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研究式教学让课堂充满创新的魅力

北京高校第七届青年教师教学基本功比赛纪实

● 记者 高原 特约通讯员 薛克宗

图为数学系教师陈酌在教学基本功比赛中。校工会 供图

图为机械系教师吕志刚在教学基本功比赛中。校工会 供图

  日前,清华大学7名青年教师在北京高校第七届青年教师教学基本功比赛上取得了骄人成绩:机械系吕志刚、电子系陈巍、自动化系李清、微纳电子学系刘雷波4人分获理科组一等奖,人文学院王巍获得文科组一等奖,数学系陈酌、美术学院吴琼2人分获理科组和文科组二等奖。他们中有6人还获得优秀教案奖,包揽了理工组优秀教案奖的前4名。吕志刚、王巍还获得最佳演示奖,吕志刚获得最受学生欢迎奖。

  6月17日,在工字厅召开的比赛总结交流会上,获得理科组一等奖的机械系教师吕志刚深有感触地说:“从2010年11月份开始备赛,到2011年5月25日比赛结束,培训、校赛、再培训、市赛,回想这半年的时光,犹如经历了一个自我蜕变的过程。

  “沉浸其中,有压力,也有乐趣。”这也是所有参赛教师的共同感受。

  从学校到市级教学基本功比赛,在校工会、教务处、人事处等单位的悉心组织、大力支持和全力配合下,在长达半年的赛前准备时间里,参赛教师接受了多次培训。有着多年教学经验的老教师、航天航空学院薛克宗教授,以及曾获得2000年北京高校教学基本功比赛一等奖的赵洪副教授等亲自上阵,为参赛教师 “找问题”、“开药方”,竭尽所能地帮助青年教师成长。多部门通力合作、老教师传帮带全程指导,在北京各大高校中并不多见,这充分体现了我校对教师教学基本功和教学质量的高度重视。

  在指导教师的带领下,从课堂上语言的组织、PPT的制作等教学基本功,到“讲什么,如何讲”、“如何与学生沟通,启发学生的创新思维”等教学理念,他们都进行了深入探讨,通过反复讨论、深入挖掘、脑力激荡,在一次次的试讲、培训、总结、沟通中逐渐找到了答案,摸清了方向。精雕细琢不是只为了短短20分钟的比赛,更重要的是老教授、青年教师心中共同的信念:“清华教师应该讲出清华的水平。”

  “这次比赛的重要意义不仅体现在比赛名次上,更重要的是7位青年教师集中体现了新时代我校教学的新特点———研究式讲课,这更加值得深思。”曾先后6次担任青年教师教学基本功比赛指导老师的薛克宗教授这样总结。

  何谓研究式讲课?薛克宗说,就是教师在授课的时候,除了教授课本上已知的基本内容外,同时也向学生讲授自己研究的见解和成果,以此对学生实现思维的启发和创新,激发学生的研究兴趣。它的基本特征是研究已知基本概念和方法的未知内容。对于这7位参赛教师来说,讲课的主体内容或至少1/2的内容,是自己研究的成果和见解;讲课过程中贯穿了学术讨论和学术批判,不仅讲解研究结果和观点本身,而且讲它们产生的思路和过程,强调研究的方法。

  从1998年清华大学参赛至今,研究式讲课的授课方式如此集中和突出的体现还属首次。近年来,国内外为推进创新教育,提出了“研究型教学”新理念,其中“研究式讲课”是其重要组成部分,它是贯彻研究型教学理念的一个很好的探索。“本次比赛集中体现的这一特点,也说明新时期我校青年教师在研究式讲课、研究式教学方面进行了积极的思考与探索。”薛克宗说。

吕志刚:做引路人不开“中药铺”

  机械系教师吕志刚在比赛中讲授 《材料加工工艺》课中节选的“消失模铸造工艺特色及质量控制”一节。

  “什么是铸造?”讲课一开始,吕志刚就向学生评委们抛出了这样一个似乎是常识性的问题。看着学生们听到老师提出这么“基本”的问题时大惑不解的表情,吕志刚笑着解释说:“大家理解的铸造概念大部分都局限在 ‘铸型为空’的思维框架里。但如果反过来想,其实就会有另外一个答案。”

  吕志刚以此为切入点,引入了课程的主题———“铸型非空”的消失模铸造,它是“铸型为空”逆向思维创立的新工艺。

  吕志刚进一步解释说,砂型铸造有上千年的历史,而消失模铸造是1958年才由美国专利发明,新发明正体现了科学中反常规的创新思维的可贵之处。

  为了讲好消失模工艺这节课,吕志刚作了充分的准备,动了很多脑筋。这个课程一般的讲法是按照工艺流程的线索,一步步叙述各环节的具体参数,这样罗列下来如同 “开中药铺”,学生们拿着药方单子却不知道它是怎么开出来的。

  为此,吕志刚专门请教了基础工业训练中心的张学政教授。经过反复研究,细心琢磨,吕志刚决定在讲课时紧紧抓住消失模工艺质量控制的核心问题,最后用辩证方法提炼出分析和处理消失模工艺中的三对矛盾。张学政对吕志刚的创新十分赞赏:“你的讲法出乎我的意料。”

  通过创新讲法,吕志刚深深体会到:“教师在整个教学过程中,不是知识的灌输者,而更多地应承担一个‘引路人’的作用。”

李清:科学与人文无法割裂

     自动化系教师李清在比赛中讲授《企业与信息化系统建模分析》课程中节选的 “层次分析法”一节。

  课程一开始,李清不急不忙地回顾了课程任务———“对企业复杂巨系统建立以计算机集成制造系统(CIMS)为核心的信息化”后,意味深长地指出,实现这个任务其实并不简单。他解释道:一些学者将信息化看做单纯的技术问题,采用传统的“设计与优化”的处理思路。但是,李清却对这样的论点提出了质疑。他举例说,波音和空客两家的飞行控制系统设计,由于对人(驾驶员)与机(飞行计算机)在飞行中的作用孰轻孰重的人文观点不同,就出现了明显的结构性差异。

  李清稍一停顿,顺理成章地提出“评价决定设计与优化方向”的论点。“评价”以及与之相关的文化因素,会对系统的总体设计思路产生深刻影响,这是制约我国复杂技术系统设计的一个重要问题。李清的这一新论点已经进入由他参与修订的国际标准(ISO15701),也反映在他作为第一作者编著的中英文教材中。

  平时在讲台上,清瘦的李清就是一个言语犀利、善于自我反思自我批判的人。在授课过程中,他将这种理性思维与人文思考结合起来,形成了自己独具特色的讲课风格。课程结束的时候,李清引用了著名物理学家吴健雄的话:科学与人文,“只有当两种文化隔阂弥合之后,我们才能对世界给出连贯而令人信服的描述”。

  李清希望跳出知识本身,帮助学生“装备”更厚重的哲学和方法论上的思辩能力,同时准确地体现出复杂系统设计过程中文理贯通的重要作用。

刘雷波:质疑权威,行业“圣经”要与时俱进

     微纳电子学系教师刘雷波在比赛中讲授《数字集成电路分析与设计》(英文)课程中节选的“静态CMOS反相器的基本特性”一节。

  “自上世纪 80年代以来,人们在生活的各个方面享受了作为主流逻辑形式的CMOS所创造的科技辉煌。”刘雷波照着教材循序渐进地开始向学生们介绍。

  在讲授到CMOS反相器的基本特征时,刘雷波话锋一转:“教材上介绍了静态CMOS反相器的5条基本特性。我在这里要对其中两条作适当修改,还要再补充一条。例如,这本教材第5条提出的‘不考虑泄漏电流的情况下,CMOS逻辑门静态功耗为零’,这一说法固然是正确的,但实际上,随着晶体管的特征尺寸越来越小,其泄漏电流变得越加严重,泄漏功耗已成为CMOS逻辑电路功耗的最主要来源之一。因此,教材第5条的前提条件在纳米尺度下已不再成立;又如,该教材没有充分重视‘CMOS逻辑门对器件参数的变化不敏感’这条基本特性,需要补充。”

  这本教材为伯克利加州大学拉贝艾教授所著,斯坦福、伯克利、麻省理工、卡内基梅隆等世界一流名校均采用此教材。刘雷波风趣地说:“这是行业里的‘圣经’”。

  如此权威的教材,为什么要作修正和补充?刘雷波说:“论著一旦写成就是静止的,而科技永远是发展的。教学要跟上科技的发展,再权威的论著也应该有变化,本科生也要敢于质疑权威。”

  刘雷波的自信来自于他在科研上取得的成绩。他曾作为第一作者在顶级期刊IEEEISSC上发表论文,这是大陆本土学者在该期刊上首次发表论文。通过长期参与科技部和国家自然科学基金委的相关重大计划组的工作,研究并撰写有分量的报告,使刘雷波有了很大锻炼和积累,也使他有了敢于质疑权威教材的底气。

陈巍:从教学中尝到研究的甜头

     电子系教师陈巍讲授《现代通信原理》课程中节选的 “数字通信波形与Nyquist准则”一节。

  陈巍开篇点题 :“Nyquist准则是现代数字通信系统的理论基石之一,本堂课任务是证明Nyquist(第一)准则。”

  然而,陈巍的证明新思路与非常繁琐的传统证明思路截然不同。新思路根据数字通信波形出现在离散时刻的特征,对通信波形的离散点取值 “睁一只眼”,而对整个时域的连续波形“闭一只眼”。这恰好可以利用数学上的 “开窗法”来解决,即可以从“窗”里看到需要的,而不在“窗”里的看不到,也不需要。但是,普通的“开窗法”却不能实施陈巍的新思路。

  喜爱教学的陈巍抱着“不翻完,不死心”的想法,查阅了十多本国内外教材和上百篇文章。终于功夫不负有心人,查到了两位荷兰学者在1969年发表但未引起重视的文章,解决了Nyquist第一准则证明的简洁问题。

  但是,陈巍并没有满足,他在此后一年多的时间里都在思索怎样把那篇文章中的数学技巧变成科学方法。备赛时,他利用日常科研中对学科知识的理解与灵活运用数学工具的能力,将传统的数学“开窗”方法应用于广义函数,从而找到了上述文章技巧的深刻物理意义。最后,陈巍用他总结发展的新方法证明了Nyquist系列准则,做到了方法的普适。

  国内主流教材 《现代通信原理》的著者、我校电子系曹志刚教授指出,应将陈巍的这一证明新方法写入再版教材。通过教学实践,产生了自身的科研成果,陈巍在教学中尝到了甜头。正如他自己所言:“经典的教学内容也留有研究改进的空间。”

陈酌:想象力比知识更重要

     数学系教师陈酌在比赛中讲授《数学物理方程与特殊函数》课程中节选的 “行波法解波动方程”一节。

  “用行波法求解无界域内波动方程,能不能用行波法求有界域的?”在比赛课堂上,陈酌提出了这个问题。

  这其实是有一次上课时学生在课前向陈酌提出的问题。说者无心,听者有意,这个问题让陈酌大感意外。他意识到,学生其实提出了自己没讲过、但是当初想过却没有做过的有研究意义的问题。为此,陈酌专门查阅了大约50本教参,发现大部分没有提及这个问题,少量教参认为不能,还有少部分写可解半无界域上的。陈酌认为 “第二种”不对,“第三种”不全面。当然也有极少数教参明确指出可以求解,其主体思路是使用演绎法。

   陈酌决定另辟蹊径,用化归法来说明同一结论,即让难解的应用数学问题回到它的物理背景,再用想象的物理模型化为可解的数学问题。

   数学上波动方程的物理背景是弦的运动,为了方便同学们理解,陈酌说:“请同学们在脑子里做一个‘实验’。把两端固定的一根有界弦想象着从两个端点分别向外无限延伸出两条‘虚拟弦’。这样,从整体上看,原先的有界弦就变成了‘无界弦’。”在用PPT做动画演示后,他把有界弦上的波动现象,看成“无界弦”上波动现象的一个片断后再用等效的数学方法求解。同学们看后一下子就理解了。

   陈酌在课后总结说,写在书本上变成铅字的知识并不都是对的。“想象”是形象思维的特征,学习数学不仅要抽象思维,也要形象思维。爱因斯坦说:“想象力比知识更重要。”

王巍:勇于打破传统教学模式

  人文学院教师王巍讲授《现代西方科学哲学》课程中节选的 “归纳问题与以‘问题为中心’的科学哲学研究方法”一节。

  王巍参赛讲课的第一部分———“归纳问题”是按“以问题为中心”的范式讲授的,这种教学模式和传统的“以人物为中心”的教学模式截然相反。其实从2001年起,他就在国内科学哲学界率先改变了传统的“以人物为中心”的教学模式。

  上世纪80年代以来,中国科学哲学界介绍西方科学哲学时,普遍“以人物为中心”。这样的教学模式对于全面理解科学哲学家与流派的思想观点,无疑非常有益,对推动科学哲学研究起到了重要作用。但是,王巍在教学实践中发现它还存在不足之处:容易忽略尚未开宗立派、但对科学哲学发展有深远影响的学者的贡献;与科学哲学的国际主流 “以问题为中心”的研究趋向有所差异;问题意识不够突出,批判思维不太明确,不利于带动科学研究。

   因此,王巍提出“以问题为中心”,同时保留“以人物为中心”的优点的教学新模式。这一新模式王巍不仅施用于课堂教学中,还于2004年出版了新教材 《科学哲学问题研究》,在国内学界产生了较大反响。

  改变一种传统的教学模式,面临的困难不言而喻,特别是对第一个“吃螃蟹“的王巍而言,但是他始终牢记博导何秀煌教授曾说过的话:“教育是一种良心事业”,他以此自勉,并将矢志不渝地实践下去。

吴琼:活用多媒体把知识讲“活”

  美术学院教师吴琼讲授《信息图表设计》课程中节选的 “信息图形的设计表达原则”一节。

  为了讲述信息图形的设计表达原则,吴琼在课堂上引入了一张表现事件和数据的信息名图。名图展示的是1812年6月拿破仑带领40多万人侵入俄国,因长途征战,军队持续减员,10月由莫斯科撤回法国。由于气候、环境恶劣,法军渐趋瓦解,最终只剩万余人。这张“拿破仑攻俄”的信息图形是法国人CharlesMinard在1869年创作的,被称为是“迄今为止最好的统计图形”。

  就对着这么一张已是设计最后结果的图,“干”讲设计思路和过程,能把名图之“名”讲出来吗?常规做法不行。吴琼打开思路借助于多媒体技术,将这张名图拆解成6张图,鲜明对比了对行军路线、环境气温和死亡人数等事件和数据所采取的不同表达的不同效果,使学生形象深刻地领会名图所体现的“直观呈现,高效传达”的设计原则。而这6张图,是吴琼研究原图的动态视觉化的成果。

  这种“拆图”的做法将枯燥的知识点变得生动灵活,让人眼前一亮。但是却付出了她几个晚上的休息时间……

研究式讲课激发学生的创造力

  “清华学生的课不好讲”,薛克宗坦率地说,“不好讲有两点原因:其一,所谓 ‘半国英才进清华’,也许这个说法有些夸张,但毋庸置疑,清华的学生都非常优秀,这对教师的教学水平提出了更高的要求;其二,清华理工科的课程很多,课程本身就艰深不易懂,如何把枯燥难懂讲得深入浅出,这是有难度的。”

  提高教师教学水平并不是一句空话,落到实处面临诸多现实问题。很多青年教师科研本领很强,但是缺乏系统的教学方法培训,匆忙走上讲台后发现“课程不好讲”、“不知如何与学生互动”等诸多问题,于是将问题“闷在肚子里”,只得慢慢在教学中自我摸索答案;教学科研双肩挑,面对双重压力如何兼顾平衡?如果说科研有发表的成果作为标尺,那么教学的标尺在哪里?如何才能激发教师教学的积极性?

  在将近半年的备赛时间里,7位参赛教师和指导教师每周碰面2~3次,每次一个多小时,在一次次的深入探讨中,充分交流意见,寻找着答案。

  回溯清华的教学历史,不难发现,学校的教学理念有三次大转移:早期强调讲基础,重视给学生打下扎实的知识基础,这构建了清华学生培养高质量的声誉;改革开放以后重视讲前沿,重视将学生带到学术研究的前沿去;现在则需要讲创新,要激发学生的创造力,培养学生的创新能力。李清深有感触地说:“这三次转移实际上对教学提出了新的挑战,指明了新的方向,也对教师的能力提出了更高层次的要求。”

  刘雷波对此也深有体会:“教学的好坏归根结底取决于科研的好坏。清华这样的研究型大学,教学水平反映的必须是科研水平,教学理念反映的必须是科研理念。一味地强调如何传递课本或参考书上的知识,或者一味地强调在教学中引入最新的科研成果,都是片面的。”

  在6月17日的总结交流会上,副校长袁驷以自身的讲课经历为例,深情地鼓励青年教师要磨练扎实的教学基本功,通过教学创新鼓励学生创新,使学生产生思维的火花,使教师在教学中发掘科研创新点。校党委副书记、校工会主席韩景阳在会上强调:“只有提高教师教学水平,才可能提高教育质量。希望通过此次大赛,为全校教师作出示范,将研究式教学带到实际的教育教学之中。”

  

  ■ 指导教师笔记

我看青年教师的研究式讲课

  ●薛克宗

     本届比赛最突出的特点,就是让我看到了研究式(或探究式)讲课的新景象。7位参赛教师讲课的主体内容,或至少1/2部分,讲自己研究的见解和成果,以教师讲课创新对学生未来创新进行示范、启迪和熏陶。青年教师的研究式讲课特征是探究已知基本概念和方法的未知内容。这种研究式讲课在往届比赛中也有,但是如此集中和突出还属本届。

  近年来,国内外为推进创新教育,提出“研究型教学”新理念。这种新理念应该贯彻于各教学环节之中,而不应仅指 “项目驱动”。青年教师的研究式讲课,对于本科培养阶段的教学主渠道———讲课环节如何贯彻研究型教学,是很好的探索。研究式讲课是研究型教学的重要部分。这里我以几位参赛教师为例,探讨这种研究式讲课模式出现的原因。

传承专业老教师在教学和科研上的创新思想和成果

      自动化系李清从读博士到做博士后留校,在他的成长过程中,无论是科研还是教学上,博士后导师陈禹六教授都发挥了重要的作用。

  在李清留校任教后,陈禹六教授把自己的课交给了李清,也把自己精心制作、多遍修改的课件交给了他。更可贵的是,在李清第一次讲两门研究生课时,陈禹六全程听了他一年的课。每次听课都要悉心指导和讨论,而这是陈禹六教授甘心所为。

  李清谈体会时说:“我系的多位老先生为形成具有中国特色的信息化体系结构作出了重要贡献,我们从老先生们手中接过的课,就是这些研究成果的体现和延续。”

  我想,如果每位青年教师都能至少有一位老教师“倾囊相助”,那么他就会站在更新的起跑点上了。教学和科研一样,需要传承和发展。

密切关注学生对教学的反应,敏感捕捉学生的创新火花

     数学系陈酌讲《数学物理方程与特殊函数》课中节选的部分。像这样经典的数学课,教师要在内容上讲出特色,可以说非常难。陈酌的讲课能够出新,源自于学生对他的启发和促进。课前曾有学生提问,“您讲过,用行波法求解无界域内波动方程犀利优美。为什么不能用行波法求有界域的?”还有学生问道,说他看到有的教材说这不行,那是为什么?

  问者无心,听者有意。陈酌通过查找资料,凭借自己的学术能力解决了学生的问题,并把成果引进了课堂。回过头来,他又鼓励提问题的学生再接再厉。

  袁驷副校长说:“如果教一轮课下来,没有从学生那里得到什么新东西,就说明学生的思维没有超出教师思维的范围。应该反思检讨一下,我们是否对学生的个性思维及独立见解启发不够,教师的功夫有没有下到。”

  我认为,袁校长所讲的是高水平的启发式教学,再加上像陈酌等人一样关注学生对教学的反应,则是高质量的师生互动。

  在经常性往来的国际学术交流中,访问本领域顶级单位和专家

   人文学院王巍是将“以问题为中心”的科学哲学研究与教学范式引入国内的第一人。这在很大程度上得益于他经常往来于国际学术交流界,对中西教学模式的差距持有清醒的认识。

  在1997年去香港中文大学哲学系攻读博士学位前,王巍接受的是内地传统的 “以人物为中心”的研究与教学范式。但来到香港后,他明显感受到这种传统范式的不足,并为形成自己的“新范式”做积极准备;经过4年学习后重回清华执教,他将初步的“新范式”连续3年付诸于教学实践;2005年~2006年,王巍通过了美国匹兹堡大学在世界范围的选拔,来到这所科学哲学专业长期排名第一的大学访问。王巍充分利用国外丰富的学术资源,将“以问题为中心”的新范式完善和提高;2008年,他再去科学哲学专业在欧洲的最大研究单位———法国科技史与科技哲学研究所访问4个月,这使他的“新体系”得到进一步补充。王巍谈体会时说:“不仅科学要创新,教学也要‘敢为天下先’。这些高端的海外访学经历,对搞好我的教学和科研起了决定性作用。”

用高水平的科研支撑起教学的高水平

   陈巍在比赛中所讲的“通过广义函数‘开窗’证明 Nyquist系列准则的新方法”,纯粹是教学中找到的研究题目。他依靠在科研中的锻炼和能力取得了别人想做而未果的成果;微纳电子学系刘雷波在课堂上对国际权威教材大胆质疑,提出修改和补充意见。

  为什么他们能做得到这一点?就像陈巍谈体会时所说:“科研培养了教师面对困难、敢于学术攻关的勇气,使教师具备了科学的思维方法和创新模式。”教务处长段远源教授也说:“不要把课讲得太有确定性,要有探讨性。”我认为,从根本上说,教师的教学水平取决于他的学术水平。但不是学术水平高的,教学效果一定好。教学有特定的规律,还必须热爱教学,钻研教学才行。

  7位参赛青年教师作为各院系选送的代表,他们和我校全体青年教师一起,正一步一个脚印地快速成长。作为老教师,我高兴地在心里说:“年纪轻轻,开始利害起来了。”他们的研究式讲课绝不是偶然出现的,那是学校建设世界一流大学走到今天,在教学上结出的果实;是学校重视教学,倡导研究新的科学教学理念水到渠成般开出的花朵。

  当然,一个教师讲一门课,要做到堂堂都能讲出自己研究的见解和成果,那是很难的。如果讲得多了,那就在朝着国学大师陈寅恪所说的“现在(我)只讲未曾有人讲过的”的境界迈近。而随着学校世界一流大学建设的不断推进,青年教师的研究式讲课一定会由少变多,由好变更好。研究式讲课是研究型大学的必然特征。

  来源:新清华1851期 2011-09-09  

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2011-09-14 10:01:29]
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