熱能系“小組研讀”課程——構(gòu)建新型課堂模式的嶄新嘗試
記者 李 含 王 蕾
傳統(tǒng)課堂中，教師立于三尺講臺(tái)之上，將知識(shí)、技能精準(zhǔn)地傳授于學(xué)生；學(xué)生則正襟危坐，孜孜矻矻勤于吸收，而殊少發(fā)問(wèn)、質(zhì)疑。
這在美國(guó)普林斯頓大學(xué)教授霍華德•斯頓（Howard A.Stone）為清華大學(xué)熱能工程系開(kāi)設(shè)的課堂中被徹底顛覆了——多數(shù)時(shí)間里，學(xué)生們?cè)诤诎迳线M(jìn)行公式、算法的推導(dǎo)論證，斯頓教授站在學(xué)生中間，專(zhuān)注于推導(dǎo)過(guò)程，并不時(shí)予以引導(dǎo)。遇到瓶頸時(shí)，他和學(xué)生一起分析、討論，時(shí)而神色凝重，時(shí)而神采飛揚(yáng)。
圖為斯頓教授與學(xué)生在課堂上討論。記者 智 斐 攝
今年春季，熱能工程系海外講席教授組成員斯頓教授與林壽海（Sau-Hai Lam）教授，分別開(kāi)設(shè)“流體力學(xué)前沿研讀”課程，開(kāi)創(chuàng)了以研讀和討論為主的“小組研讀（group reading）”新型授課方式。課程按照研究興趣將學(xué)生分為若干小組，指定相關(guān)領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)問(wèn)題研究論文，學(xué)生分別完成先期閱讀、面對(duì)面討論、深入閱讀、網(wǎng)絡(luò)討論和最終匯報(bào)幾個(gè)環(huán)節(jié)，持續(xù)時(shí)間約兩個(gè)半月。
“‘小組研讀（group reading）’是一次嶄新的嘗試，這樣的探索非常有意義，師生可以平等對(duì)話(huà)，共同討論，相互啟發(fā)。” 斯頓教授如是說(shuō)。這一創(chuàng)新課程初步顯示出其良好效果，其中一個(gè)學(xué)習(xí)小組在頂尖期刊發(fā)表的學(xué)術(shù)成果基礎(chǔ)上有了全新發(fā)現(xiàn)，關(guān)于這一新發(fā)現(xiàn)的論文初稿已基本完成，這不啻為一項(xiàng)重要研究成果。
師生互動(dòng)討論 學(xué)生成為課堂主體
流體力學(xué)是通用性極強(qiáng)的理工基礎(chǔ)課程。為進(jìn)一步推動(dòng)清華流體力學(xué)課程發(fā)展，熱能系聘請(qǐng)若干流體力學(xué)國(guó)際頂尖學(xué)者組成講席教授組，為學(xué)生開(kāi)設(shè)國(guó)際一流流體力學(xué)課程。
斯頓教授2013年在清華開(kāi)設(shè)流體力學(xué)基本理論課程，受到同學(xué)們的廣泛歡迎。隨著授課的深入，他開(kāi)始不斷思考如何在課堂中為學(xué)生提供更加有效的學(xué)習(xí)研究環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)研究主動(dòng)性和潛能。這個(gè)想法很快得到了實(shí)施的機(jī)會(huì)。在熱能系和學(xué)校相關(guān)部門(mén)的支持下，今年3月斯頓教授首次創(chuàng)新開(kāi)設(shè)“流體力學(xué)前沿研讀”課程。
通過(guò)全校網(wǎng)絡(luò)報(bào)名和面試選拔，最終4組共12名來(lái)自不同年級(jí)和專(zhuān)業(yè)的同學(xué)成為“流體力學(xué)前沿研讀”課程學(xué)員。
六教一間教室中，黑板上寫(xiě)滿(mǎn)了推導(dǎo)公式，兩名學(xué)生正在邊討論邊進(jìn)行運(yùn)算，另外一名同學(xué)則在筆記本電腦前和斯頓教授進(jìn)行交談。這很像某個(gè)課程的課間休息時(shí)間，整個(gè)氛圍輕松而隨意，而這正是“流體力學(xué)前沿研讀”課程“小組研讀”獨(dú)特的授課方式。師生隨時(shí)討論交流，學(xué)生從被動(dòng)聽(tīng)課轉(zhuǎn)換為在整個(gè)課程中與教師平等探討問(wèn)題，甚至進(jìn)而成為課堂的主體。
輕松的學(xué)習(xí)氛圍下，卻是緊湊有效率的課堂安排。斯頓教授將流體力學(xué)頂級(jí)雜志上最新發(fā)表的不同論文分發(fā)給各個(gè)小組，由學(xué)生自主研讀。在整個(gè)過(guò)程的開(kāi)始，學(xué)生要自己查找資料，對(duì)論文研究課題的背景和相關(guān)知識(shí)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，進(jìn)而讀懂研究論文，就論文相關(guān)問(wèn)題和斯頓教授進(jìn)行面對(duì)面的深入討論。
在普林斯頓大學(xué)，斯頓教授曾經(jīng)在課堂中嘗試讓學(xué)生閱讀期刊論文并在課堂上匯報(bào)研讀成果，但作為一門(mén)課程，這對(duì)斯頓教授本人尚屬首次，也鮮有大學(xué)進(jìn)行此類(lèi)嘗試。
熟悉流體力學(xué)的教師都表示，雖然看似只是幾篇論文的研討，但開(kāi)設(shè)這樣的課程對(duì)于教師來(lái)說(shuō)壓力很大任務(wù)也非常繁重。斯頓教授坦言，自己事先對(duì)于論文的作者和研究課題并不熟悉，但這卻為教師和學(xué)生平等地共同探索、研究提供了契機(jī)。“清華同學(xué)的優(yōu)異表現(xiàn)給我留下深刻印象，而我也在和他們共同討論中學(xué)到很多。”斯頓教授說(shuō)。
強(qiáng)調(diào)批判思維 使學(xué)生站在更高角度思考科研問(wèn)題
“流體力學(xué)前沿研讀”課中，斯頓教授問(wèn)學(xué)生的第一個(gè)問(wèn)題是“這篇文章為什么能被發(fā)表？”這樣的問(wèn)題使學(xué)生意識(shí)到該研究的學(xué)術(shù)價(jià)值和創(chuàng)新所在。通過(guò)隨后深入研讀的過(guò)程，斯頓教授引導(dǎo)學(xué)生重新按照自己的思維編排邏輯，對(duì)文章進(jìn)行進(jìn)一步分析。他始終強(qiáng)調(diào)批判性思維的力量和重要性，希望學(xué)生即使面對(duì)最頂尖的研究成果也不要盲從，不要滿(mǎn)足于只知道論文作者進(jìn)行了什么研究，而要站在一個(gè)更高的角度去批判性地對(duì)論文進(jìn)行分析和思考，甚至于嘗試找到論文中可能存在的問(wèn)題或推動(dòng)論文結(jié)果進(jìn)一步發(fā)展。
斯頓教授引導(dǎo)學(xué)生對(duì)論文進(jìn)行批判性閱讀，找出問(wèn)題，并對(duì)其展開(kāi)探索。他幫助學(xué)生與原文作者取得聯(lián)系，直接向作者索取原始數(shù)據(jù)，并請(qǐng)對(duì)方提供分析過(guò)程。得到原始數(shù)據(jù)后，對(duì)于存疑的部分，學(xué)生可以對(duì)原始數(shù)據(jù)重新進(jìn)行分析，通過(guò)不同的途徑，驗(yàn)證最終結(jié)果。
這種批判性思維訓(xùn)練使學(xué)生站得更高，他們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力迅速提高。
圖為航天航空學(xué)院博士二年級(jí)學(xué)生張力（左一）、機(jī)械工程系的大三學(xué)生楊璠（右一）、熱能工程系博士一年級(jí)學(xué)生毛倩（右二）組成的研讀小組與斯頓教授合影。記者 智 斐 攝
來(lái)自機(jī)械工程系的大三學(xué)生楊璠、航天航空學(xué)院博士二年級(jí)學(xué)生張力和熱能工程系博士一年級(jí)學(xué)生毛倩共同組成研讀小組。他們的小組在原有學(xué)術(shù)成果的基礎(chǔ)上有了全新的發(fā)現(xiàn)。
“斯頓教授和我們一起推導(dǎo)公式，幫助我們厘清研究思路。斯頓教授有著極其豐富的經(jīng)驗(yàn)和研究直覺(jué)，往往能迅速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的癥結(jié)。我們?cè)诤退懻摰倪^(guò)程中，會(huì)碰撞出更棒的想法，從而衍生出更多創(chuàng)新性的工作。” 小組成員毛倩說(shuō)。
該小組在斯頓教授指定的幾篇文獻(xiàn)中選擇了一篇關(guān)于“錐形納米通道內(nèi)的離子整流”的研究論文。文章認(rèn)為，通過(guò)改變通道壁面帶電可以得到一個(gè)整流的效果。通過(guò)深入研讀，小組提出一個(gè)全新觀(guān)點(diǎn)，即可以通過(guò)改變通道形狀得到一個(gè)整流的效果。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)引起斯頓教授極大的興趣。在他的指導(dǎo)下，小組成員投入到對(duì)相關(guān)公式的推導(dǎo)中。通過(guò)與斯頓教授非常有效率的共同討論與研究，推導(dǎo)工作基本完成。
熱能系教授姚強(qiáng)仍然清晰記得某天下午，斯頓教授和小組成員在辦公室緊閉大門(mén)幾個(gè)小時(shí)后拿著成果給他看時(shí)的情景。“他很興奮。他告訴我他們的新論文基本框架已經(jīng)完成。”
小組成員通過(guò)建立理論模型和計(jì)算，在原作者基礎(chǔ)上得到了更加一般的結(jié)果，并分析出在錐形納米管道中的各種因素如何影響整流效應(yīng)。同時(shí)，其理論計(jì)算也可以推廣到更加一般形狀的納米管道，用來(lái)分析其中的整流效應(yīng)，目前，小組成員已順利完成論文初稿的撰寫(xiě)，這不啻為一項(xiàng)重要研究成果。
鼓勵(lì)獨(dú)立研究 點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)術(shù)志趣
互動(dòng)模式下的課堂，改變了傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生始終處于被動(dòng)接受、“默默學(xué)習(xí)”的角色，作為學(xué)習(xí)和研究主體的學(xué)生有機(jī)會(huì)獨(dú)立面對(duì)研究課題。 教師開(kāi)始時(shí)在課程教學(xué)中扮演了“導(dǎo)演”和“策劃者”，但隨著課程深入，學(xué)生承擔(dān)起主要角色，教師轉(zhuǎn)而成為“點(diǎn)評(píng)人”和“引導(dǎo)者”，啟迪并引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探求知識(shí)、獨(dú)立進(jìn)行創(chuàng)造性、批判性思考。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生有機(jī)會(huì)從一個(gè)新的高度思考研究、獨(dú)立面對(duì)研究的各種相關(guān)問(wèn)題，學(xué)習(xí)研究興趣也更容易被激發(fā)出來(lái)。
姚強(qiáng)表示，不同于以知識(shí)體系架構(gòu)為支撐的傳統(tǒng)課堂，“小組研讀” 以培養(yǎng)學(xué)術(shù)人才為導(dǎo)向，完全是開(kāi)放型的課堂。就授課內(nèi)容來(lái)說(shuō)，其直接面向流體力學(xué)領(lǐng)域前沿課題，就目標(biāo)學(xué)生而言，則突破了本科生、碩士生和博士生各自畫(huà)地為牢的桎梏。
作為小組中唯一的一名本科生，楊璠加入這個(gè)小組源于對(duì)于科研濃厚的興趣。在小組中，他很快適應(yīng)了這種研究課堂的節(jié)奏和授課方式，并擔(dān)任起小組組長(zhǎng)，主動(dòng)承擔(dān)起各項(xiàng)工作。“我對(duì)流體力學(xué)充滿(mǎn)了興趣，有這樣的機(jī)會(huì)直接接觸學(xué)術(shù)‘大牛’是非?？鞓?lè)的事情。他引導(dǎo)我們進(jìn)入最前沿的研究領(lǐng)域，并就相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)科學(xué)系統(tǒng)的探索。”作為本科生，楊璠開(kāi)始有意識(shí)地訓(xùn)練自己的自學(xué)能力，并通過(guò)自學(xué)掌握了流體力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)基本理論，以及解方程的數(shù)值方法等知識(shí)。他表示，這種獨(dú)立研究的模式使自己對(duì)學(xué)習(xí)和科研產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，樂(lè)在其中。而他的表現(xiàn)也得到熱能系多位老師的認(rèn)可與稱(chēng)贊。
斯頓教授對(duì)學(xué)生在課程中的表現(xiàn)非常滿(mǎn)意。“學(xué)生們都非常努力和投入，我們一起努力將我們的討論和研究向前推進(jìn)?？梢哉f(shuō)，每天都有收獲。”
“小組研讀”開(kāi)放式授課面向所有對(duì)科研有興趣的學(xué)生，通過(guò)了解流體力學(xué)相關(guān)前沿課題，引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)科研能力。姚強(qiáng)稱(chēng)其為一種“介于基礎(chǔ)教學(xué)與研究之間”的模式和探索，他認(rèn)為，“斯頓教授以學(xué)術(shù)科研為導(dǎo)向，培養(yǎng)的正是學(xué)生研究問(wèn)題的能力，包括如何閱讀文獻(xiàn)，如何從文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)、提出和分析問(wèn)題，如何利用數(shù)據(jù)分析得出自己推測(cè)的結(jié)果，甚至如何與不同學(xué)者進(jìn)行交流的各種能力。”
學(xué)校第24次教育工作討論會(huì)把“激發(fā)學(xué)術(shù)志趣”作為改革的著眼點(diǎn)和切入點(diǎn)，“小組研讀”教學(xué)中良好的生師互動(dòng)、批判性思維訓(xùn)練、以研究為導(dǎo)向的開(kāi)放型課堂，獨(dú)立研究能力的培養(yǎng)無(wú)疑都是激發(fā)學(xué)生學(xué)術(shù)志趣的重要因素。在這方面，熱能工程系開(kāi)設(shè)的“流體力學(xué)前沿研讀”課可以說(shuō)在創(chuàng)新教學(xué)模式中進(jìn)行了嶄新的嘗試。
對(duì)于這一創(chuàng)新教育模式，熱能系和流體工程講席教授組給予了密切關(guān)注。講席教授組首席教授、美國(guó)普林斯頓大學(xué)教授羅忠敬思考地更加長(zhǎng)遠(yuǎn)：“相較于讓更多青年教師參與到這樣的課程中，在每個(gè)小組中培養(yǎng)具有領(lǐng)導(dǎo)力的學(xué)生研究帶頭人更為重要，這是培養(yǎng)學(xué)生成為獨(dú)立研究者的重要過(guò)程。要培養(yǎng)他們對(duì)于科學(xué)研究的真正的熱愛(ài)，這才能真正激發(fā)他們的學(xué)術(shù)志趣。”
（清華新聞網(wǎng)6月3日電）
編輯：襄樺
