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这门清华基础课够“个性”!

来源:ub8优游登录注册5.0    发布时间:2024-07-19 15:16:03

材料力学教研组共20名成员,包括9位长聘教授、2位长聘副教授、2位准聘副教授、2位副研究员、1位

产品介绍

  材料力学教研组共20名成员,包括9位长聘教授、2位长聘副教授、2位准聘副教授、2位副研究员、1位助理研究员,其中4人获国家杰出青年基金,7人获国家优秀青年基金。小组成员曾获得国家教学成果一等奖、北京市教学成果奖一等奖、清华大学教学成果特等奖,成员曾获北京市教学名师奖、北京市优秀教师奖、清华大学新百年优秀教师奖。多位成员曾获北京市青年教师教学基本功比赛一等奖、清华大学教学基本功比赛一等奖。材料力学课程自2001年起,多次获得国家教学成果一等奖、二等奖、北京市教学成果奖一等奖、清华大学教学成果特等奖,是校级精品课、国家级精品课和国家精品在线年,材料力学教学团队被认定为清华大学首批基础课教学团队。

  材料力学教学团队目前有20位成员,授课教师大多在自己的科研领域成就斐然。即使用的是同一套教材,讲的是同一个知识点,换一位老师讲,用的例子、讲授方式、语言风格就很是不同。

  李群仰从美国回来后,一直在探索实验力学与材料力学课程的结合。传统的教材对于材料力学的讲述大多从宏观层面出发,研究具有普遍性的力学规律。他结合自己科研方向,深入浅出地把原子尺度前沿实验装备——原子力显微镜介绍给同学们,让大家了解到宏观材料力学的许多基础原理在微观世界也同样适用,虽然力学规律在不同尺度有不一样的表现形式,但内核共通。同学们在意识到这种力学规律的普适性之后,往往对科学研究产生更多的好奇与热情。

  张一慧研究柔性微结构技术已近十年。早在百年前,大多材料力学经典概念、理论和方法已经被搭建成体系,但是这些古老的理论在柔性电子技术、先进制造等新兴工程领域不断产生新的应用,传统概念有了新的理解。比如,以前人们总是认为屈曲对于工程结构是有害的、材料只能体现正泊松比和正热膨胀系数,在张一慧的课堂上,他不对既有结论作评价,而是把最新科技成果直接展示给学生,让学生辩证思考,打破“刻板印象”,鼓励学生提出新思路。

  吕存景主要研究微纳米力学与生物力学。“活的材料”的受力如何分析?材料力学教科书上的力学公式到了软物质以及细胞尺度还适用吗?诸如此类的问题很有趣但无比复杂,为便于学生理解,吕存景特意制作了一批教具,在课堂上做演示实验。在讲述“压杆稳定性”问题的章节时,他把自制的教具摆到了讲台上,随着对压杆施加的载荷大于临界值,压杆“啪”的一下失稳,整个模具坍塌了。学生亲眼见证了结构不稳造成的灾难性后果,深切体会到压杆稳定性在工程中的重要性。这种现场演示既是生动的知识传递,也潜移默化地培养了未来工程师责任意识。

  在传统固体材料上形成的力学理论,在新材料上不必然奏效,但万变不离其宗。课程负责人殷雅俊说:“我们要追寻的不仅仅是变化,而应是寻找变化中的不变性。变化的不是规律,不变的才是规律。材料力学最核心的概念和理论,就承载了这种不变性。在此之上,我们大家可以‘以不变应万变’。这就是这门课成为基础课的理由。”

  上过殷雅俊课的学生大多记得他的几个口头禅:“大家有意见吗?” “这里面其实是philosophy” “这个结构及形式恰到好处,太美了”。

  他每节课用的PPT张数并不多,但能铺满全部知识点。他深谙如何集中学生的注意力,采用“板书+提问+课件”的“组合技术”。“学生的注意力是有限的,尤其是大家都带着电子科技类产品来上课的时候,你的PPT如果都是字、平铺直叙,那学生肯定要走神了。”在课堂上,他常邀请学生从多角度提问题,估计学生对同一个现象有极大几率会出现的多种影响因素提出假设,并逐步论证。他很期待听到学生的“不同意见”,从不介意学生提出的看似“肤浅”的问题。“学生在提问,说明他在思考,他可能不理解这个点,这太正常了,很多基础概念都是天才创造出来的,想要真正掌握,并非易事。”

  近三十年教导学生的经验使殷雅俊形成了独特的教学风格。上过他课的学生即使后来不从事力学相关研究,也记得殷老师描绘出的美丽的力学与几何世界。在殷雅俊的课上,讲究“溯本求源,但求甚解”。讲“极富天才的思想”,他会类比麦克斯韦创造的“位移电流”概念;讲韧性材料的强度准则,他会从对称性视角分析准则优美的程度;讲应力状态,就会联系克莱因、希尔伯特和诺特的不变量思想……当教育浮躁地追求短时间记忆大量新知识时,他坚持另一个维度意义上的教学探索:要有深度、广度和创造性。

  2016年,学校组织专家和毕业二十年的校友投票评选“清华大学新百年基础教学教师奖”,殷雅俊高票当选。有一位参与投票的校友说:“这门课让我意识到了材料结构的美感,而不是死记硬背来的几条公式,这和很多课都是不一样的。”

  柳占立对“教学相长”这个词深有体会。即使已经到了执教的第八个年头,带过近千名学生,每次上课前他都会抽出一大段时间专门修讲义、改课件。

  柳占立的着力于人体安全防护装备设计。一般而言,医学上人体致伤的标准是“出血”、“水肿”等,如果把人体组织看成一种特别的材料,该如何建立人体致伤的材料力学强度准则?他把这样一些问题抛给了学生。在与学生的沟通交流中产生了进一步研究的想法。在最新的一项研究中,他发现,借助最基础的强度理论可以将人体致伤标准量化,并用来指导用于修复人体组织的生物材料设计。

  殷雅俊也有教学相长的深刻体验。有一年他给研究生上课时,着重讲了分量的协变导数概念,从诞生到发展,从理论到应用。当他快讲完这个概念时,有学生提出,分量与基矢量相对立,从对称性的角度看,是不是基矢量也该有协变导数?殷雅俊起初并未把这样的一个问题放在心上,但后来他脑海中反复浮现“对称性”这个他平时经常向学生提及的词。

  “对称性这种理念不正是我在课上给学生讲的吗?他用这个思路来推论对立面也该有一个协变导数,这种想象值得称道。而且,存不存在这个新概念,和能不能将其定义出来,是两回事。”于是,殷雅俊开始着手寻找“自然基矢量的协变导数”,顺藤摸瓜,最终发现了协变形式不变性,并证实,这种不变性不仅在平坦时空普遍成立,而且在卷曲时空中也普遍成立。

  无论是教学还是科研,李晓雁都格外关注“安全”。作为先进结构材料的研究者,他时常要参与国家重大工程建设项目,此时材料安全就显得格外重要。他有意识地在课堂上加入大型建筑的建造案例,尤其是那些发生故障的。有一年他教新雅书院的本科生,在学期末与其他任课老师交流时,一位机械系的老师说:“上过‘材力’的学生,交上来的大作业会特别体现它的安全性。”这让李晓雁无比欣慰。

  1987年,殷雅俊初到清华任教时,老教师“手把手带徒弟”的传统就已经有了。

  在最开始的几年,殷雅俊给他的教学指导老师范钦珊教授担任助教。他整理讲义、观察学生、学习技巧。“教学和科研还是有差别的,科研靠自己摸索,教学还得看学生反应,这其中很多的隐藏信息、教导学生的经验是需要在实践中总结的。”范老师很注重学生的学习习惯,现在使用的《材料力学》教材最初的主编就是范老师,承接国内外材料力学教材研究情况,结合多年教导学生的经验编写而成。近年来,殷雅俊与年八十高龄的范老师持续修订和研发新版教材。“范老师时常对我说,教材需要跟上新的发展,新材料、新思路都要体现,要契合现在的学生的学习习惯。”

  柳占立的指导老师是薛明德老师,每次发现薛老师坐在教室里,柳占立都会不自觉地得紧张,即使他已经算得上经验比较丰富。他说:“在老师面前,我还是做学生的样,就跟检查作业似的。”有时候在实验楼附近遇到薛老师,师徒二人聊天内容三句不离怎么教书。

  早在上个世纪,薛明德老师的严格就出了名,她常常选一些经典著作和国外教材,要求新老师认真阅读,还亲自出题考察对内容掌握情况。不止学生要考试,老师也得考。直到今天,柳占立的办公室放着四五套不同时期、不同版本的《材料力学》教材,他说:“薛老师到现在还在复盘这门课每一个教学细节,她总觉得有些地方教的不够好。老先生的教学能力自是不必说,但她还在思考怎么提升,我们做后辈的,哪里敢停下。”

  老先生们悉数退休以后,经验比较丰富的教师主动担当,承接起了这项传统。殷雅俊既是吕存景的硕士生导师,亦是团队里青年教师的教学指导老师。吕存景初次参加青年教师教学大赛时总被批评“讲的太平,学生没有学习兴趣”。他回忆起当时的情形时,非常感激殷老师的指点,“把知识讲给学生听并不难,但讲的有思想、有深度,对于青年教师而言实在是太难了。这样一个时间段首先我想到的就是找殷老师,在准备课程的过程中我经常找他聊天,有时候甚至一次讨论就是一两个小时。他特别擅长挖掘出相关章节的出彩点,我教学生涯的探索路上,得到了殷老师太多帮助。”

  而今吕存景的课堂上既有个人独特的教学风格,又有殷老师的“美学”观念渗入其中。像殷雅俊一样,他格外注重引导同学们探究知识产生的来龙去脉,不仅给学生们推演公式来历,也把原理产生的时代背景、科学先驱们在构建理论体系时的思维方法等等脉络梳理清楚。他说:“殷老师经常嘱咐我在给学生讲授知识的同时,也要给学生讲明白每一个知识背后的科学理性、历史渊源、哲学内涵,这一理念对我影响很大,我正在努力向他看齐。”

  老教师们对于课本和知识的熟练令人惊叹。“范钦珊老师上课就带几张小卡片,大约四分之一张A4纸,上面写着这节课的主要知识点,一边讲一边板书,整整齐齐,清清楚楚。”回想起自己的指导老师,殷雅俊敬佩不已。

  在PPT还没有普遍的使用的年代,画图、制图都靠老师一双手。老先生们拿着一支粉笔,在黑板上,最多两笔,一般只用一笔,就能画出一个很标准的与圆。在多媒体工具推广后,教研组的教师们又开始“组团”学技术。到了今天,在“材力”的课堂上,既充分的利用PPT、Matlab等工具使抽象的概念具体化,又延续了板书的习惯,将现代与传统相结合,最大限度地便于学生理解。

  但凡是老教师们来参会了,一年两度的教学研讨会就常常被开成“批评会”。青年教师在台上讲课,老前辈们会直截了当地指出其中不足的地方。柳占立说:“每次上去讲之前我都很紧张,老师们批评的很直接,但你又不得不承认,他们说的太对了,给的建议也很实在。”凭借着小组成员的共同打磨,“材力”团队的教师参加青年教师教学比赛屡获大奖。

  李晓雁说,他在“材力”成长的很快,既是因为有人帮,也是受到了团队同上进的氛围影响。“你可以感受到他们那种时时刻刻都想着要教好学生、对学生负责的态度,我们做后辈的在教学上远不能与其比肩,但一定要用心,这不仅是对学生用心,也是不辜负老先生们的用心。”

  目前“材力”团队中有八位“70”后、七位“80”后,是一支年轻的教学队伍。1958年材料力学教研组成立以来,大家辈出,“用心教学”是前辈们朴素而坚定的经验总结。现在,接力棒交到了这群年轻人手里。

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