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“小组研读”课程-构建新型课堂模式的崭新尝试

时间:2019-11-06 20:28:53
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 热能系“小组研读”课程——构建新型课堂模式的崭新尝试

记者 李 含 王 蕾  

  传统课堂中,教师立于三尺讲台之上,将知识、技能精准地传授于学生;学生则正襟危坐,孜孜矻矻勤于吸收,而殊少发问、质疑。

  这在美国普林斯顿大学教授霍华德•斯顿(Howard A.Stone)为清华大学热能工程系开设的课堂中被彻底颠覆了——多数时间里,学生们在黑板上进行公式、算法的推导论证,斯顿教授站在学生中间,专注于推导过程,并不时予以引导。遇到瓶颈时,他和学生一起分析、讨论,时而神色凝重,时而神采飞扬。

“小组研读”课程-构建新型课堂模式的崭新尝试

图为斯顿教授与学生在课堂上讨论。记者 智 斐

  今年春季,热能工程系海外讲席教授组成员斯顿教授与林寿海(Sau-Hai Lam)教授,分别开设“流体力学前沿研读”课程,开创了以研读和讨论为主的“小组研读(group reading)”新型授课方式。课程按照研究兴趣将学生分为若干小组,指定相关领域前沿热点问题研究论文,学生分别完成先期阅读、面对面讨论、深入阅读、网络讨论和最终汇报几个环节,持续时间约两个半月。

  “‘小组研读(group reading)’是一次崭新的尝试,这样的探索非常有意义,师生可以平等对话,共同讨论,相互启发。” 斯顿教授如是说。这一创新课程初步显示出其良好效果,其中一个学习小组在顶尖期刊发表的学术成果基础上有了全新发现,关于这一新发现的论文初稿已基本完成,这不啻为一项重要研究成果。

师生互动讨论 学生成为课堂主体

  流体力学是通用性极强的理工基础课程。为进一步推动清华流体力学课程发展,热能系聘请若干流体力学国际顶尖学者组成讲席教授组,为学生开设国际一流流体力学课程。

  斯顿教授2013年在清华开设流体力学基本理论课程,受到同学们的广泛欢迎。随着授课的深入,他开始不断思考如何在课堂中为学生提供更加有效的学习研究环境,激发学生的学习研究主动性和潜能。这个想法很快得到了实施的机会。在热能系和学校相关部门的支持下,今年3月斯顿教授首次创新开设“流体力学前沿研读”课程。

  通过全校网络报名和面试选拔,最终4组共12名来自不同年级和专业的同学成为“流体力学前沿研读”课程学员。

  六教一间教室中,黑板上写满了推导公式,两名学生正在边讨论边进行运算,另外一名同学则在笔记本电脑前和斯顿教授进行交谈。这很像某个课程的课间休息时间,整个氛围轻松而随意,而这正是“流体力学前沿研读”课程“小组研读”独特的授课方式。师生随时讨论交流,学生从被动听课转换为在整个课程中与教师平等探讨问题,甚至进而成为课堂的主体。

  轻松的学习氛围下,却是紧凑有效率的课堂安排。斯顿教授将流体力学顶级杂志上最新发表的不同论文分发给各个小组,由学生自主研读。在整个过程的开始,学生要自己查找资料,对论文研究课题的背景和相关知识进行深入学习,进而读懂研究论文,就论文相关问题和斯顿教授进行面对面的深入讨论。

  在普林斯顿大学,斯顿教授曾经在课堂中尝试让学生阅读期刊论文并在课堂上汇报研读成果,但作为一门课程,这对斯顿教授本人尚属首次,也鲜有大学进行此类尝试。

  熟悉流体力学的教师都表示,虽然看似只是几篇论文的研讨,但开设这样的课程对于教师来说压力很大任务也非常繁重。斯顿教授坦言,自己事先对于论文的作者和研究课题并不熟悉,但这却为教师和学生平等地共同探索、研究提供了契机。“清华同学的优异表现给我留下深刻印象,而我也在和他们共同讨论中学到很多。”斯顿教授说。

强调批判思维 使学生站在更高角度思考科研问题

  “流体力学前沿研读”课中,斯顿教授问学生的第一个问题是“这篇文章为什么能被发表?”这样的问题使学生意识到该研究的学术价值和创新所在。通过随后深入研读的过程,斯顿教授引导学生重新按照自己的思维编排逻辑,对文章进行进一步分析。他始终强调批判性思维的力量和重要性,希望学生即使面对最顶尖的研究成果也不要盲从,不要满足于只知道论文作者进行了什么研究,而要站在一个更高的角度去批判性地对论文进行分析和思考,甚至于尝试找到论文中可能存在的问题或推动论文结果进一步发展。

  斯顿教授引导学生对论文进武汉中际医院行批判性阅读,找出问题,并对其展开探索。他帮助学生与原文作者取得联系,直接向作者索取原始数据,并请对方提供分析过程。得到原始数据后,对于存疑的部分,学生可以对原始数据重新进行分析,通过不同的途径,验证最终结果。

  这种批判性思维训练使学生站得更高,他们在短时间内发现问题、解决问题的能力迅速提高。

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图为航天航空学院博士二年级学生张力(左一)、机械工程系的大三学生杨璠(右一)、热能工程系博士一年级学生毛倩(右二)组成的研读小组与斯顿教授合影。记者 智 斐

  来自机械工程系的大三学生杨璠、航天航空学院博士二年级学生张力和热能工程系博士一年级学生毛倩共同组成研读小组。他们的小组在原有学术成果的基础上有了全新的发现。

  “斯顿教授和我们一起推导公式,帮助我们厘清研究思路。斯顿教授有着极其丰富的经验和研究直觉,往往能迅速发现问题的症结。我们在和他讨论的过程中,会碰撞出更棒的想法,从而衍生出更多创新性的工作。” 小组成员毛倩说。

  该小组在斯顿教授指定的几篇文献中选择了一篇关于“锥形纳米通道内的离子整流”的研究论文。文章认为,通过改变通道壁面带电可以得到一个整流的效果。通过深入研读,小组提出一个全新观点,即可以通过改变通道形状得到一个整流的效果。

  这个发现引起斯顿教授极大的兴趣。在他的指导下,小组成员投入到对相关公式的推导中。通过与斯顿教授非常有效率的共同讨论与研究,推导工作基本完成。

  热能系教授姚强仍然清晰记得某天下午,斯顿教授和小组成员在办公室紧闭大门几个小时后拿着成果给他看时的情景。“他很兴奋。他告诉我他们的新论文基本框架已经完成。”

  小组成员通过建立理论模型和计算,在原作者基础上得到了更加一般的结果,并分析出在锥形纳米管道中的各种因素如何影响整流效应。同时,其理论计算也可以推广到更加一般形状的纳米管道,用来分析其中的整流效应,目前,小组成员已顺利完成论文初稿的撰写,这不啻为一项重要研究成果。

鼓励独立研究 点燃学生学术志趣

  互动模式下的课堂,改变了传统教学学生始终处于被动接受、“默默学习”的角色,作为学习和研究主体的学生有机会独立面对研究课题。 教师开始时在课程教学中扮演了“导演”和“策划者”,但随着课程深入,学生承担起主要角色,教师转而成为“点评人”和“引导者”,启迪并引导学生主动探求知识、独立进行创造性、批判性思考。在这个过程中,学生有机会从一个新的高度思考研究、独立面对研究的各种相关问题,学习研究兴趣也更容易被激发出来。

  姚强表示,不同于以知识体系架构为支撑的传统课堂,“小组研读” 以培养学术人才为导向,完全是开放型的课堂。就授课内容来说,其直接面向流体力学领域前沿课题,就目标学生而言,则突破了本科生、硕士生和博士生各自画地为牢的桎梏。

  作为小组中唯一的一名本科生,杨璠加入这个小组源于对于科研浓厚的兴趣。在小组中,他很快适应了这种研究课堂的节奏和授课方式,并担任起小组组长,主动承担起各项工作。“我对流体力学充满了兴趣,有这样的机会直接接触学术‘大牛’是非常快乐的事情。他引导我们进入最前沿的研究领域,并就相关问题展开科学系统的探索。”作为本科生,杨璠开始有意识地训练自己的自学能力,并通过自学掌握了流体力学、电动力学基本理论,以及解方程的数值方法等知识。他表示,这种独立研究的模式使自己对学习和科研产生了更加浓厚的兴趣,乐在其中。而他的表现也得到热能系多位老师的认可与称赞。

  斯顿教授对学生在课程中的表现非常满意。“学生们都非常努力和投入,我们一起努力将我们的讨论和研究向前推进。可以说,每天都有收获。”

  “小组研读”开放式授课面向所有对科研有兴趣的学生,通过了解流体力学相关前沿课题,引导并培养学生基础科研能力。姚强称其为一种“介于基础教学与研究之间”的模式和探索,他认为,“斯顿教授以学术科研为导向,培养的正是学生研究问题的能力,包括如何阅读文献,如何从文献中发现、提出和分析问题,如何利用数据分析得出自己推测的结果,甚至如何与不同学者进行交流的各种能力。”

  学校第24次教育工作讨论会把“激发学术志趣”作为改革的着眼点和切入点,“小组研读”教学中良好的生师互动、批判性思维训练、以研究为导向的开放型课堂,独立研究能力的培养无疑都是激发学生学术志趣的重要因素。在这方面,热能工程系开设的“流体力学前沿研读”课可以说在创新教学模式中进行了崭新的尝试。

  对于这一创新教育模式,热能系和流体工程讲席教授组给予了密切关注。讲席教授组首席教授、美国普林斯顿大学教授罗忠敬思考地更加长远:“相较于让更多青年教师参与到这样的课程中,在每个小组中培养具有领导力的学生研究带头人更为重要,这是培养学生成为独立研究者的重要过程。要培养他们对于科学研究的真正的热爱,这才能真正激发他们的学术志趣。”

(清华新闻网6月3日电)

编辑:襄桦

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