日前，清華大學(xué)航天航空學(xué)院高云峰教授榮獲2025年清華大學(xué)新百年教學(xué)成就獎(jiǎng)。
在他的課上，晦澀的公式化為直觀(guān)可感的道具，復(fù)雜的應(yīng)用題變成豐富有趣的實(shí)踐“游戲”，高難度“理論力學(xué)”課程成為學(xué)生眼中的放松時(shí)刻。
用一支筆、一根繩以及一根鐵絲扭成的環(huán)形小零件制作成“螞蟻上樹(shù)”的道具，師生一起探索如何能讓小零件自動(dòng)爬到繩子頂端——這正是高云峰課堂一個(gè)饒有趣味的生動(dòng)片段。
高云峰在“力學(xué)中的創(chuàng)意設(shè)計(jì)”課堂上指導(dǎo)學(xué)生制作“螞蟻上樹(shù)”裝置
土木系2022級(jí)本科生李銘倫說(shuō)：“我從來(lái)沒(méi)有想到理論力學(xué)還可以這樣學(xué)習(xí)，三次動(dòng)手制作模型后，我更加直觀(guān)地理解了運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的概念。這些都是我曾經(jīng)畏懼的知識(shí)點(diǎn)，但在高老師的課堂上，我不知不覺(jué)就熟識(shí)了?！?/p>
破解“力學(xué)難”：從紙面解題到動(dòng)手實(shí)踐的課堂革新
獨(dú)特的課堂形式，是高云峰為破解“很多同學(xué)反映學(xué)好理論力學(xué)很難”這一教學(xué)問(wèn)題所做的創(chuàng)新設(shè)計(jì)?！袄碚摿W(xué)難在哪里？難在概念多且活，更難在從高中到大學(xué)的思維轉(zhuǎn)變?！备咴品逭f(shuō)。概念“多”體現(xiàn)在知識(shí)密集、公式繁雜；“活”則指應(yīng)用場(chǎng)景多樣，難以實(shí)現(xiàn)套用。而這背后更深層的挑戰(zhàn)，是學(xué)生早已習(xí)慣在紙面上就題論題，亟需培養(yǎng)用抽象原理去解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
為化解概念的抽象性，高云峰首先選擇從生活中細(xì)小的力學(xué)現(xiàn)象引入知識(shí)點(diǎn)?！傲W(xué)本身并不抽象，它就在我們身邊，但我們總?cè)菀缀雎运??！彼谡n堂中舉例：行駛中的自行車(chē)車(chē)輪，接觸地面附近的輻條影像總是清晰的，車(chē)輪頂部附近的輻條影像則是模糊的。同學(xué)們驚嘆，自己竟然總是忽略這個(gè)常見(jiàn)現(xiàn)象！原來(lái)，因?yàn)槟Σ亮Φ木壒?，?chē)輪接觸地面部分的速度為零，車(chē)輪最高點(diǎn)的速度大于零。高云峰總能發(fā)現(xiàn)這些日常生活中的細(xì)小力學(xué)案例，并通過(guò)它們快速抓住同學(xué)們的注意力并引發(fā)思考，幫助同學(xué)們更好地理解公式理論。
高云峰還會(huì)親自設(shè)計(jì)一系列教具，將復(fù)雜的力學(xué)理論可視化、可感化。差動(dòng)齒輪是一類(lèi)比較復(fù)雜的齒輪系統(tǒng)，如果只是照本宣科，學(xué)生很難真正理解。為此，高云峰特意制作了一個(gè)指南車(chē)教具，通過(guò)指南車(chē)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)，讓同學(xué)們直觀(guān)看到差動(dòng)齒輪如何抵消車(chē)身轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，產(chǎn)生“無(wú)論車(chē)身如何轉(zhuǎn)向，車(chē)上公雞始終指南”的奇妙現(xiàn)象。
拼裝中的指南車(chē)教具
在高云峰看來(lái)，學(xué)好理論力學(xué)，光理解原理、記住公式是不夠的，他希望學(xué)生能將知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為此，他還開(kāi)設(shè)了“力學(xué)中的創(chuàng)意設(shè)計(jì)”課程，專(zhuān)門(mén)鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題以及動(dòng)手的能力。有一次，高云峰特別邀請(qǐng)武師現(xiàn)場(chǎng)表演鋼針穿玻璃的絕技，并拋出問(wèn)題：“武師的這門(mén)絕技是什么原理？我們沒(méi)有武術(shù)功底的普通人，該如何體現(xiàn)‘知識(shí)就是力量’？如何利用工具實(shí)現(xiàn)鋼針穿透玻璃？”在高云峰的提問(wèn)后，學(xué)生們興致勃勃地開(kāi)始設(shè)計(jì)發(fā)射裝置進(jìn)行模擬操作。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生遇到了一系列問(wèn)題，如鋼針初始速度不夠怎么辦？為什么鋼針遇到障礙物會(huì)橫滑而過(guò)？這些問(wèn)題促使同學(xué)們調(diào)用所學(xué)知識(shí)，尋找原因和解決方案。通過(guò)不懈的探索與高云峰的適時(shí)指導(dǎo)，同學(xué)們最終實(shí)現(xiàn)了用科學(xué)裝置還原傳統(tǒng)技藝的突破。
通過(guò)努力，高云峰逐漸打破理論力學(xué)難學(xué)的刻板印象，為無(wú)數(shù)學(xué)生掃清學(xué)習(xí)障礙，引領(lǐng)他們走向更廣更遠(yuǎn)的力學(xué)知識(shí)世界，他的課堂也受到學(xué)生的廣泛好評(píng)。
航院2022級(jí)本科生張可言表示：“這門(mén)課成為了我每周最期待的放松時(shí)刻。老師的幽默講解、同學(xué)們的積極互動(dòng)，讓課堂充滿(mǎn)歡聲笑語(yǔ)。這種氛圍讓我不怕犯錯(cuò)，真正享受學(xué)習(xí)的過(guò)程。”
高云峰的課堂創(chuàng)新一直在路上。未來(lái)，他計(jì)劃開(kāi)設(shè)創(chuàng)新類(lèi)和實(shí)踐類(lèi)課程，鍛煉學(xué)生的觀(guān)察、思考、批判和動(dòng)手能力，也將使用人工智能等新興技術(shù)賦能教學(xué)。
守正“育人魂”：從知識(shí)傳遞到價(jià)值塑造的升華
高云峰的課堂并不局限于課本上的公式，而是以力學(xué)知識(shí)為載體，在知識(shí)傳授中實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造，實(shí)現(xiàn)從教書(shū)到育人的升華。
高云峰認(rèn)為，科學(xué)現(xiàn)象與人生哲理是互通的。在講授質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理時(shí)，通過(guò)分析跳高姿勢(shì)，他不僅分析其中的力學(xué)知識(shí)——采用背越式過(guò)桿，運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)心可以從橫桿下方通過(guò)，從而在能力不變的情況下，比其他姿勢(shì)跳得更高；還在其中融入人生哲理——“方法得當(dāng)，就能事半而功倍?！边@種講解讓學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)，領(lǐng)悟到選對(duì)方法的重要性。
高云峰還重視對(duì)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承，用力學(xué)視角帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略傳統(tǒng)文化的魅力。講授系統(tǒng)平衡穩(wěn)定時(shí)，他在課堂中介紹《孔子家語(yǔ)》中記載的欹器——這種容器空時(shí)傾斜，水量適中時(shí)端正，過(guò)滿(mǎn)則傾覆。他先用力學(xué)知識(shí)分析這種容器背后的力學(xué)原理，再適時(shí)引出“滿(mǎn)招損，謙受益”這一道理，不僅讓學(xué)生理解了關(guān)于重心與平衡的原理，更讓千年智慧在當(dāng)代課堂煥發(fā)生機(jī)。
高云峰在課堂上
高云峰非常重視培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，將發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的要求貫穿課堂內(nèi)外。他將實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題引入教學(xué)，還總是強(qiáng)調(diào)“學(xué)習(xí)不是為了會(huì)做題，而是為了有能力解決實(shí)際問(wèn)題”。在他的言傳身教之下，大多數(shù)同學(xué)遇到困難會(huì)第一時(shí)間尋找原因，然后針對(duì)性解決問(wèn)題。
“遇到問(wèn)題和困難時(shí)，我的學(xué)生們通常都會(huì)更有定力。”在高云峰看來(lái)，這種精神難能可貴，“當(dāng)今社會(huì)日新月異，壓力更大，在這種情況下，跳出情緒、擁有定力的人能把握住更多的機(jī)會(huì)。”
一位曾對(duì)“理論力學(xué)”課程懷有恐懼情緒的同學(xué)在學(xué)習(xí)了高云峰的“理論力學(xué)”課后，心態(tài)發(fā)生了變化：“課程考試的那一天，我沒(méi)有再因?yàn)樵?jīng)的失敗而焦慮惶恐。卷子寫(xiě)到最后，雖然我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)自身的很多不足和一些錯(cuò)誤，但我已經(jīng)不害怕它了。那些走過(guò)的錯(cuò)路、犯過(guò)的錯(cuò)誤，成就了現(xiàn)在的我?！?/p>
不僅如此，高云峰總告訴學(xué)生把眼界放寬，不要只聚焦在個(gè)人發(fā)展上，而是要將目標(biāo)錨定在國(guó)家重大科研攻關(guān)需求上?！盁o(wú)論在什么時(shí)代，偉大的人總能看見(jiàn)更宏偉的目標(biāo)，將‘小我’的實(shí)現(xiàn)融入‘大我’，從而推動(dòng)國(guó)家和社會(huì)的發(fā)展。”高云峰感慨道。
從跳高姿勢(shì)的方法哲學(xué)，到傳統(tǒng)欹器的文化傳承，再到家國(guó)情懷的使命擔(dān)當(dāng)，高云峰以科學(xué)教育為舟，以?xún)r(jià)值塑造為帆，在三十余載教學(xué)生涯中，真正踐行著教書(shū)育人的崇高使命。
跨界“教育圈”：從大學(xué)講臺(tái)到全民科普的堅(jiān)守
高云峰的課堂創(chuàng)新之路與育人理念的形成，始于他對(duì)教育的思考。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，高云峰發(fā)現(xiàn)，有的中學(xué)生因課業(yè)繁重，正在逐漸喪失學(xué)習(xí)樂(lè)趣和思考欲望。他認(rèn)為：“我們總是強(qiáng)調(diào)成績(jī)，而忘記學(xué)習(xí)本來(lái)的意義。”
于是，他決定身體力行，從自身開(kāi)始做出改變。除了創(chuàng)新自己的課堂外，高云峰還走出清華園，投身科普講座、教師培訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)等。在一所幼兒園，他用一臺(tái)吹風(fēng)機(jī)和幾個(gè)乒乓球點(diǎn)燃了孩子們的熱情：當(dāng)單個(gè)乒乓球在氣流中輕盈起舞時(shí)，孩子們歡呼雀躍；增加到兩個(gè)時(shí)，乒乓球開(kāi)始“打架”；變成三個(gè)時(shí)，它們瞬間掉落。一個(gè)孩子恍然大悟：“這就像三個(gè)和尚沒(méi)水喝！”高云峰堅(jiān)信：“我們要做的不是灌輸知識(shí)，而是呵護(hù)每一個(gè)想法?！?/p>
隨著科普工作的深入，高云峰意識(shí)到，要想真正改變科學(xué)教育，關(guān)鍵在于教師。于是他花大量的時(shí)間和精力，投身到中小學(xué)教師的培訓(xùn)中。除此之外，他還參與修訂義務(wù)教育《科學(xué)》課程標(biāo)準(zhǔn)、高中《通用技術(shù)》課程標(biāo)準(zhǔn)，擔(dān)任《加油！向未來(lái)》等多檔科普類(lèi)電視節(jié)目的常駐嘉賓、兩次參與我國(guó)太空授課論證等工作。近期，高云峰還出版《抗戰(zhàn)烽火中的好發(fā)明——戰(zhàn)法與武器》一書(shū)，不僅展現(xiàn)了先輩的力學(xué)智慧與創(chuàng)新思維，更傳承紅色基因，引導(dǎo)大家讀懂愛(ài)國(guó)與創(chuàng)新。
高云峰為科普節(jié)目《加油！向未來(lái)》設(shè)計(jì)制造道具
在科普這條道路上，高云峰有著清晰的目標(biāo)，希望大家不僅有樂(lè)趣，還要有想法，更要有能力，這些都是科學(xué)教育能夠提供的。“科技是第一生產(chǎn)力，我們要注重科學(xué)教育?！碑?dāng)科學(xué)教育從知識(shí)灌輸轉(zhuǎn)向動(dòng)手探究，當(dāng)科普現(xiàn)場(chǎng)從教室課堂走向日常生活，他期待大家能夠?qū)⒅R(shí)轉(zhuǎn)化為力量。
三十余載教學(xué)生涯里，高云峰點(diǎn)燃了無(wú)數(shù)清華學(xué)子的科學(xué)夢(mèng)想，喚醒了他們的創(chuàng)新勇氣。他步履不停，持續(xù)奔走在大學(xué)課堂、講座現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)踐平臺(tái)，書(shū)寫(xiě)著新時(shí)代立德樹(shù)人的生動(dòng)篇章。
（清華新聞網(wǎng)11月27日電）
文字：溫斯媛 贠爾茹
圖片設(shè)計(jì)：韓羽臻
編輯：劉芳芳
編審：劉蔚如 周襄楠 張歌明 張莉 賀茂藤 郭玲
