桃李不言,下自成蹊

——记首届清华新百年教学成就奖获得者曾攀教授

学生记者 赵藤子 记者 周襄楠


曾攀,清华大学机械工程系教授、博士生导师、长江学者,国家杰出青年基金获得者。曾获清华大学第二届、第四届、第五届、第六届、第七届、第八届、第十一届、第十三届研究生“良师益友”荣誉称号,2017年9月获北京市高等学校教学名师奖。1988年在清华大学获工学博士学位,1988-1992年先后在大连理工大学和西南交通大学从事博士后研究。目前,主讲研究生课程“有限元分析及应用”,本科生课程“有限元分析”和“现代结构的数字化分析与探索”(新生研讨课), 2013年主讲钱学森力学班课程“有限元法基础”。目前为塑性技术国际大会(ICTP)、工业成形过程中的数值模拟方法国际学术会议(NUMIFORM)、设计与制造前沿(ICFDM)国际会议学术委员会委员,担任五个学术期刊的编委,先后主持和参与包括国家重点研发计划重点专项、国家重点基金项目、863项目、霍英东基金项目等科研项目30多个,发表论文200余篇,出版及翻译学术著作6本。获得国家级、部级科技奖4项,国家级、北京市教学成果奖3项,两本教材被评为十二五国家级规划教材、一本为教育部“研究生教学用书”、一本为北京市高等教育精品教材,2014年起在学堂在线(http://www.xuetangx.com/)及edX(https://www.edx.org/)上开设“有限元分析及应用”慕课课程。


曾攀近照。

秋风万里动,暑气当宵尽。庭院多落叶,慨然已知秋。九月的清华园带着些慵懒和惬意,又携着青春的朝气与蓬勃,迎接着新学期的到来。曾攀坐在李兆基科技大楼的八层顶头的房间里,谦谦君子,温润如玉,“你们看,这间屋子里采光很好,透过窗户可以清晰地看到远山和近处的博雅塔。”他指了指窗户,招呼记者坐下来,言谈中大道至简,娓娓道来。

曾经八次被学生们评选为清华大学“良师益友”,如今获得首届“清华大学新百年教学成就奖”,谈起这些,他的声音不大但是非常坚定:“教书,是我热爱的事业”。

乐于教学

 “对于教学,我认为有三个层次。第一要勤于教学;第二要精于教学;最后要乐于教学。”在十几年的教书生涯中,曾攀深刻领悟了教学相长的意义,从教授知识再深得其乐,徜徉其间。可谓是“得天下英才而教育之,三乐也。”

说起教学,他侃侃而谈:“我一直坚持用粉笔板书,因为我所讲授的课程有大量的数学推演,书写这个推导过程,就是帮助学生们深刻领会学习的过程。”在计算机应用大行其道的今天,黑板上的“吱、吱”粉笔声显得尤为亲切,站在三尺讲台上的曾攀,用板书唤起了学生们的情感共鸣。“粉笔无言写春秋”,三尺讲台,三寸笔,三千桃李。

在他的努力下,机械系为全校本科新生开设了新生研讨课“现代结构的数字化分析与探索”,由他带领教学,十几年来一直深受同学的欢迎。这门课以学生兴趣为主导,鼓励学生们发现生活中的点点滴滴,再尝试实证,将自己的设想科学化,并提供软件平台供大家研究讨论。课程反馈好评如潮,每次都要学生们抢课才有机会选上。“我们鼓励学生们去做自主专题研究,”曾攀说,“很多不是机械系的学生来选上这门课,譬如电子系、汽车系等,大家根据自己的学科背景发现问题,我们提供技术支持和理论帮助,共同建模分析得到结论。这个过程是十分有启发性的。”


群贤毕至,少长咸集。

有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术,求解时对整个问题区域进行分解,每个子区域是有限元,有限元不仅可以达到所要求的计算精度,而且可以将复杂的问题分解,用于机械工程、土木工程、力学分析等多个工科领域。

曾攀擅长用生活的实例解释深奥的理论难题,为了跟记者这个“门外汉”阐释“有限元”,他双手交叉进行演示:“习近平总书记多次在外交场合提及构建‘人类命运共同体’的理念,从国与国的命运共同体,区域内命运共同体,到人类命运共同体。这个思想就可以很好解释有限元的‘收敛性准则’:一是单元内部的完备性准则,即国家首先把自己的事情做好;二是单元边界之间的协调性准则,那就是本国和邻国和谐往来,这样理解是不是更简单一些了?”将理论明了化、生动化,不愤不启,不悱不发。曾攀用这种方式为学生们打通了理论的“任督二脉”、打开了学识的新视野。

“大四开始到研究生阶段,我们开设了有限元领域的系列课,与新生研讨课激发学生兴趣不同,这就是要开始掌握机械系的看家本领了。”曾攀眉毛扬了扬,微微一笑,从兴趣转向应用,是教学侧重点的变化,也是学生学习方式和学习内容的转变与拓展。

“每周我会和学生们进行一次小组研讨会,跟学生们讨论一些科研中遇到的困难或细节,包括实验设备的更换等问题;每个月进行一两次团队会,主要是通过学生们的学术报告来促进师生之间的互动。”曾攀认为,师生间必要的交流和讨论,能够帮助学生们在自主学习的过程中得到有效的提高,而平时通过电话、邮件与学生的沟通与交流,就更是不计其数了。

为什么这么喜欢跟学生在一起?曾攀扶了扶眼镜,想了一会,说:“我愿意和学生们在一起讨论问题,这个过程是充满着惊喜的,好奇心是学问之源。看着同学们成长,也是我最开心的事。”

精于教学

 “教学是一个需要持续的、均匀投入精力的、长期的过程;而科研则具备了强度高、投入集中的特点。两者并不冲突,甚至互相促进。”曾攀表示,他始终坚持将教学和科研有机结合,避免科研中心化、教学边缘化,特别是教师把最新科研成果跟学生们共享,对学生学习能力、见识见解方面都是显著的提升。“我把我们科研团队对大型液压机有限元分析的案例运用在课程中,让同学们通过学习建模来了解力学背景,通过自己做计算去验证结果是否准确。”曾老师把研究中的问题加工成了教学素材和案例,供学生们学习。在他看来,科研与教学相得益彰。

至今,机械系2017级直博生孙其星仍然十分感谢曾攀老师,“曾老师是我在清华五年多时间中遇到的讲课最好、最用心的教授之一。现在我仍然记得当时大作业的选题是分析房屋梁结构受力情况。定好选题了,不知道如何下手去做。曾老师把往年学长的大作业材料发给我,并指导我梳理建模思路、提炼建模要点、建立模型并分析。大一上学期期末考试很多,他知道我们压力大,特意把大作业的截止日期放在第18周周末,好让我们专心进行期末备考。”

在他的研究生中,机械系2012级博士生谢炜给他留下了深刻印象,在一次一起去参加学术论坛的出差路途中,他们共同探讨了关于风力发电变桨的斜轴折叠变桨原理的设想。回到学校后,受到启发的谢炜一下子钻进了这个问题,经过一段时间的集中研究,在国际期刊《能源》(Energy)和《能源转换与管理》(Energy Conversion and Management)上发表系列论文,完成了《水平轴风机的折叠变桨原理与气动性能研究》高水平博士论文,并获得了清华大学优秀博士学位论文一等奖。把设想变成现实——这不仅是学生的智慧结晶,也体现了一位老师在启发式教学中的良苦用心。


讲课中的曾攀。

自清华大学在2014年9月开始线上慕课(MOOC)教学之后,曾攀便将有限元课程的教学从线下发展到了线上,实现了混合式教学,覆盖面也从校园扩大到社会。通过教师提前准备资料、视频录制,学生课前在网上观看的方式,把省下来的课堂讲授时间用来增加对知识掌握程度的提问、增加课内讨论。在曾攀老师开设的一周三学时的3学分课程上,总要专门留出一个学时让学生做有准备的主题发言,“这样的课程更有挑战性,需要学生们在课下做更多的自主学习和研究。”

“最大的感受就是这门课能够让人收获很多,不仅是知识,还有信心。从一开始完全不懂有限元,到期末可以用有限元分析软件对一些典型工程问题进行有限元分析,这种成长与进步真的是看得见摸得着的。这些都得益于曾老师的耐心教学和引导,让我们更深入的理解有限元分析方法。”机械系2017级直博生黄万慧在提到她上过的有限元课程时,十分感慨。

曾攀的有限元慕课课程,不仅登陆了清华大学“学堂在线”,还登陆了美国麻省理工学院和哈佛大学合作共建的在线教育平台edX。每学期大概有四、五千全球学生在修这门课程。曾攀说,目前在edX上,这门课是英文字幕、中文解说,即便是这样,语言障碍也无法阻挡很多外国学生的选课热情,很多同学在课下讨论区表示非常期待全英文解说的版本。“我正在筹划中,希望能够尽早录制出来,供同学们观看学习。”曾攀愉快地表示。

勤于教学

曾攀在德国做过一年的洪堡学者,95年10月归国,96年初开始在清华执教。教学的二十一年来,他一直坚持点滴的积累,从日常的灵感、到科研成果的每一点,只要对教学有用就记下来教给学生:“我这个人比较笨,但是我始终相信‘好记性不如烂笔头’。”曾攀舒展了一下眉头,除了教学方法,他还始终坚持从源头思考教学问题,“面对学生,我应该具有什么样的态度?”

日积月累的勤奋付出之下,他将自己的教学成果写成了三本厚厚的教材,《有限元分析及应用》《有限元基础教程》以及《工程有限元方法》,涵盖了从本科到研究生,从理论研究到工程应用多个层次。此外,他还翻译了国际著名的有限元优秀教材以及专著。这些书,已经成为国内学生学习有限元的经典书籍,他编写的教材入选教育部“研究生教学用书”、北京市高等教育精品教材、国家级“十二五”规划教材。虽然有限元在清华大学还是本科生选修课,但是“很多人最初认识我都是通过这几本书”,曾攀腼腆的笑容中带着些许认真,“面对自己,我希望能够保持一种教学的勤奋;面对学生,我希望能持有一种谦逊的态度。此外,如果能够在传授知识以外对学生的人生发展有所帮助,那就更好了。”

如今,谢炜仍然记得和曾老师在一起的点点滴滴,“在我的博士课题刚开始的时候,每天晚上曾老师都抽出时间,从家里到办公室和我讨论课题,一起讨论研究方案,无论是在周五还是周末,只要是我约他,他都会来,无论风吹雨打,都会准时到办公室,有几次都讨论到凌晨”,“那段时间很感动,也很有干劲。也正是这样的关心和指导,才有了最后我获得清华大学优秀博士生、优秀博士论文。曾老师获得新百年教学成就奖实至名归。”

黄万慧提及曾老师,非常感慨,“当时曾老师招研究生,我就去面试了。曾老师不仅关心我的学习情况,还从我的平时生活、未来打算等多方面考察。后来我有幸成了曾老师的直博生,本科毕业设计也是在曾老师的指导下完成的。”

1989年诺贝尔生理或医学奖获奖者迈克尔·毕晓普在他的自传《如何获得诺贝尔奖》中提出,只搞学术研究而不尽教学使命,是枯燥无味的。古人学者必有师,“师者,所以传道授业解惑也”。既要教书也要育人——是曾攀面对学生的基本态度,他始终在帮助学生们在科研中做一个成熟的学者,在生活中做一个有智慧的人。

在曾攀办公室左边的立柜上放着一幅他的画像。“这是学生眼中的我,”曾攀禁不住笑了,“他是我的研究生,本科在钱学森力学班就读。这个学生毕业的时候托别的老师转交给我这幅画,因为那会儿我生病住院了。我非常喜欢这幅画,画得很形象,也是学生的一份心意。”说起这个学生,曾攀打开了话匣子,“这个孩子心思很细腻,上学期间非常努力。不仅喜欢科研也喜欢绘画……”展现在记者眼前的是,一位全情投入在教学事业的教师,一位普通教师的眷眷之情,一份沉甸甸的师生情义。


敦品励学,师恩永怀——学生眼中的曾攀。

日新月异的时代马车带着学校、院系迈向新的征程,往昔仍然繁星若梦、让人眷恋。拉回思绪,曾攀对未来倍感期盼,“我不是一个保守的人,仍然有种仰望天空的心境,希望在教学和科研上都有所创新。”

在不变中寻找一种变的可能——长路漫漫修远兮,曾攀将带领着自己的学生,上下求索,伴随着清华的新百年,奏响新的凯歌。

编辑:藤子

2017年09月15日 11:49:37  清华新闻网

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