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陈巍和他的三次跨越

记首届全国高校青年教师教学竞赛工科组一等奖第一名、清华电子系教师陈巍

记者 高 原

图为陈巍参赛现场。

  陈巍 2002年和2007年在我校获学士和博士学位,现任电子系副教授、博导、通信研究所副所长等职。国家973项目首席科学家(青年),任中国通信学会青工委副主任、IEEE无线通信快报编委。获IEEE通信学会亚太区最杰出青年学者、IEEE马可尼论文奖、我校青年教师教学优秀奖、第七届北京市青年教师教学基本功比赛一等奖等。日前获首届全国高校青年教师教学竞赛工科组一等奖第一名。

   “在爱尔兰岛中西部的最边缘,欧洲最高的莫赫悬崖犹如斧劈刀削般矗立在这里,吸引了全世界无数热衷挑战高度的人们前来此地,不过最终纷纷抱憾而返,直到人们发现侧边的一条延绵的缓坡,才使得登上莫赫悬崖不再是幻想。最直接的路不是最近的,迂回一下可能更近。这就是数学家的典型思维方式———化归。”站在讲台上的我校电子系教师陈巍谈吐潇洒、娓娓道来,将艰深的理论讲得深入浅出、妙趣横生。

  “那位选手一定是清华的”,“清华,就是清华”———刚刚走出赛场的陈巍抑制不住内心的忐忑,直到听到走廊里几位其他学校的参赛教师如此评论时,才稍稍松了口气。最终,他不负众望,取得首届全国高校青年教师教学竞赛工科组一等奖第一名的好成绩。

  从校级青年教师教学大赛优秀奖到北京市市赛一等奖,再到国家级青年教师教学竞赛一等奖第一名,陈巍把这条路走“通”了。在三次不同级别的比赛中,他不仅为清华摘得荣誉,自身的教学理念和教学水平也在赛前不断的 “精打细磨”中取得了“三连跳”跨越式的进步。

起步  钻研研究式讲课,为教学创新奠定基础

  2010年下半年,已经教授“现代通信原理”这门课两年多的陈巍陷入了思考。他埋首在国内外几十种有关现代通信原理的经典教材之中,孜孜以求只为解决一个问题:怎样才能让Nyquist准则易于被学生接受?

  Nyquist-Shannon准则 (无失真传输准则)在数字通信理论体系中占有十分重要的地位,但也因为其证明本身非常复杂繁琐,在课程教学中是一块难啃的“硬骨头”。

  学生的困惑和无助让陈巍想要做点什么。在翻阅经典的过程中,他发现传统的Nyquist准则证明思想源于贝尔实验室在1965年的一篇经典论文,证明方法足足长达3页。面对经典就真的没有改进的办法了吗?陈巍在英国做中英科学桥高访学者期间与多位知名学者进行讨论,他逐渐意识到信号犹如无数个独立的水滴,信道就如同蜿蜒的河道,数字通信的本质主要是关注离散时刻。如果能有一个办法将关注的焦点集中在单独的“水滴”而避免讨论整条河流的波形变化,就会大大简化证明的过程。

  陈巍锲而不舍地沿着这条思路深入下去,深刻认识到只要借用数学工具Dirac函数就可以保证证明只关注离散时刻,从而将证明过程简化为几行板书,并且此方法具有普适性。这种立足于学生需求的研究式讲课,是“教学互动”更高层次的体现,不仅受到学生欢迎,也得到了业界认可。

  杨振宁先生评价部分中国学生的特点时曾不客气地说:“胆子小,兴趣窄”。在青年学者陈巍身上,则恰恰表现了相反的特质:面对经典,敢于质疑;面对难题,灵巧地从其他学科寻找工具想方设法去解决。

  陈巍的“胆子”是在科研工作中锻炼出来的。年仅31岁的他,已经在科研上获得多项荣誉,作为国家973项目首席科学家(青年),还担任中国通信学会青工委副主任、IEEE无线通信快报编委等重要学术兼职。2008年,陈巍在麻省理工学院提出的“合作通信研究”思路的基础上,引入“能量货币”概念,提出了一种评估、优化和实现合作网络公平性和有效性的统一理论框架,使得合作通信变得可以操作。这一研究成果不仅获得2009年马可尼论文奖(这是无线通信领域最重要的学术奖项之一),还被斯坦福大学选为教学内容。

  教学与科研的关系,在陈巍眼中从来不是矛盾而是水与鱼的关系。“教学磨练了我的科研表达能力,也对我的研究十分有帮助,促使我在教学中不断发现问题寻找新突破。”对此,电子系主任王希勤评价说:“‘教学相长’不是一句空话,它体现在科研对教学的帮助,也体现在教学对科研的促进。只有做到无障碍地输出知识,才能将已有的学科框架体系化,否则科研就失去了高度。”

跳起  凝聚科学方法论,从学什么到怎么学

  研究式讲课的思路让陈巍尝到了“教学相长”的甜头,也助他赢得了市级青教赛的一等奖。但是陈巍清楚地知道,其实还有一个问题没有完全 “吃透”———那就是科学方法论。

  如果说 Nyquist准则的新证法解决了“学什么”的具体问题,那么“怎么学”才是教学中最值得珍视的成果,授之以鱼莫过授之以渔。

  经过思考,陈巍最初提出的方法论是“随机和确定、时域和频域、离散和连续的交互”,他兴致勃勃地把自己的“发现”告诉给作为我校多年青教赛指导教师、也是此次“国赛”指导教师的薛克宗教授。薛克宗微蹙眉头,反问陈巍:“这怎么能是方法论呢?最多算是方法!”碰了一鼻子灰的陈巍开始懂得,方法论并不是那么简单。在指导教师的建议下,陈巍逐渐认识到:简单的修枝剪叶是不行的,思路顺畅的问题关键在于方法论。

  认识到方法论的重要性并发现正确的方法论,是陈巍在教学理念上的一次重要跨越,这离不开薛克宗、曹志刚、吴文虎等老教师对他的悉心帮助和指导。在“国赛”前5个星期内,年过七旬的薛克宗无论刮风下雨还是烈日当头,都会骑着自行车来到学校,与陈巍前后讨论18次,每次超过2个小时,反复打磨教学中的每一个细节,并找来科学方法论的书籍共同研究。薛克宗凭借多年教学科研经验,指出“这应该是化归的问题”,一句话犹如醍醐灌顶一下子点醒了陈巍。匈牙利女数学家罗莎·彼得给出的关于“化归”的定义:“不直接对问题展开攻击,而是把它转化、归结成更加容易解决的问题”,不恰恰印证了自己新证法的思路吗?这种“迂回”的解决思路正是数学家最重要的思维方式之一。

  “如果说每一个知识点就像是湍流的河水中散落的金子,那么科学方法论就是教给学生们如何发现金子,使学生具有可以科学解决问题的素质,这是这门课画龙点睛的地方。”陈巍深有感触。科学方法论的应用,让陈巍的教学发生了质变,也让他自身对教学的本质和目的有了更深刻的认识。

跨越  加入形象思维,理工课堂融入人文情怀

  戴着无框眼镜,平时喜欢捧着紫砂壶品茗的陈巍,是个地地道道的清华理工男。从1998年考入我校到2007年博士毕业后留校任教,陈巍将自己最灿烂的青春记忆留在了清华,清华精神也深深地烙印在他的内心深处。在他看来,电子通信学科是典型的“顶天立地”,每一个清华电子人心中都应该装着国家和人民,理工课堂也需要融入人文情怀。

  “国赛”时,陈巍在课堂一开始就以社会热点神八、神九为例,与Nyquist准则相联系,让课程内容始终牢牢吸引着同学们求知的眼神。“这种理论联系实际的例子,不仅让课堂活跃起来,激发同学们的学习热情,也希望能用‘正能量’培养学生对专业的认同感和社会责任感。”陈巍说。一次讲课时,陈巍为同学们播放了汶川地震通信信号中断后抢修救灾的视频,当看到通信一线工作者拉着光纤,躲过巨石冲进灾区抢修光缆的场景时,很多同学感动得流下了眼泪。

  在课堂上,陈巍绞尽脑汁希望用多种手段,在抽象的理论讲述中加入形象思维,帮助同学们把问题理解得更深入。例如在介绍“化归”思想时,他利用PPT展示自己游学经过莫赫悬崖时拍下的照片;他特意制作动画,通过一扇窗户,使学生的视野更好地聚焦在窗外的一棵树,从而理解“开窗”这一数学方法的比喻;他还专门把梳子带到课堂上,形象地揭示出Dirac函数的作用,加深同学们对这一抽象概念的理解……“陈巍的讲课内容体现了清华工科课程的理论深度,而且课程教学创新点和学术意义突出,体现了与清华创办世界一流大学目标相符的教学特征。这也是学校推荐陈巍参加‘国赛’的原因之一。陈巍在比赛过程中也的确展现了我校青年教师在教学理念上的思考。”薛克宗评价说。从教4年多来,陈巍总结自己的教学经验:“这个过程就像是爬山,第一阶段看山是山,看水是水;第二阶段看山不是山,看水不是水;第三个阶段看山还是山,看水还是水。书本从薄看到厚,再看到薄,就会发现凌乱的知识点其实是从一个根上长出来的,这个根结就在电子通信学科体系这棵大树上。”

  2008年,电子系着手进行课程改革,将原有课程重新整合,并形成了电子信息领域学科地图。在这份被电子系人亲切地称为“鱼骨头”的地图上,清晰地标明了不同课程在学科体系中的位置,不仅让学生对电子信息领域有了更全面的了解,也让教师更清楚自身课程的教学范围。尤其让陈巍印象深刻的是电子系主任王希勤经常向青年教师讲起的 “小鱼和小蝌蚪”的故事:小蝌蚪上岸游玩后回到水中给昔日伙伴讲岸上的故事,但在小鱼的心里,鸟始终是有翅膀的小鱼,人是会走路的小鱼……如何才能在小鱼的脑袋里形成正确的认识呢?这个生动但是深刻的小故事,在电子系青年教师中间引起了有关学习理论的大讨论,大家纷纷研读学习理论经典,认真思考学习理论“三阶段”在教学中的处理办法,形成了热爱教学、钻研教学的教学讨论氛围,为陈巍这样的青年教师提供了成长进步的空间。

  “回到课堂,我将更认真地投入到教学中去,感谢学校和电子系对我的培养,感谢各位老师在我成长道路上给予的帮助。”陈巍在我校第29次教书育人研讨会上深情地说道。他决心继承清华老教师的优良传统,为母校新百年的人才培养和科研创新贡献自己的力量。

来源:新清华 第1892期   2012-09-14

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2012-09-17 15:11:49]
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