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清华“钱班”十年记

时间:2019-08-27 11:34:02    来源:     浏览次数:0    

  作者:本报记者 欧媚 来源:中国教育新闻网-中国教育报

  清华大学(分数线,专业设置)钱学森力学班学生在毕业典礼上。资料图片

  清华大学钱学森力学班首席教授郑泉水(左三)与部分学生交流。资料图片

  10年前,为尝试回答“钱学森之问”,清华大学成立了钱学森力学班。10年过去了,这块试验田取得了怎样的收成呢?

  “为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才?”著名的“钱学森之问”将全社会对科技领域创新人才培养成效的关注提到了前所未有的高度和热度,也成为中国教育一直被追问的命题。

  2009年9月,清华大学成立了一个特殊的班级——清华学堂人才培养计划钱学森力学班(简称“钱班”),尝试回答“钱学森之问”,这个班的学生被寄希望成为中国乃至世界科技创新的领军人物。经过10年探索,这块试验田已经拔节育穗,或许能给“钱学森之问”一些答案。

  “我们本科班只有我一个人有兴趣做学术”

  “清华学生入口的质量这么好,出口的学生质量不能说是很差,但是像国际公认的钱学森这样的人没有。”

  钱学森力学班首席教授郑泉水真正开始关注创新型本科人才培养是在2001年左右。那年郑泉水招收了一个非常优秀的清华本科生跟着他读硕士。这名学生告诉郑泉水:“我们本科班只有我一个人有兴趣做学术。”郑泉水对此十分震惊。

  以第一获奖人身份拿过两次国家自然科学奖二等奖、在结构超滑领域处于世界领先地位的郑泉水,在本科教书育人这件事上被深深地刺痛了,“我觉得我们是在误人子弟”。

  “可能是教师投入不够,可能是课程体系不对,也可能是教学内容落后,致使学生没兴趣了。”郑泉水说。

  到了2007年,情况似乎变得更糟了。“那年我们九十几个学生,最后有十几个没能毕业。”时任清华大学航天航空学院学术委员会主任的郑泉水坐不住了,“这个问题太严重了。”

  面向整个航院,郑泉水主持召开一个连续两天的讨论会,所有教师都感到问题严峻,一场历时3个月的自救式密集调研拉开。这一次大家达成了共识:要大力提升本科教学质量,尤其是要把一些课程的水分挤掉。

  那么,问题来了,哪些课要砍掉?哪些课要加强?大家很难达成一致意见,都希望加强自己专业领域的课程。

  “都加强的话,学分得到200多分,学生受不了。”就在郑泉水感觉改革要陷入僵局的时候,即将百年校庆的清华大学也在思考新百年人才培养的战略与使命。

  2007年秋,清华刚刚接受了教育部主持的本科教学工作评估,专家组对清华人才培养工作高度评价的同时,也对清华在拔尖创新人才培养方面提出了更高的期许。

  “改革开放这么多年了,清华学生入口的质量这么好,出口的学生质量不能说是很差,但是像国际公认的钱学森这样的人没有,所以学校也在反思这个事情。”钱学森力学班首任项目主任朱克勤说。

  郑泉水找到时任清华大学党委书记陈希,向他汇报了两件事:一件事是关于建设一个多学科交叉的国际力学研究中心,另一件事是建立一个人才培养特区。随后,郑泉水又向时任校长顾秉林汇报了上述想法。

  在得到学校领导的充分肯定之后,人才培养特区筹备速度加快。郑泉水找到两院院士、国家最高科技奖获得者郑哲敏,他是钱学森在加州理工学院时期的博士生和回国后长期的合作者。在郑哲敏的安排下,郑泉水和钱学森的儿子钱永刚进行了两次深入的当面沟通,病榻上的钱学森首肯了在清华设立的这个力学班以钱学森名字命名。

  在郑泉水筹备钱班的过程中,国家也在酝酿一个更大范围的拔尖创新人才培养计划。2009年,教育部、中组部、财政部等8个部门联合推出基础学科拔尖学生培养试验计划,选择了数学、物理、化学、生物和计算机5个领域,在清华、北大等19所高校进行拔尖创新人才培养试点,清华大学钱学森力学班作为全国唯一的工科基础实验班被纳入该计划。

  2009年9月5日,30名刚经过高考稚气未脱却意气风发的少年走进清华,成为钱学森力学班的第一届学生。

  “少学一两门课,学生就不合格了吗”

  “学这么多,学分绩还这么高,一方面说明这学生确实很优秀,但是另一方面说明我们整个教学和课程体系是有很大问题的,水分很大。”

  关于学分,清华大学教务处原处长彭刚讲了这样一件事:有一年评清华大学特等奖学金,有一名学生大学前3年一共修了220多个学分,每门课成绩都在90分以上。

  “学这么多,学分绩还这么高,一方面说明这学生确实很优秀,但是另一方面说明我们整个教学和课程体系是有很大问题的,水分很大。”彭刚认为,对于本科生来说,学得多学得全不是最要紧的,最要紧的是学得深学得宽,“少学一两门课,学生就不合格了吗?”

  郑泉水和他的同事们很早就对当时的培养方案有切肤之痛:“主要问题是,强塞给学生的东西太多,其中还有大量本应该被删除但因为习惯或教师原因而被保留的课,这也是造成学习效率低、学生学习兴趣不高的原因之一。”

  钱班工作组对当时的课程体系做了细致深入的调研,并对标剑桥大学、麻省理工学院、加州理工学院等世界顶尖大学的工科课程,在经过了无数次讨论甚至是争吵后,钱班用了近6年时间构建起了现在2.0版本的培养方案。

  在钱班成立之初的那几年,尽管已经对课程体系进行了大的调整,学分减少到178分,但是郑泉水仍然不满意,“学分还是太多”。

  这时,白峰杉走进了郑泉水的视野。白峰杉是清华大学数学系教授,有长期从事教学管理工作的经验,是清华大学数理基科班的4位创始人之一,也曾主管清华大学文化素质课程。

  白峰杉的逻辑是:“大学期间学了多少门课不重要,但是学透了几门课特别重要。”依照这个逻辑,他没有对钱班的某一门具体的课程进行删减,“这里减一个学分,那里减一个学分,这门课要,那门课不要,如果这样,这事就根本没法做了”。

  郑泉水和白峰杉两人理念一致,一拍即合,一个叫作荣誉学位课程的体系呼之欲出,是清华大学本科荣誉学位第一个试点方案。

  由18门课组成的荣誉挑战性课组,分为六大类:数学、自然科学、工科基础、专业与研究、人文、综合与贯通,每个类别3门课。一个钱班学生在大学前3年的6个学期中,每个学期的荣誉挑战性课程只需上3门,从数学、自然科学、工科基础、专业与研究这4类里面选择2门,从人文、综合与贯通这两类里选1门。

  “我只管这18门课,因此可以对这18门进行精心设计和选择。”郑泉水说,这18门课都是高强度、高挑战度的知识学习和实践研究。郑泉水团队对这些课程内容进行了清理:“该深的更深了,该剔除的尽量剔除了,目的是重点发展核心知识、关键概念和科学技术方法论。”

  在18门荣誉挑战性课程之外,学生还可以根据自己的兴趣和研究方向选择结构性课程构建自己的知识和能力体系。就这样,钱班把总学分降到了148分,远远低于清华其他工科院系170多分的学分要求。

  “多讲一点儿啰唆,少讲一点儿又不够”

  学期初学生惊呼:这怎么能是一门课的作业?怎么能做得完?学期结束,学生感叹:收获太大了。

  刚在高考或竞赛的战场中“厮杀”一番成为胜利者的钱班学生,迎来了更大的挑战:高难度高挑战度的课程。

  “如何把学生吸引住,让他像火一样把自己燃烧起来释放能量?”在清华大学工作40多年,曾担任清华大学研究生院院长、教务长、副校长的余寿文认为,钱班找到了一条可行的路径。

  钱班在总学分上做“减法”的同时,在课程质量和挑战度上做“加法”。同样的课程,在钱班上就会加难度,比如钱班的数理基础课完全是按照数学系和物理系的专业课设置,远超一般工科院系的课程难度。

  “脑子转得飞快。”这是黄轩宇大一上“数学分析”时候的状态,高中拿过国际奥林匹克物理竞赛亚洲金牌的他,在上大学前就已经自学了“数学分析”,但一次数学作业还是要花上四五个小时,“那些推理演绎令人着迷”。

  “没有虚度。不怕数学,不惧推导,严密的理论推导对于高水平的工科生来说非常有帮助。”钱班首届毕业生倪彦硕说,高难度、高挑战度的课,尤其是数理基础课,为他在博士阶段打下了坚实的基础。

  仅仅增加课程难度和挑战度并不够,教师总是能出更难的题考验学生。钱班更看重的是能否把研究性的学习、创新性的东西贯彻在课堂上。因此,如何聚集一批志同道合的高水平教师为这群学生上课,是郑泉水和他的同事们一直在做的事。

  “我们希望请一些不仅研究做得好,而且课上得好,沟通表达能力也好的老师。”航天航空学院工程力学系教授陈常青找到数学、物理、化学这些院系的教师,请他们吃饭,跟他们谈钱班的理念,最后落脚点是“愿不愿意加入我们这个教学团队”。一些教学成绩卓著的退休教师也“重出江湖”,为钱班讲授数理基础课程。也曾有知名院士主动要求为钱班上课却被拒绝了,理由是“表达能力不太好,缺乏上课艺术”。

  “我不是钱班教学上最受学生欢迎的教师,但是我很高兴有很多优秀的教师都在开心地为钱班授课。”郑泉水说。

  好的教师和好的学生碰撞,能发生奇妙的化学反应,燃起美丽的焰火。

  “你会觉得脑中一亮,老师清楚地提炼了你的问题并且引导你走上正确的方向。”钱班2013级学生巩浩然说,“有限元法基础”是他印象最深的课之一,“老师几乎考虑到了学生在哪里会有疑惑,节奏把握得非常好,多讲一点儿啰唆,少讲一点儿又不够。”

  “有限元法基础”的任课教师张雄,是清华大学航天航空学院航空宇航工程系系主任。他给学生布置的大作业要做一个学期,五六个学生小组合作,写几千行代码,最后真正解决一个实际问题,比如怎么造一座桥。学期初学生惊呼:这怎么能是一门课的作业,怎么能做得完?学期结束,学生感叹:收获太大了。

  有学生反映课程太难、任务量太大,张雄有些于心不忍,问学生:“那我降低难度?”学生说:“不用。”

  “一旦学生飞出来,就开窍了”

  要实现学生从被动学习到主动学习、自主学习,再到研究性学习的转变,最核心、最重要的是学生找到自己真正热爱、擅长的发展方向。

  有了逐渐清晰完善的课程体系,有了一群充满热情、志同道合的好教师给钱班学生上课,但是郑泉水还是觉得少了点儿什么。

  在他看来,钱班学生学业非常好,基础知识也非常扎实,个人能力也很强,“但与世界顶尖大学最优秀的本科生相比,就会发现他们还不够主动”。

  “要实现学生从被动学习到主动学习、自主学习,再到研究性学习的转变,最核心、最重要的是学生找到自己真正热爱、擅长的发展方向。”郑泉水用了很多方法激发学生的内生动力,比如小班上课、海外研修、不同院系间的流动机制、邀请不同方向的学术大师介绍最前沿的研究等。

  “每个方法都发挥了一些作用,但整体上还是不尽如人意。”郑泉水坦言。直到2009级一个叫杨锦的本科生做了一个“永不破灭的泡泡”实验。

  有一天,杨锦在实验中观察到水面上漂浮着一层微小的泡泡,过了好几天仍然不破。他把这个现象告诉了郑泉水。郑泉水也不懂但觉得有趣,他没有敷衍学生的好奇心,而是鼓励并指导杨锦进行文献调研和实验探究,最终成功发现了“永不破灭的泡泡”的原理。

  “他的研究报告给我一个感觉,通过这个持续半年的项目,他积累的知识和建立的研究能力快赶上一个普通博士生两年学习后论文开题时的水平。”郑泉水对此非常兴奋。

  “我以前很少指导本科生做研究,我觉得浪费时间。”郑泉水开始反思自己之前的想法,“其实本科生也能做很好的科研。”

  杨锦这样的学生仅仅是个例吗?能不能有一个机制让更多这样的个例产生?郑泉水和同事徐芦平主导构建了一个叫作ORIC(开放自主研究)的研究性学习课程,这逐渐成为钱班人才培养的重要方式之一。

  这门钱班学生必修的研究性课程,实际上是让学生自主选题、自主找导师、自主解决问题的研究创新平台。郑泉水认为,通过研究性学习,学生不仅能深度掌握所学知识,还能找到自己内心所爱。

  “学习和做研究是两个不同的思维,从学习到研究是一个破茧成蝶的过程,需要足够的时间来转化。”郑泉水认为,这个过程越早发生,就越有利于创新人才的培养,“一旦学生飞出来,就开窍了。”

  “要让学生做他自己想做的方向,他如果不去做研究,他怎么知道哪个是自己一心想做又擅长做的方向?”郑泉水说。

  谁敢说自己十七八岁的时候就知道将来想干什么?这群刚到清华的天之骄子也不知道,没关系,他们有很多的机会试错。

  2015年入学的赵靖宇,曾经获得过国际奥林匹克金牌,他尝试了很多方向,在大三做完ORIC后,决定转向物理方向并被保送到高等研究院,师从翁征宇教授研究超导理论,做自己最喜欢也是最擅长的理论推演。

  “知道自己要做什么,又那么聪明和努力,怎么能不成功呢?”陈常青说。

  无论学生做什么方向,只要他们找到内心真正热爱的研究,郑泉水就觉得自己是成功的。

  “不能让大象去教小鸡,也不能让母鸡去训练小象”

  希望钱班学生在寻找自己方向的途中,都能有合适的导师呵护、引导他们宝贵但脆弱的新想法。

  “通过研究去学习的最终目的是创新,而创造性很容易死掉,这就需要老师的精心呵护。”郑泉水喜欢他自己创作的一张图,图的中心是小鸡、小马、小象等幼年期的小动物,中间是这些动物的成年形态,外围是有利于成长的食物供给。

  “这个学生可能想做小鸡,那个学生可能想做小象,每个学生的天赋、热爱都不一样,不能让大象去教小鸡,可能一脚就踩死了;也不能让母鸡去训练小象,非折腾死不可。”郑泉水说,“永不破灭的泡泡”机制的发现,就是因为杨锦这只“小鸡”遇到了他这只“母鸡”,杨锦的想法如果没有合适的教师指导注定夭折,而郑泉水恰好在微纳结构表面湿润性方面有深入的研究。

  郑泉水希望,钱班学生在寻找自己方向的途中,都能有合适的导师呵护、引导他们宝贵但脆弱的新想法。

  郑泉水每年都会组织钱班学生一起出游。在一次京郊秋游的合影中,20多个人随意地站在满树的黄叶下,脸上是灿烂的笑容,如果不仔细看,很难发现钱班的首席教授郑泉水站在哪里。他没有站在前排中间,而是站在后排,还被学生挡住了大部分脸。

  一张普通的照片背后却可以看出钱班的理念——以学生为中心。在钱班,导师不是上司,不是权威和命令,而是学生的呵护者、引路人。

  2013级学生胡脊梁建模遇到困难时,他向郑泉水寻求帮助。那个冬天,室内暖气不利于人保持清醒,郑泉水带着胡脊梁在清华校园里边走边讨论,势能函数、微分几何、张量理论……这些名词顺着冷风帮胡脊梁打开了思路。

  2014级学生杨昊光记得,有一年他们去密云野营,他和“水哥”(学生们都这么称呼郑泉水)在一个帐篷里聊天,帐篷外是星空,他们聊梦想,聊未来科技的发展,聊人生选择。

  2013级学生巩浩然有一次有了一个新想法,找到导师陈常青,陈常青给了他一笔研究经费支持他去做。最后,他没有做出成果,心怀愧疚地敲开导师的门,预想中的责怪和批评没有发生。“我花了他的钱却没有出成果,老师问了我一遍过程和结果,还安慰了我一番。”

  在郑泉水看来,创造条件并帮助学生,使得他们的创新意识和能力得到充分发挥,不仅能让学生深度学习和找到兴趣方向,而且对导师也特别有帮助,是一个双赢的局面。

  “本科生有极大的创新潜质。”郑泉水在指导本科生科研的过程中发现,许多博士生不敢碰、不愿碰的题目,本科生凭借初生牛犊不怕虎的精神敢去啃“硬骨头”。大一的黄轩宇在郑泉水的指导下,勇敢地开启了微型发电机的研究,而现在大三的他,带着一群博士生在“闯关”。

  小鸡找到母鸡,小象找到大象……一批有强烈创新意识、重视人才培养、在自己领域有深厚积淀的教师,一群有自己想法、有强烈兴趣、有内生动力的学生,或许希望就在其中。

  “学生成长的优劣与高考或竞赛成绩关联度不大”

  “钱学森之问”最大的挑战是,如何识别并招入具有巨大创新潜质的人才。

  在钱班的10年探索中,郑泉水感到,“钱学森之问”最大的挑战是,如何识别并招入具有巨大创新潜质的人才。

  在多数人眼中,“优中选优”的钱学森班学生,理应是清华学生中的精英,但是实践下来,郑泉水发现,虽然每一届钱班学生都有特别优秀的,平均水平较高,但是也有一定比例的学生达不到期望的标准。

  郑泉水和他的同事观察到:清华不少高考或者竞赛意义上的顶尖学生过于关注短期目标,但缺乏源于兴趣和志向的内生动力,而且之前形成的学习方法、思维方式和价值观等具有巨大的惯性。

  “选材不当,一方面使钱学森班的许多优质教育资源被浪费,另一方面也造成了学生的痛苦。”郑泉水说,就像要培养爬树冠军,最关键的一环是找到“松鼠”,而因为跑得快挤进爬树训练营的“兔子”们,其实是很受折磨的。

  在2013级学生入学前,钱班学生有3个来源。一是高考统招,各省高考理工科前10名有申请钱学森班的资格,经过面试后决定是否录取;二是二次招生,清华所有新生在入学第二天都可以申请转入钱班,在参加为期半天的综合考试后,经由面试决定是否录取;三是竞赛保送,以全国物理竞赛金牌获得者为主。

  “一个特别值得重视的观察是,学生4年成长的优劣,与学生进清华时的高考或竞赛成绩关联度不大,而与他们的创新素养和潜质关联度很大。”郑泉水认为,尽管在招生时候有面试考查,但是因为面试时间短,很难在短时间内看出一个学生的创新潜质,而且参与面试的教师往往职业性地偏好学习力这一单一维度。

  “看不准。”参与招生和面试的多位教师都发现,有些即使在面试中有良好表现的学生,在入学后也没有达到理想的成长幅度,而有些在面试中表现不突出的学生,4年的成长却给了他们很大的惊喜。

  在苦苦思索如何构建钱班评价标准那几年,郑泉水和同事们参考了哈佛大学等名校的标准,学习了心理学和脑科学近期的重大进展,还研究了若干著名招聘专业公司的经验,结合钱班的实践经验,总结出了5个维度的测评体系用于钱班招生、本科培养和毕业后的长期追踪。这5个维度分别是内生动力、开放性、坚毅力、智慧、领导力。

  钱班在2013年、2017年和2018年分别进行了3次多维测评招生。2018年1月举办的第3届钱学森创新挑战营,全国有2000多名获得省级以上学科竞赛一等奖的高三学生报名,最终选拔了60多名学生参加挑战营。

  “这个优中选优的人群,虽然有很高的学习天分和学习能力,但是符合钱班需求的学生不多,最应该展现的兴趣、激情、思考明显不足。”郑泉水有些担忧。

  但是也有令人看到希望的光芒。2013年入学的30名钱班学生中,有13名学生是来自按照多维测评体系考查的挑战营,对比实施同样培养方案的其他年级学生,郑泉水认为“2013级学生整体上明显优于后者”。

  “或许,对培养创新人才而言,最关键的是找对培养对象,而构建培养体系还是相对容易的事情。”郑泉水认为,发现具有创新潜质的“苗子”,回答“钱学森之问”,只靠高校单兵作战是不行的,还需撬动中学、小学、幼儿园和家庭的教育体系,这同样离不开社会资源的支持,“这将是一场教育的大变革”。

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