“試驗田”育出“創(chuàng)新苗”
創(chuàng)新之道,唯在得人。習近平總書記在中央人才工作會議上指出,我國擁有世界上規(guī)模最大的高等教育體系,有各項事業(yè)發(fā)展的廣闊舞臺,完全能夠源源不斷培養(yǎng)造就大批優(yōu)秀人才,完全能夠培養(yǎng)出大師。
清華大學錢學森力學班創(chuàng)立于2009年,是國家“基礎學科拔尖學生培養(yǎng)試驗計劃”唯一定位于工科基礎的試驗班。12年來,這塊“面向創(chuàng)新型工科的試驗田”圍繞著培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、提升本科教育質量、激發(fā)學生內生動力、促進教學相長等方面,開展了一系列實踐探索,取得了可喜的突破。細雨深潤,禾苗茁壯?;仡?2年的探索歷程,“好苗子”如何在“試驗田”上拔節(jié)育穗?錢學森班的探索,能給我國創(chuàng)新型人才培養(yǎng)帶來哪些啟示?記者近日走近錢學森班,嘗試尋找答案。
試水——
想方設法呵護學生的激情。這種激情應該是對一件事情著迷,晚上睡不著覺,吃飯走路都在想這件事情的感覺,這對創(chuàng)新至關重要
“我做的研究是讓兩個固體表面沒有摩擦,這是一個非?;A的領域。因為摩擦一定會磨損,我們有1/3的能源就消耗在這上面?!敝袊茖W院院士、錢學森班首席教授鄭泉水在結構超滑領域耕耘20余年,曾以第一獲獎人身份獲得過兩次國家自然科學獎二等獎。
然而,作為清華大學航天航空學院工程力學系教授,另一個關于減少“磨損”的問題也一直縈繞在鄭泉水的心頭?!拔?993年到清華大學任教,當初給我的感覺就是,清華的學生很聰明,但內生動力不夠。”鄭泉水口中的“內生動力”,指的不是多上幾門課,或者考個好成績?!拔艺J為,學生被‘磨損’的會是激情。這種激情應該是要對一件事情著了迷,晚上睡不著覺,吃飯走路都在想一件事的那種感覺,這對創(chuàng)新至關重要?!?/p>
鄭泉水開始系統(tǒng)思考創(chuàng)新型人才培養(yǎng)問題是在2001年。那年,一個非常優(yōu)秀的清華本科生跟著鄭泉水讀碩士。有多優(yōu)秀呢?用鄭泉水的話說:“博士后一年都沒解決的問題,還在讀大四的他兩個星期就解決了?!碑敃r,就是這個學生的一句話讓鄭泉水十分震驚:“我們班里只有我一個人有興趣做學術?!?/p>
“清華大學有這么好的資源和條件,學生有這么好的天賦,大多數(shù)人卻不想做研究,就是來讀個學位,這怎么能行?”鄭泉水猜測,主要原因可能是知識“不好玩”,課程體系太老化。于是他和同事們一起花了大量時間,來討論怎樣改革教學內容和課程體系。但是,鄭泉水發(fā)現(xiàn)光改這些還遠遠不夠。
到了2007年,問題變得更加緊迫?!昂教旌娇諏W院一屆90多個本科生,14個沒有畢業(yè)。當時我是學院學術委員會的主任,主管教學體系。這種情況讓我們下定決心必須改課程,之后又花了3個月討論怎么改。”鄭泉水回憶。
經過反復研討,大家形成了共識:本科課程學得多、學得全,一部分課程的挑戰(zhàn)度、訓練量不夠,成了學生們口中的“水課”。要提升本科教學質量,一定要把課程里的“水分”擠掉。但是究竟哪些課要砍掉,哪些課要加強?不少老師都認為自己專業(yè)領域的課程很重要,這導致都加強的話,學分起碼要到200分以上,學生根本受不了,所以很難調和。
密集的教學研討沒有馬上奏效,卻讓鄭泉水等對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)有了更進一步的認識。2007年夏,他向清華大學校領導匯報工作時提出,結合清華的力學和工科優(yōu)勢,創(chuàng)辦一個“人才培養(yǎng)試驗田”的設想。在得到學校領導的充分肯定后,這個“人才培養(yǎng)試驗田”加緊籌備。當時,“兩彈一星”元勛、人民科學家錢學森院士親自首肯了在清華設立的這個力學班以“錢學森”來命名。2009年,教育部等部門聯(lián)合推出“基礎學科拔尖學生培養(yǎng)試驗計劃”,并在清華等19所高校進行拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)試點,錢學森班被納入其中。
2009年9月5日,30名意氣風發(fā)的年輕人走進清華大學,成為錢學森班的第一屆學生,一場創(chuàng)新型人才培養(yǎng)計劃,就此展開。
破題——
你想長成什么樣子,就去扎什么樣的根;想蓋多高的房子,就去打多深的基礎
“錢學森班首先定位是工科基礎,不是力學或者某個專業(yè)。所以我們除了要幫助學生找到‘內生動力’,還強調開放性?!编嵢f,“清華大學有好幾十個專業(yè),其實很多學生并不知道自己究竟喜歡學什么,‘選對’的概率可能只有幾十分之一。我們做過調研,讓學生們困惑的往往是‘我學這個專業(yè)有什么用’‘為什么要學這門課’這些最基本的問題。所以我們想到了一個辦法:你想長成什么樣子,就去扎什么樣的根;想蓋多高的房子,就去打多深的基礎?!?/p>
怎樣立足開放性打基礎?錢學森班的老師們一開始想了很多辦法,比如小班授課、請知名教授來上導論之類的課等,但效果都不太理想。鄭泉水百思不得其解,直到一個“不破的泡泡”出現(xiàn)。
錢學森班創(chuàng)立之初,鄭泉水就經常和學生們討論一些“異想天開”的想法。例如,石油被壓在沙子的縫隙里。沙子變成砂巖后,縫隙變得很小,阻力變得很大,石油就流不出來。假如在石油里放一些納米顆粒,相當于給石油裝上了“輪子”,石油在砂巖的邊界上,不就能自己“滾動”出來了嗎?
錢學森班2009級學生楊錦,循著這個想法開始做實驗。雖然他沒有成功地給石油裝上“輪子”,卻在實驗的過程中觀察到水面上漂浮著一層微小的泡泡,過了好幾天仍然不破。他把這個現(xiàn)象告訴了鄭泉水。鄭泉水也不懂,但覺得有趣,他沒有敷衍學生的好奇心,而是鼓勵并指導楊錦繼續(xù)研究,最終發(fā)現(xiàn)了“不破的泡泡”的原理——水泡表面有緊密排列微米顆粒時,產生的毛細張力可以維持水泡一個多月不破。半年下來,楊錦第一次領悟到用自己的所學和推導可以去解釋分析、定量描述一個物理現(xiàn)象,這讓他在觀察、實驗、理論方面,都有了很大的進步。
這個“不破的泡泡”也讓鄭泉水感到振奮:“上課不管上到什么樣的水平,一堂課下來,學生能掌握的可能只有30%;但是如果提出問題,通過這些問題來實踐、研究,有可能學生對知識的理解能達到70%?!?/p>
知識面隨著研究不斷深入,錢學森班似乎能找到一條可行的路徑——實現(xiàn)從學得多、學得全,向學得深、學得寬轉變?!罢5恼n程,學生上1小時的課做3小時練習,現(xiàn)在通過深入做研究,學生可能要花9小時乃至27小時。甚至在知識的牽引下,他可以從物理做到化學,從化學做到生物,這個能力是可以遷移的。”鄭泉水說。
在錢學森班成立之初的幾年,雖然也對課程體系進行了大的調整,學分減少到了178分,但鄭泉水仍不滿意。他又找來在清華大學長期從事教學管理工作的數(shù)學系教授白峰杉,對課程體系再次進行大刀闊斧的改革?!按髮W期間學了多少門課不重要,但是學透了幾門課特別重要。我們只留下那些能夠改變認識的課?!卑追迳颊f。
2016年,清華大學本科榮譽學位項目在錢學森班首試,這個項目設置了18門“挑戰(zhàn)性”課程,并劃分為6個系列,分別是數(shù)學、自然科學、工科基礎、專業(yè)與研究,以及人文、綜合與貫通,一個錢學森班學生在大學前3年的每個學期里,榮譽挑戰(zhàn)性課程只需上3門,從前4類里面選2門,從后2類里選1門。在榮譽挑戰(zhàn)性課程之外,學生還可以根據(jù)自己的興趣和研究方向選擇結構性課程,來構建自己的知識和能力體系。就這樣,錢學森班把總學分降到了148分,低于清華大學其他工科院系的學分要求。
成果——
在總學分上做“減法”的同時,在課程難度和挑戰(zhàn)性上做足“加法”,讓學生們“燃”起來,盡情釋放創(chuàng)新能量
“在清華大學錢學森班就讀是種怎樣的體驗?”在某網絡問答平臺上,這個話題曾引起過熱烈的討論。錢學森班里,在高考或競賽中披荊斬棘的佼佼者們,似乎迎來了更大的挑戰(zhàn):“課程的難度設置更大、進度更快”“會有各種大作業(yè),比如‘有限元法基礎’課會讓我們‘造一座橋’”……錢學森班在總學分上做“減法”的同時,在課程難度和挑戰(zhàn)性上卻做足了“加法”,讓學生們“燃”起來,盡情釋放創(chuàng)新能量。
“我教的課程叫高等微積分,但事實上我教授的是數(shù)學分析。微積分主要說的是可以這樣做,而且是可行的;數(shù)學分析還要說清楚,為什么這樣做是可行的。它必須是個完整的邏輯思想體系。”清華大學數(shù)學系教授鄭建華編寫的教程講義內容豐富,難度也有所提升,但并沒有把錢學森班的學生們“打趴下”。
“腦子轉得飛快。”這是錢學森班2016級學生黃軒宇大一時學數(shù)學分析的狀態(tài)。這個在高中時代拿過國際奧林匹克物理競賽亞洲金牌的學生,上大學前就已經自學了數(shù)學分析,但一次數(shù)學作業(yè)還是要花上四五個小時,那些推演令人著迷。
“我看到了他們在艱難的學業(yè)中展現(xiàn)出來的智慧?!薄叭肌逼饋淼膶W生們那些叫絕的解題方法,鄭建華曾記錄了滿滿一個筆記本?!敖逃囊饬x在于激發(fā)智慧,這個智慧不是我們教師給的,但是需要我們來點燃,我就是一根火柴?!编嵔ㄈA說。
在增加課程難度的基礎上,錢學森班的老師還會經常提出一些帶有科研性質的問題,鼓勵學生探索。黃軒宇曾在一個偶然的場合,聽鄭泉水聊起“超滑發(fā)電機”的設想,“高中時我電動力學學得比較好,所以聽完之后,物理模型在腦海里馬上就有感覺了。我覺得可以先從理論設計做起,看能不能從理論上說明‘超滑’對發(fā)電機有幫助?!本瓦@樣,黃軒宇跟鄭泉水約定,每一兩周匯報一次進展。
經常得到老師、學長們的指導與反饋,黃軒宇逐漸積累起信心,他自學了半導體、量子力學、固體物理、微加工、電路等課程。到了大三,因為要做一些器件的設計和加工,他又選了很多微電子系的課,還請老師們幫忙,申請到其他實驗室的權限。“自己動手做,一開始沒有經驗,手會比較抖,有時做好了前三道工藝,到了第四步就做壞了。但從設計、版圖、加工到測試,都是我自己來做,現(xiàn)在再碰到一個微加工的工藝,就不會有太大難度了?!秉S軒宇告訴記者。
鄭泉水拿出一本厚厚的論文來——《結構超滑納米發(fā)電機》,如果不看作者署名是“黃軒宇”,很難將它和一名本科生聯(lián)系起來。另一張照片里,黃軒宇正帶領著五六名博士生、博士后研討超滑發(fā)電機,大家聚精會神地討論,當時還在讀本科的黃軒宇認真地進行講解?!八呀洶殉l(fā)電機樣機做出來了,還帶了一個研究組,做得比我要出色?!编嵢哪樕涎笠缰θ荨?/p>
“本科生是可以做研究的,但是需要方法論?!边@在錢學森班已經成為師生們的共識。
當研究與學習以更加緊密的方式結合,思想的“火花”也在不斷碰撞、激發(fā)?;瘜W系教授李強說,由于經常開展深入的討論,將“三節(jié)課”延長到“四節(jié)課”,在錢學森班成了“家常便飯”;數(shù)學系教授張賀春說,錢學森班大一本科生給出過他本人都未曾想到的數(shù)學證明方法;在航天航空學院教授鄭鋼鐵的帶領下,手術機器人、自主車、人工外骨骼這些“創(chuàng)新”的想法一個個變成了現(xiàn)實……
特色——
在這里,師生之間亦師亦友,學長常常出謀劃策,同學一起出游、聊天。“朋輩學習”促進共同成長
“以前我們談大學教育時,似乎很少討論如何讓老師做他們真正感興趣的教育工作,有的老師甚至還會把教學與科研對立起來?!痹卩嵢磥?,創(chuàng)新型人才培養(yǎng)則可以做到教學相長,讓師生共同感興趣,共同取得成果。
2013級學生胡脊梁,曾經成功地把老師吸引到錢學森班。大一那年暑假,他加入航天航空學院的生物力學研究所,此后逐漸明確了自己的研究方向——生物物理。在實驗中,他發(fā)現(xiàn)了細胞膜的曲率與蛋白分布之間明顯的相關性,就深入學習了復雜系統(tǒng)科學、發(fā)育學和進化學,還主動聯(lián)系清華大學、北京大學生命科學學院的老師討論。
胡脊梁在本科畢業(yè)時一共發(fā)表了5篇論文,其中1篇還發(fā)表在頂級期刊上。幾年后,一名清華大學生命科學學院的老師見到鄭泉水時,提了句:“我們有共同的學生?!编嵢@才知道。很多其他學院的老師都是以這種方式“加入”錢學森班的。鄭泉水認為,創(chuàng)造條件并幫助學生,使得他們的創(chuàng)新意識和能力得到充分發(fā)揮,不僅能讓學生深度學習、找到興趣方向,而且對老師也特別有幫助,是一個雙贏的局面。
錢學森班另一個令人印象深刻的特色是“朋輩學習”。在這里,學長經常為學弟學妹們的科研、成長出謀劃策,提出建議,同學們也會經常一起出游、聚餐。在這里,師生之間亦師亦友。錢學森班2014級學生楊昊光記得,有一次他們去郊區(qū)野營,他和鄭泉水在一個帳篷里聊天,聊夢想,聊科技發(fā)展,聊人生選擇……
12年來,錢學森班的絕大多數(shù)學生都選擇了科研道路,部分學生已經在相關領域嶄露頭角。談及創(chuàng)辦錢學森班的初心,鄭泉水說,希望找到并幫助那些將來有志于從事科學研究、有著強烈學術志趣的學生成長成才,培養(yǎng)出中國自己的大師,并探索破解“錢學森之問”。
60多年前,清華大學也曾有過一個“錢學森班”。當年,回國不久的錢學森為了解決力學人才匱乏的問題,在清華大學開辦了工程力學研究班,培養(yǎng)了300多名新中國急需的力學人才,其中包括多位兩院院士,為“兩彈一星”、載人航天等重大工程積蓄了人才力量。60多年過去了,又一個錢學森班承載著自主培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的光榮使命,向著實現(xiàn)高水平科技自立自強的目標繼續(xù)前進。
為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)蹚新路(記者手記)
12年,對一般的事業(yè)來說不算短,對于教書育人來說,卻不算長。走進錢學森班,最讓記者感佩的不僅是院士、教授們極高的科研成就,也不僅是青年學子極高的天賦潛質,更有他們對于教書育人、自主創(chuàng)新那份共同的熱忱及為之付出的努力。
創(chuàng)新驅動實質是人才驅動,人才是創(chuàng)新的第一資源。當前,世界科技革命和產業(yè)變革方興未艾。邁上全面建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程,堅定創(chuàng)新自信,緊抓創(chuàng)新機遇,加快實現(xiàn)高水平科技自立自強,就必須下大力氣培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。錢學森班通過重構課程體系、激發(fā)學生內生動力、突出研究性學習等,構建起了更加開放的創(chuàng)新教育模式,開辟出一條因材施教的新路,使得那些有志于從事科學研究、有著強烈學術志趣的學生能夠成長成才,有力呼應了高質量發(fā)展的人才需求。
教育是立國之本。加快建設世界重要人才中心和創(chuàng)新高地,就必須加大教育投入,特別是深化教育資源供給側改革。在錢學森班,就有一批執(zhí)著的老師,在教學、指導學生科研方面投入了大量的時間和精力。作為學生的引導者,他們用真心、耐心幫助學生成長發(fā)展。優(yōu)秀的教師對優(yōu)秀的學生傾情竭力,也是錢學森班取得驕人成績的奧秘。
十年樹木,百年樹人。對于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才來說,12年的時間只是起步,但錢學森班只爭朝夕的探索,無疑開了一個好頭。希望有更多錢學森班這樣的“試驗田”,育出更多的“創(chuàng)新苗”,為早日把我國建設成為世界科技強國添薪助力。
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