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答案在下一堂课——访电机系青年教师于歆杰

●新闻中心学生记者 何美

  随意的牛仔服,慧黠的微笑与敏捷活跃的思维,与清华校园里的理工科学生没有区别。而随和自信的他似乎已经习惯了审视的目光。

  当他以全校青年教师教学基本功比赛一等奖被选送参加北京高校第四届青年教师教学基本功比赛时,博士毕业刚刚三年的他选择了基础课《电路原理》中的《正弦交流稳态电路中的相量法》一节,这样平实的内容要讲出特色来,着实不易,有人认为他是“自讨苦吃”。

  面对来自全市的118位富有教学经验的参赛教师,他微笑着走上了讲台。

看似艰深的定理,实际只是糊了一层窗户纸

  《正弦交流稳态电路中的相量法》一节是基础理论课,逻辑推导性很强,而你采用的推导式、启发式教学又不同于叙述性的讲授,要想出彩很不容易。你这么做不是“明知山有虎,偏向虎山行”吗?

  《正弦》这一堂课是45分钟的内容,但是北京市比赛只有20分钟的课堂演示。我也知道前半部分的内容很“炫”,又有图片,又有动画,肯定能吸引大家的注意力,但真正显示教学功底的,应该是更加深入内核却也更加难讲明白的理论课。所以我选择讲后面引入“相量”这个新概念的部分。教学顾问组也给了我很多鼓励。

  只有短短20分钟,我需要删繁就简,突出关键问题。首先,我通过实例提出了问题:在简单的电路中求解正弦量并不难,但如果面对的是诸如电力系统分析这样的复杂电路求解问题,再用原来那几招就远远不够了,这时候怎么计算正弦量?接着我分析了两大难点,同时课件演示:“Two pains”。
接着我通过课件的图像引出了Steinmetz,曾任IEEE(电气与电子工程师协会)主席的他从理论上提出了解答方法。他是怎么解决的呢?学生们被吸引住了,迫切希望寻求新的数学表达。

  学生看电路图发现,所有支路的电压、电流都以相同的速度变化着。这时候我们的讨论深入到了问题的核心部分。确定正弦量有3个要素:振幅、角频率和初相角。既然速度变化相同,也就是所有支路的角频率是一样的,那么我们就把3个要素的求解简化到了2个。这时我引导学生思考:用什么概念可以同时表示幅值和初相角?学生能想起来:复数。下面的问题就迎刃而解了。

  为了避免数学推导太枯燥,我在讲课中有意把数学推导、物理概念和实际应用结合起来,一开始我便引入了实际问题。你看这么复杂的电力系统接线图,用传统的思维方法简直是没法做,但随着层层深入,学生会发现,用复数表示正弦量并不是多么艰深的定理,它只是糊了一层窗户纸而已。


课堂上常常有令人高兴的“发现”

  逻辑推导比较多、理论性强的课还有二阶电路等章节,你为什么偏偏选取相量法这一节?

  这一部分内容非常重要,当然,我不是说别的内容就不重要,只是基于两点原因我坚持讲这一节:其一,它引入了最基本的概念和方法,而在好几次研究生面试的时候,学生基本答不对这道比较简单的入门题;其二,我们清华大学不能光是要求学生背诵公式、学会用公式就行了,我们更要培养学生的创新性。

  我们教研组的老师们都发现,有些学生在研究生入学考试时的成绩很令人激动,但是在准备选题报告时表现得非常茫然。学生们太习惯于寻找已知的答案了。所以我在课堂上会鼓励学生:“你们要敢于提出前所未知的想法来。”

  “相量法”一节,学生能发现采用复数来同时表示幅值和初相角,我们的课堂上常常有这样令人高兴的“发现”。比如在讲戴维南定理之前,我提前好几堂课开始引导学生思考:“同学们,注意看,从等效的角度出发,这个电阻从这两端看进去的等效电路应该是什么样子?”就在上周的课上,有个同学兴奋地嚷嚷:“老师,你不觉得可以等效成电压源和电阻的串联吗?”好,我的设计实现了!我就希望学生自己去发现他们还未知的定理,让学生自己体会到发现知识的快乐。然后我在讲清知识的基础之上,再补充讲知识的来龙去脉。

  其实清华学生非常聪明。要想得到他们的认可,绝不能仅仅停留在把知识讲清楚这个层面上,你要让学生们听完课后感觉很“解渴”,否则他们自个儿看书也能明白。所以教学顾问组的老师们一再强调:要在课堂上抓住学生。我个人的想法,一是要在现有基础上进行拓展,不仅往深拓展,更要强调应用;第二,培养学生的钻研意识和钻研精神。讲课更重要的是应该培养学生的研究兴趣,使他们在面临新的问题时能够解决问题。

  所以我在另外一门研究生课程《演化计算及其应用》中也有意识地将当前演化计算领域的研究热点(比如蚁群算法、禁忌搜索等)引入课堂教学和讨论中。你看,他们自己用遗传算法做的滤波器设计、故障诊断,都相当不错,一看就知道他们在课后花了很多功夫。


我的起点是清华赋予的

  你这么年轻,参加这次教学基本功比赛没有顾虑吗?

  在报名参赛之前,我也有过顾虑。我的板书不好,又没有丰富的教学经验,要是我名落孙山怎么办?别人会怎么看?但是参赛这几个月来的切身体会使我认识到了这种想法的局限性。系里老师和教学顾问组都给了我很多鼓励。

  参赛的青年教师们在短时间内接受了顾问组七八位老教师的集训,强度很大,这是提高我们青年教师教学水平的催化剂。此外,博士毕业后我有幸担任陆文娟老师的助教,电路原理教学组也经常就教学法展开深入的讨论,我跟着陆老师这些老师学到了很多宝贵的教学经验。

  我的起点是清华赋予的。

  去年,在学校教务处和信息学院支持下,你去美国麻省理工学院(MIT)进行了四个半月的教学考察。听说你回来后一口气发表了6篇关于教学改革的专业论文(也就是说你现在一共发表了10篇教改论文),还做了多次MIT考察报告。

  对。这次考察也启发我们在教学上进行创新。通过比较我们发现,与MIT的学生不同,我们的学生还不善于创新,但善于推导公式和计算。所以我们希望找到推导计算与创新学习二者间的平衡。因为我们教学改革的前提是不要丧失清华大学数理基础强的长处。如果我们不发扬这一长项,那无异于放弃了这一长项。我们要在不削弱优势的前提下进行教学拓展。

  同学们都反映你对教学工作充满热情,为什么喜欢教学?

  我觉得教学很有意思,因为讲课并不是简单地重复讲稿,而是需要激情四溢的,这是教师和学生互动的过程。学生会问一些“外行人”的问题,内行人很难一下子说清楚,但其实这些聪明的孩子往往抓住了事物的本质。这不是我个人的发现,是老师们在一起探讨教学时共同发现的。所以,如果教学处理得好,既可以做到科研与教学的双赢,同时也可以做到师生的双赢。这是吸引我上课的内在原因。

  当你在课堂上完全抓住了学生的思维,当他们都抬起头,视线正对着你,这种四目相视的交流的快乐是难以言表的。当你经过充分准备并在大课上激情四射地完成了90分钟的讲授之后,当学生自发地热烈鼓掌,你站在讲台上接受他们发自内心的掌声,这种快乐,不是金钱能够衡量的。这也是我在教学中获得的最大乐趣。

  年轻的于老师说,这个学期他的教学又很不一样了,教案和课件又有了创新。年轻的他在总结教学大赛和MIT教学考察的经验,也在继续摸索创新。采访最后,他微笑着告诉我:“目前,我们教学组正在对电路原理的教学进行深入的改革,我相信这项改革会取得成功,全国的电路原理课程教学组都会对我们的教改感兴趣的。”他那年轻而充满锐气的脸上写着一如既往的自信。

  我还记得他在将要结束相量法这堂课的时候,提出了一个新问题:怎么能够更快地求解呢?他慧黠地笑着对学生说:答案不告诉你,咱们下堂课再见!

  未来的路还很长,答案永远在下一堂课。

(编辑 魏磊)

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2005-05-12]
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