北大教学成就奖,他教学生“见物讲理”

北京大学  |  2022-11-23

2022年9月10日

北京大学授予物理学院刘玉鑫教授教学成就奖

以表彰他在近30年的人才培养和科学研究过程中

恪守“学高为师、德高为范”的教师准则

长期在教学科研一线辛勤耕耘

并以教书育人为第一要务

形成了自己独特的教育理念

鲜明的教学风格和行之有效的教学方式

取得了卓越的育人成果和学术成果

他将思想政治教育有机融入

专业课教学和教材建设中

是一位师德师风高尚

教学、科研和人才培养有机结合、全面发展的

优秀教师典型代表


刘玉鑫教授接受融媒体中心记者采访(夏子然 摄)


听刘玉鑫教授向我们娓娓道来

他的育人初心、教学理念和教学风格

以及探索推动教学改革的经历


探索教学改革,培养优秀拔尖人才

在长期的教学过程中,刘玉鑫广泛汲取国内外优秀拔尖人才培养的经验,积极调研、思考、探索教学方式方法改革,经过广泛论证,对教学和培养手段及方式方法进行了积极稳妥的开发和应用。

自2001年担任物理学院副院长起,刘玉鑫就与同事们一起积极推动由教师全时讲授的教学和培养方式转变为同学们在教师指导下的自主学习,大力推动开展本科生科研训练与实践,多措并举,将科研优势转变成为优秀人才培养优势。具体措施包括:对低年级同学进行综合物理实验训练、开展小型项目研究与成果展示;对高年级同学,在二年级下学期(基础特别好的同学可以提前)组织立项申请,通过评审后,直接进入教授们的课题组进行研究工作。

这一培养方式被推广到全国,在国内高校中广泛开展,并一年一度举办“全国大学生物理学术竞赛(CUPT)”和“全国大学生物理实验竞赛”,充分说明了其引领性和在全国物理学科人才创新能力培养工作中的作用。

刘玉鑫说:

“这些措施一方面激发了同学们学习的积极性,使同学们由‘要我学’转变为‘我要学’;另一方面使同学们直接接受科学研究的训练,并深入实践,在提高同学们分析问题、解决问题能力的同时,极大地提高了同学们发现问题和提出问题的能力,提高了同学们开展创新性研究的能力。”

经过这样训练的学生毕业后走上新的岗位,可以迅速成长发展,

例如,

2005届毕业生黄震已经成长为航天五院总体设计部副主任;

2010届毕业生柯特已成为香港中文大学教授等。

2001届及其后(修读过刘玉鑫讲授的大课或/和接受其本科生科研指导)的毕业生中已有60多位(截至2019年的不完全统计)成为国家优秀青年学者。

2003届毕业生舒菁当年就是在刘玉鑫的课题组里进行本科生科研,并合作发表了几篇SCI论文,这为他毕业后到芝加哥大学攻读博士学位打下了很好的基础。现在已是北大物理学院博雅特聘教授的舒菁,2019年荣获全球华人物理和天文学会颁发的亚洲成就奖,2020年获得国家杰出青年科学基金资助。他说:“刘老师擅长因材施教,鼓励学有余力的同学提前选修研究生课程、进入课题组开展研究工作。他也一直大力推动这样的改革,之前没有本科生选修研究生课程的机制,很多老派教授觉得本科生做科研就是胡闹。”

大三时,舒菁在刘玉鑫鼓励下选修了研究生的“量子场论”、“量子规范场论”等课程。“虽然这些课很艰深,我也花了很大的力气,但是很受益,也很有成就感。”舒菁认为,本科生科研一个很大的好处是可以帮助学生转变思维方式,学习学科知识和做科研是不同的思维方式,做研究是要解决实际问题的。“我现在也做老师了,更加能理解刘老师所说的教学科研是一体的理念。教师自己要有一线科研的经历,教学不只是传授已有知识,还要反映当前科研的前沿进展,要能激发学生向科学高峰攀登的兴趣。”





刘玉鑫作报告

“在21世纪初的北大,进行这样的教学和培养方式改革也不是一件容易的事情。”物理学院现任主管教学的副院长曹庆宏教授感慨地说。1998年北大百年校庆时,党和国家作出建设“985工程”高校的决策,即我国要建设若干所具有世界先进水平的一流大学。虽然北大是首批9所“985工程”建设高校之一,得到国家的大力支持,但在21世纪初,办学条件并没有很明显的改观。曹庆宏表示,现在的办学条件比十几年前已经好了太多,自己现在主管教学,才深感前辈们筚路蓝缕,为了培养优秀人才不断探索、推动教学改革,付出了大量心血。

2001年,为了推动世界一流大学建设,学校下大力气进行体制改革和结构调整,先后合并建立了外国语学院、物理学院、地球与空间科学学院、信息科学技术学院等。物理学院由原物理系全部、原地球物理系的大气科学专业、原技术物理系的核物理专业和辅助机构、原天文学系全部、原重离子物理研究所全部,以及一些交叉研究机构整合组成。

物理学院首任院长叶沿林教授说:

“学院的建立和对本科教学的统一管理使得教学模式的系统性改革成为必要和可能。而‘985工程’的实施,也让学院得以进行包括人事师资体系在内的全面改革,解决了教师队伍青黄不接的困境。”

据他介绍,2001年起,在赵凯华、曾谨言、俞允强等资深教授的倡导下,学院组织全院教师对教育理念、培养目标、教学体制、课程体系和培养方案进行了深入研讨,在国内外广泛调研,召开了多次教学研讨会。经过反复研讨和争论,全院达成高度共识:采用多样化和个性化的培养模式和模块化的课程体系,实行教学计划和导师指导下的完全学分制,给学生以充分的自主选择空间。

2003年,学院正式推出模块化的课程体系,对全体2003级新生实施。“以模块化课程为依托、以科研训练和实践为引导的自主学习和创新能力训练为核心”的培养方案,为北大物理学科人才培养的长足发展并取得突出成果作出重要贡献,据此获得两次国家级教学成果奖。更重要的是,上述理念和方案被国内外很多院校采纳和实施。叶沿林说:“由于这是涉及学生根本利益和北大物理学科数十年教学声誉的深刻变革,因此特别需要全体教师的积极参与和各方面的精心组织协调。尽管刘玉鑫当时是主管研究生工作的副院长,但他在这次本科教学改革中做了许多实实在在的工作。”


因材施教是最大的教育公平

刘玉鑫对于教育的整体理念是:“以人为本、尊重选择、分类培养、共同提高”和“不仅注意分析问题和解决问题能力的培养,更注重发现问题和提出问题能力的培养”。

作为教育和人才培养的组织者,高校和院系应该“提供条件、营造环境”,也就是:给天才以空间、给中才以培养、给兴趣转移者以出路,亦即因材施教,并且接受要求到何种程度的教育和训练由同学自主选定,从而充分调动同学们学习探索的积极性。

从2009年开始,刘玉鑫具体负责本科生教学和培养工作,他在2011年初的全校教学(副)院长会上提出开设“研讨型小班讨论课”的建议。学校经过广泛调研和征求意见,从2012年春季学期开始推动此项措施,并于2012年秋季学期开始试点实施,物理学院是首批试点之一。如今,小班研讨课程已在北京大学广泛开展,从首批6门试点课程发展到现在的90多门大课开设相应的小班研讨课程,每学期约有350个小班。小班研讨课也在国内很多高校得到推广。

谈起提出开设小班研讨课建议的初衷,刘玉鑫说“这也是跟国外学来的”。十几年前,刘玉鑫注意到,物理学院有的学生在本科期间转学去了国外大学就读,这为我们了解官方介绍之外的国际一流大学本科教育的实际情况提供了方便。于是他就想:“北大物理学院与MIT等国际一流大学的物理学科对本科生的教学和培养环节的差别到底在哪里呢?”带着这个疑问,刘玉鑫自己于2007年和2008年去美国东海岸考察了当地著名大学的本科教育。

“我去哈佛大学、MIT、普林斯顿大学,找北大物理学院转学过去的学生聊,发现差别主要是研讨和探究。我们国内的同学普遍埋头读书,不善于发言和表述,不善于发现问题和提出问题,不积极主动追溯、查阅、研读经典文献和了解学科新近进展现状。”

找到了症结所在,刘玉鑫2010年就开始在物理学院酝酿开设小班研讨课。

刘玉鑫介绍说,小班研讨课包括两个环节,一是复习大课讲授内容,二是进行专题研讨。在第一个环节,老师随机叫一位同学带领其他同学复习大课所学知识。“这就可以督促同学们及时主动去复习总结,从而也能更好地理解掌握相应内容,并锻炼提高表达能力。”专题研讨主要是对该门课程涉及的前沿课题和促进开拓建立这一领域的“触发器”性质的问题及提高认识、实现升华的过程的讨论。“同学们要学会查文献、读文献、准备报告等,其实就是进行科研的准备训练。通过小班研讨课,同学们学会了怎么调研文献、怎么撰写文献调研和综述报告。”开设小班研讨课以后,物理学院本科生为主在国际重要学术刊物上发表论文数由原来的平均每年30多篇提高到每年约60篇,并且论文的学术水平大幅度提高,同学们参加科研项目的热情也大大提高了。




刘玉鑫讲解公式

20世纪八九十年代,数学物理这样的基础学科并不受重视,很多学生虽然选择了物理学科但可能并不真正喜欢学物理。那要怎样激发同学们的学习兴趣呢?刘玉鑫在自己长期的教学工作中形成了启发探究式的讲授风格。他在教学和培养的各个环节时刻注重“物理学是见物讲理、依理造物的科学”的学科真谛,清楚展示物理学“见物”和“讲理”的手段、方式和方法,阐明原理,让同学们对接触的问题和原理既知其然也知其所以然,为应用提供基础、为创新提供依据和源泉,并启发调动同学们探索未知的好奇心和主动性。

“‘见物讲理’,就是说我们要创造知识,提高我们对自然界的认识,丰富人类的知识;‘依理造物’,即我们要发明新的技术,为人类社会服务。”刘玉鑫解释道,“‘见物讲理’首先要‘见’,可以通过各种各样的手段,比如观测、实验等,宏观的天文观测可以‘见’到深空天体,微观的用现在最先进的粒子加速器和探测器能‘见’到10-15米大小的东西。‘物’就是我们研究的对象,不只是具体的物质,还包括现象、运动等。研究这些对象的目的是‘讲理’,就是说明为什么有这些现象和运动行为的理论,以利于应用。理论对不对要靠实验检验。”

刘玉鑫认为,物理学是最全面培养人的学科,从理论、实验、计算等方面全面培养人才。“而且,可以毫不谦虚地说,几乎所有的高新技术都源于物理,物理学也为其他学科的研究提供了方法。”例如,X射线衍射技术就在DNA双螺旋结构的发现中起了决定性作用。当年,沃森、克里克正是在认真分析了富兰克林拍摄的DNA晶体X射线衍射照片后,才提出了DNA具有双螺旋结构的观点,而且分析得出螺旋参数,并成功构建了第一个DNA双螺旋结构的分子模型。完成这一重大发现的克里克等人就是物理学家。

“我们培养人才,要把培养学生发现问题、提出问题的能力放在首位,这是开展创新性工作的前提。”刘玉鑫在教学过程中特别注重讲清楚原理和定理的来源和机制,而且尽量保持物理学展示的自然界原理所具有的清晰的系统性和结构性,引导同学们了解问题是怎么提出来的、又是怎么解决的,也就是新知识创造的过程。“就像大家熟知的碳,碳原子排成正四面体结构就是钻石,排成笼状结构(由碳六元环组成的两维周期蜂窝状点阵结构)就是石墨烯,还有石墨和无定形碳。虽然它们都是固体,但在物理上是不同的相,具有差别很大的性质。相是系统中物理性质完全均匀的部分,有了相的概念,我们就可以研究很多现象,包括可见物质的起源与演化、宇宙的起源与演化等等。”

也正因如此,刘玉鑫认为,很多旧教材虽对已有知识介绍得很清楚,但为了培养同学们的创新意识和能力,编著新的具有启发作用的教材就很重要也很必要。

他不惜占用自己的科研时间,花费很大工夫编著了《热学》《原子物理学》等教材,以及可作为教材的专著《物理学家用李群李代数》,填补了很多空白(尤其是关于发现问题、潜心研究到提高认识、实现升华的过程的介绍和科学方法论的介绍等)。

例如,

《热学》填补了国内教材中关于克劳修斯熵与玻尔兹曼熵的等价性的证明的空白、填补了无法确定系统的热力学势情况下确定强关联非微扰系统的相变的判据(刘玉鑫自己建立)的空白等。

《原子物理学》填补的空白就更多,例如爱因斯坦提出光量子概念的过程和采用的类比方法、薛定谔证明微观粒子具有波粒二象性并建立定态薛定谔方程的过程和顿悟假设的方法、粒子具有自旋-轨道耦合作用的导出过程……

这两本教材被国内多位知名教授誉为相关课程教学的“百科全书”,认为其极具启发性。


刘玉鑫出版的教材

选修过刘玉鑫课程的2019级本科生杨天骅表示:“刘玉鑫老师的课程涉及内容兼具广度和深度,会涵盖很多标准课程不包括的内容,非常有挑战性,需要同学们在课下投入相当的时间,也需要广泛地阅读参考书,结合课堂和自学的内容,可以有扎实的收获。”


教研相长,传承知识并创造知识

“要培养好人才,老师自己首先要做好科学研究,教学科研本来就是一体的,没有孰轻孰重的问题。”

曾经有一个时期,高校因评价标准的缘故造成重科研、轻教学的现象。而众所周知,人才培养、科学研究、社会服务和文化传承创新是高等学校的四大基本职能。刘玉鑫认为,高校最重要的职能是为国家培养人才。

“科学研究是在兴趣驱动下对未知的探索,是满足自己好奇心和创造新知识的过程,而全社会都为这个过程提供了条件和支持,因此,我们回馈社会、服务社会也是理所应当的。”

在刘玉鑫看来,培养人才、科学研究、服务社会本就应该同时做到。

从现代教育的理念来说,教学不只是教学生学习、传承已有知识,还要教学生通过科研去探索未知、创造新知识。“作为老师,我们不仅要传授知识,还要带后辈去创造知识,这样社会才能发展。”刘玉鑫说,教科书上的知识反映了学科的发展现状,而在教科书基础上的创新才能进一步推动学科的发展。“我一直认为,在教学过程中发现问题、提出问题,才是更有价值的发现。教研相长其实就是教研一体。”

刘玉鑫自己就一直坚持高深的学术水平是做好教书育人的先决条件的信条。他在极端条件下的原子核结构和原子核反应、物理学中的群论方法与计算物理、强相互作用系统的相变等性质、早期宇宙强相互作用物质的演化、致密天体的结构与性质等方面潜心研究,取得了一批可以写进教科书的原创性成果,为其在教书育人方面取得突出成绩奠定了坚实基础。

“除了传承知识和创造知识,我们还要运用知识去服务社会。”刘玉鑫用北大工学院张信荣教授利用二氧化碳制冰服务北京冬奥会的例子来说明怎样运用知识服务社会。张信荣带领团队为北京冬奥会研制了二氧化碳跨临界制冷系统,在“冰丝带”实现了百年冬奥历史上首次使用二氧化碳作为制冷剂。

刘玉鑫从服务人民、服务国家的初心出发,把思想政治教育有机地融入专业课教学中,潜移默化地引导同学们树立正确的世界观、人生观和价值观。他在教学中时刻注意把知识本身的讲授与知识建立的过程相联系,培养同学们的科学品质;通过对典型人物和事件的分析讨论培养同学们在需要的时候义不容辞地献身国家的信念和情操,培养同学们勤奋刻苦、严谨认真、艰苦奋斗、执着探索的精神和能力。“我希望同学们把这些信念和精神融入到心灵中、落实到行动上。”

两个小时的访谈时间很快就过去了,刘玉鑫老师无法将他近30年的教学探索一一道来,但是我们已经深深地感受到他对教学、对学生的热爱。为国家培养优秀的创新人才、推动社会进步是他作为一名高校教师的初心,30年来,他也一直践行着这个初心,已经桃李满天下。



个人简介


刘玉鑫,理学博士,北京大学物理学院博雅特聘教授。国家杰出青年科学基金获得者,1999年享受国务院政府特殊津贴。在教学上多次获奖:教育部“基础学科拔尖学生培养计划2.0”2021年度优秀教师奖,2021年北京大学(热学)优秀教学团队奖(主要参与人),2021年北京大学曾献梓优秀教学奖,2020年北京大学优秀教材奖(2016年北京大学出版社出版的《热学》),其编著的《热学》和教学课件2019年获评北京市“北京高等学校优质本科教材课件(重点)”称号,2018年教育部高等学校教学成果奖二等奖,2017年北京市高等学校教学成果奖一等奖,2017年北京大学教学成果奖特等奖,2017年,国家“万人计划”教学名师奖,2014年北京大学“十佳教师”称号,2013年第七届北京市高等教育教学成果奖二等奖,2013年北京市优秀教师称号,2007年北京市高等学校教学名师奖(第三届),2005年,国家级教学成果奖二等奖,2004年北京市教育教学成果(高等教育)一等奖,2002年全国高等学校优秀骨干教师称号,2002年,教育部高校青年教师奖(第三届)。




























































责任编辑:曹竞