績最好的學生也極少答對全部概念題,儘管他們計算題和推導題可以拿滿分。這反映了學生做題很熟練,計算能力極強,但是「摳」概念、深入思考問題的能力還有所欠缺。
還有一些同學流行「刷簡歷」。他們為了畢業後繼續深造或求職,把自己的簡歷包裝得非常漂亮。大學四年各種活動幾乎一項不少,科學研究涉及很多不同領域,但多是點到為止,不夠深入。
此外,清華學生還有明顯的特點,可以說是具有很強的「團隊意識」,也可以說是「羊群效應」,個性張揚的比較少。有團隊意識是好事,但是也要鼓勵和保護個性張揚的學生,做創造性的科學研究就需要與眾不同的想法。
總的來講,清華大學有一批「好學生」。但是,我認為,優秀的學生應該更超脫一些,追求學問應該勝過追求學分績點。
得天下英才而育之,教師必須全力以赴,方才對得起天下
古人說「得天下英才而育之,不亦樂乎」。清華大學歷史上孕育了諸多英才,而且大多數學生具有成為國家英才的潛質,能教這麼多的好學生真是清華老師的福分!但我也時常告誡自己另外一句話:「聚天下英才而育之,不亦憂乎。」清華教師的歷史責任十分重大,常令我和同事們憂心忡忡。如果我們不盡心培育學生將是對人民和國家不負責任,對歷史不負責任。
「培養一流的科學人才」是清華大學物理系一以貫之的首要目標和使命。清華物理系創始人葉企孫先生曾說過:「要學生個個有自動研究的能力。」這句話看似平常,但是很重要。如果我們培養的學生個個都有自動研究的能力,對很多問題出於感興趣而主動去研究,那麼學生成才率會特別高。
這也是為什麼老清華物理系培養出了10位「兩彈一星」元勳、50多位院士、許多我國學科或領域的開創者的原因。
葉企孫先生自然具有極強的歷史使命感。他說過:「沒有自然科學的民族,決不能在現代立得住腳。」他再三強調:「只授學生以基本知識,理論與實踐並重,重質不重量。」這正是葉先生教學育人的理念。
蔣南翔校長在上世紀50年代曾指出:「我們能否培養出林家翹這樣的科學家?培養不出,我們只好承認領導失敗。」這些都是老一輩的歷史責任擔當。1982年6月,清華決定恢復物理系,當時周光召先生題詞「重振輝煌」。我們今天談「重振輝煌」就是要重振老清華物理系培育世界一流科學研究人才及祖國棟梁之才的輝煌。我曾多次強調,清華大學物理系是理想主義的大本營。教師應該是理想主義者——有「蠟燭」精神,為了國家和人民的未來,心甘情願付出。
學生成才的關鍵並不在多傳授一點知識,而在於探索未知的主動性
我認為,我們每位教師心中都應該有使命感,有願景和目標,那就是要培育精英,培育各行各業的領軍人物。
清華學堂物理班特別強調鼓勵、培養學生學習的主動性和研究的主動性。這種主動性就是葉企孫先生所說的「有自動研究的能力」,這對一流傑出創新人才極為重要。
學生成才的關鍵並不在於知識的傳授多一點,而在於如果有這種探索未知的主動性,將來會充滿希望。我們還特別注意學生的好奇心、想像力和批判性思維的培養。
這方面培養的關鍵主要是鼓勵學生提問題,多提問題、提好問題。
有一年期中考試,我讓同學指出當時國內固體物理學最權威的一本教科書中的一段表述錯誤。通過這樣一道題,實際上是讓同學不要迷信權威,認為教科書或者某位老師講的全是對的。
我在固體物理課上結合所授知識介紹過很多「諾貝爾獎」獲得者,教材中的某個內容是某位獲獎者當年的貢獻等,穿插一些科學史,學生會比較容易記住,而且對他們未來研究會有啟示。
我常常在課堂上強調黃昆先生的一句話:「學習知識不是越多越好,越深越好,而是應當與自己駕馭知識的能力相匹配。」很多學生對這句話印象十分深刻,也比較認同,多年後都清楚地記得。
近代科學有兩塊基石,一是邏輯推理,另一是從伽利略時代開始,實驗以及理論與實驗之間的因果關係。而物理教學傳遞的就是,科學真理必須要經受實驗檢驗:如果理論假說符合實驗就暫時接受;如果不符合就需要提出新的理論假設。這樣一種關係、這樣一種科學的方法和思維,也讓學生體會比較深。
1997年「清華大學高等研究中心」成立,物理系和數學系四位老師向學校打報告,要求成立清華大學基礎科學班(以下簡稱「基科班」),希望能夠為物理、數學等基礎學科培養「富有創新意識」和「國際競爭能力」的拔尖人才、為對數理基礎要求比較高的其他學科培養具有良好理科素養的新型人才。這份報告就是清華育人的傳統和使命感。
「基科班」在育人方面的特色:一是強調數學和物理基礎,為學生提供無限多的發展可能性;二是開設專題研討課,讓同學在研究中學習。通過在研究中學會「滲透式」學習方式,讓同學體會科學研究,並發現自己感興趣的領域;三是學生有多次選擇的自由,打好數學物理基礎,根據自己的興趣分流到適合自己、有興趣的學科領域。此外,我們儘可能找最好的老師給「基科班」的同學上課。這些特色使得「基科班」成立20年以來培育了一大批傑出的人才。
2009年,為了回答「錢學森之問」,清華大學在「基科班」基礎上批准成立了「清華學堂物理班」,並於2011年成立(2018年改名為「清華學堂葉企孫物理班」)。清華學堂物理班除繼承「基科班」的育人特色外,還有一些新的特點。如加強導師在育人中的作用,每位學堂班學生從低年級到高年級都配備優秀的導師;強調學生學習的主動性和研究的主動性。
學習的主動性來自強烈的興趣和使命感,更來自對於科學的雄心壯志
學生學習和研究物理的主動性來自學生強烈的興趣,也需要使命感。而使命感與科學上的雄心壯志密切相關。
現在部分清華同學有一個缺點:安於現狀,滿足於個人安逸生活。我們不希望我們的學生是精緻的利己主義者。我們希望他們將來生活幸福,也希望他們能夠有遠大志向,為人民為祖國攀登世界科學高峰,對世界作出比較大的貢獻。物理系1989年畢業的戴宏傑是美國科學院院士、中國科學院外籍院士,他曾作為嘉賓以自己的經歷在物理系畢業典禮上說「一個人能走多遠,首先取決於心想多遠」。古人云「取法其上,得乎其中;取法其中,得乎其下」,這是很有道理的。學生如果有一個比較高的目標和人生理想,會更好地發揮出自己的潛能,走得比較遠。鼓勵我們的學生有雄心壯志,這是清華老師應該做的。
物理系老師有一個共識,真正的創新人才不是完全在課堂上教出來的,而是需要營造一個良好的「環境」,使得一流人才容易脫穎而出。這也是清華學堂物理班的核心理念。
而一個良好的學校「環境」可以歸結為六個要素:一是優秀學生薈萃;二是有良好的學習風氣和學術氛圍;三是良師指導下的個性化教育,以及老師對學生教育的投入;四是學生擁有自主學習知識和創造知識的空間;五是國際化的視野;六是學生安心學習、研究和教師安心教學、研究的軟硬體條件。
要培養創新人才還比如要讓學生在研究中學習,我們通過延續「基科班」的專題研討課來實現。「基科班」很多同學在回憶他們的大學經歷時提到,他們最喜歡「基科班」的兩個原因:一是自由,可以轉換專業,有很大自主性;二是專題研討課。學生通常從三年級,甚至更早的時候開始,就通過研討課選擇某位教師的研究組,在研究組裡上專題研討課,邊研究邊學習,延續到大四第二個學期做畢業論文。
在研究中學習的模式,好處之一是學會「滲透式」學習方法,這是楊振寧先生概括的一種學習方法。所謂「滲透式」學習方法,是在研究中碰到不懂問題,通過自己查文獻資料,通過向教師同學請教,通過討論,把問題弄懂,然後繼續往前。時間長了,學生由點到線、由線到面,慢慢地掌握一門知識。這是一個人一生最需要的學習方式。
好處之二是學生邊科研邊學習可以體會科研的樂趣,了解科研的真諦。
好處之三是學生可以通過變換方向和指導教師,也許可以發現自己感興趣、適合自己的研究領域;即使找不到也沒關係,至少知道了若干研究領域。我們不鼓勵學生以發表文章作為專題研討課的目標。
因材施教不是讓好學生學得更多更深更早,而是給予他們更大的自主空間
傳統因材施教是學習好的學生學得更多一些、更深一點、更早一些;而學堂班因材施教理念不是這樣:越優秀的學生越要給予比較多的自主空間,讓他們主動學習,主動研究。
中國學生解題和完成指定任務的能力一般比較強,清華學生經過適當培養後完全不用擔心他們在這方面的能力。我們的傑出人才很多,但是具有較大開創性、能夠提出學科發展方向、帶領學科發展的世界級傑出人才比較缺乏。
這與我們的學校教育有關係。我們的好學生在校時自己思考新問題,自己提出原創性問題的能力就有欠缺。為了彌補這方面的缺陷,我們對于越優秀的學生,給予越多的自主空間,讓他們主動地去學習,主動地去研究。這就是我們的因材施教理念,而且經過批准,學堂班同學必修課可以減免或替代。
在老清華物理系、數學系,葉企孫先生等一批教師的教學也都是這樣。「只授學生以基本知識」,他們規定的教材都比較淺顯,但是他們一般還介紹一本到兩本比較深的教材,讓學有餘力,比較優秀的學生在課餘時間可以自學比較高深、比較難的知識。
我的體會是,學生通過自學掌握知識和通過聽老師講授獲得知識是有區別的。學生通過自學掌握知識,對學生思考能力和學習能力的提高是有益的。
美國學者杜威曾提倡:學習是基於有指導的發現而不是信息的傳遞。大學教學並不應該僅僅是由教師單純傳授信息,而應在教師指導下,學生在某種程度上有機會重新發現前人是如何發現知識的。雖然不可能所有知識都這樣傳授,但至少可以選擇若干環節,讓學生體會前人當時是如何提出問題並解決問題的。
現在通過各種渠道獲得知識越來越容易,能夠獲取的知識越來越廣泛,所以單純地傳授知識的重要性相應地有所下降。然而,學生的判斷能力、獲取信息的能力、發展知識的能力、思考能力、提問題能力變得越來越重要。
我非常贊成李政道先生的兩段「三字經」——「要創新,需學問;只學答,非學問」。
我們清華很多好學生很會答題,但是這不是真正的學問。「要創新,需學問;問愈透,創更新」,涉及到我們培育一流創新人才,需要給他們較大的空間,讓他們更多地思考問題,更多地提出好的問題。
10年來,我們「學堂班」學生級級相傳,自己組織了「葉企孫學術沙龍」,自己提出問題,互相講解,互相啟發討論。這些學生現在都非常優秀。
我們特別鼓勵同學的主動性,甚至要求這些學生要有點「侵略性」,英語是aggressive,中 國叫「狼性」,我不太喜歡「狼性」這個詞,所以希望我們有些好學生不妨有點aggressive。
[ 責編:李志勇(實習) ]