百年清华

朱邦芬院士:我在清华本科教学的19年

2019-12-13 | 朱邦芬 | 来源 公号“清华大学教师发展中心”2019-12-03 |

朱邦芬,清华大学物理系教授,中国科学院院士,凝聚态物理学家,校教学委员会副主任,数理大类首席教授,“清华学堂叶企孙物理班”首席教授,清华大学突出贡献奖获得者。朱邦芬长期关心国内教育和青少年学生成才,自2000年1月调入清华大学以来一直坚持给本科生授课。曾任清华大学理学院院长、物理系主任,教育部物理类专业教学指导分委员会主任,教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划”专家组物理学科召集人。

本文整理自11月14日朱邦芬在“清华名师教学讲坛”上的讲话:《我对大学本科教育的一些观察与思考以及实践体会》。

在清华从事本科教学工作19年,今天我很荣幸有机会站在这里,和大家分享我的一点体会和感想。

我想谈以下三部分内容:

一、我对清华学生特点的认识,以及对清华教师的历史责任和使命的认识;

二、介绍清华物理系这些年来形成的培育优秀学生的若干理念;

三、对几个关系的理解。

(1)上课讲授是多讲一点知识、讲难一点(只要求学生掌握基本部分,其他内容只是让学生扩大知识面而不求完全掌握),还是少而精为好?到底是多传授点知识还是多一点能力培养?多讲点推导解题还是多讲点概念,也就是侧重思考能力还是推导能力培养?

(2)清华提倡的“价值塑造、能力培养、知识传授”的“三位一体”育人理念:在讲具体一门物理课中,“三位一体”应该如何理解,如何统一?

(3)对通识教育和专业教育的认识,以及对清华强调的“通专融合”问题的思考。

最后,是简单的结语。

朱邦芬作报告

一、清华学生的特点和清华老师的历史责任

清华学生的特点,在座各位老师可能有不同的感受。我第一感受可能和大家一样,清华学生都很聪明,考进清华的智商绝对没有问题。

第二个特点是,清华学生好胜心普遍比较强,喜欢跟人比,明着比和暗着比。“比”有好处也有坏处,好处在于不甘于落后。每位同学刚进清华的时候,自信心满满,开学选课都要选最难的,恨不得一学期选修30个学分,甚至更多一点;但第一学期期中考试成绩一出,看到成绩不如班里一些同学,有的人就一下子很泄气,自信心受到很大的打击,这种情形相当普遍。有的同学说“我的物理水平不如竞赛生,老师你看我学物理还有没有希望?”我说当然有希望,千万不要被“不输在起跑线上”这句话忽悠。

第三个特点和现在的中学应试教育有关。清华同学身经百战,“刷题”能力特别强。我所教的《固体物理》课程考试时,我发现多数同学都是一拿到考卷就开始奋笔疾书,做题又快又好,这方面我远远不如同学。如果某位同学发呆,好久不动笔,那就表明他考试有问题了。另一方面,考一些思考题和概念题,情况就不一样。我所上课程成绩最好的同学也极少答对全部概念题,尽管他们计算题和推导题拿满分。这反映了学生做题很熟练,计算能力极强,但是抠概念、深入想问题还是有所欠缺。

总的来讲,有一批学生,一批“好学生”,很在乎学分绩,把分数看得过重。还有一些同学,这几年流行“刷简历”,为毕业后继续深造或求职,把自己的简历包装得非常漂亮。大学四年期间做了很多事,几乎一项都不少;科学研究也涉及了很多不同的领域,但是很多是点到为止,不够深入。这些固然与我们的评价体系有关,但清华同学应该更超脱一些,追求学问应远胜过学分绩。

此外,清华学生还有一个特点,从好的一面说,是具有很强的“团队意识”;而说的不好听一点,就是“羊群效应”。出现一个领头羊,下面就有一批同学跟着走,个性张扬的比较少。我在担任物理系系主任时,曾经在系务会提议,低年级的班干部一定要选好,选好领头羊之后,其他同学都跟着,成长得比较好;如果领头羊不太好,可能会有问题。团队意识是好事,但是要鼓励和保护个性张扬的学生,做创造性的科学研究时需要与众不同的想法。

以上四点是我感受比较深的清华学生的特点。

有一句话“得天下英才而育之,不亦乐乎”。清华历史上孕育了诸多英才,大多数清华学生具有成为国家英才的潜质,能教这么多的好学生真是清华老师的福分!但是我时常告诫自己另外一句话:“聚天下英才而育之,不亦忧乎”。清华经常有人讲“半国英才入清华”。然而这么多英才让清华来培育,清华教师的历史责任十分重大,常令我的同事及我忧心忡忡。如果我们不尽心培育学生将是对人民和国家不负责任,对历史不负责任。范仲淹有句名言“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”,在迈向世界一流大学的进程中,清华教师首先要有“聚天下英才而育之,不亦忧乎”的意识,只有“先天下之忧而忧”,认清自己肩负的历史使命,竭尽全力教书育人,才对得起自己的工作岗位,将来才能“得天下英才而育之,不亦乐乎”。

刚才郑力校长讲了很多的清华传统和文化,我想补充一点:“培养一流的科学人才”是清华大学物理系一以贯之的首要目标和使命。

我们清华物理系的创始人叶企孙先生曾经说过,“要学生个个有自动研究的能力”。我体会这句话表面看来很平常,但是很重要。如果我们培养的同学个个都有自动研究的能力,对很多问题感兴趣去研究,那么我们的学生成才率会特别高。老清华物理系出了10位两弹一星元勋、50多位院士、许多我国一门学科或一个领域的开创者,成才率为什么那么高?我想,这跟叶先生的出发点——要学生个个有自动研究的能力,是分不开的。

叶企孙先生具有极强的历史使命感。他说过:“没有自然科学的民族,决不能在现代立脚得住。”他屡次三番强调:“只授学生以基本知识,理论与实践并重。重质不重量”。这是叶先生的教学育人的理念,正是在这种理念指导下老清华物理系出了大批的杰出人才,不仅物理系,其他各个院系都出了大量的栋梁之才。

1950年代,蒋南翔校长曾指出:“我们能否培养出林家翘这样的科学家?培养不出,我们只好承认领导失败”。这表明了蒋校长对清华培养世界一流杰出科学家的历史责任和担当。即使在“文革”前的环境下,在各种边界条件限制下,蒋校长依然坚持培育世界一流杰出人才,并做到了可能做的极限。

1982年6月,清华决定恢复物理系,当时周光召先生题词“重振辉煌”。我想“重振辉煌”是清华物理系近一个世纪以来几代教师和学生的共同愿望,我们今天讲“重振辉煌”就是要重振老清华物理系培育世界一流科学研究人才及祖国栋梁之才的辉煌。我曾多次强调,清华大学物理系是理想主义的大本营。教师应该是理想主义者——有“蜡烛”精神,为了国家和人民的未来,心甘情愿付出。复系以来,物理系教师一心一意要把学生培育成世界一流的物理学家以及其他各个领域的领军人物。很多老师都有这样的想法,有的公开说出来,有的虽然没有说出来但心里也是这样想的,因为清华的传统是行胜于言。一些人觉得,我们提培育精英,提培育各行各业的Leaders(领军人物),恐怕社会效果不太好,然而,我个人认为,公开说还是不说是一回事,但大家心里都要有这个愿景,都要有这个目标,有这个使命感,这一点很重要。清华学生不同于一般学校的学生,清华的老师不同于一般学校的老师,我们肩负着民族、国家的历史责任。

在这样背景下,当1997年“清华大学高等研究中心”成立时,物理系和数学系4位老师向学校打报告,要求成立清华大学基础科学班(以下简称“基科班”)。基科班的目标为:为物理、数学等基础学科培养“富有创新意识”和“国际竞争能力”的拔尖人才、为对数理基础要求比较高的其他学科培养具有良好理科素养的新型人才。这4位老师的报告反映了清华育人的传统和使命感。

“基科班”在育人方面有几个特色:一是强调同时强化数学和物理基础,为学生提供无限多的发展可能性;二是开设了专题研讨课,或者叫“基科班”Seminar课,让同学在研究中学习。Seminar课程强调的是在研究中学会“渗透式”学习方式,让同学们体会科学研究,并有可能发现自己感兴趣的领域;三是学生有多次选择的自由,打好数学物理基础,根据自己的兴趣分流到适合自己、有兴趣的学科领域。此外,我们尽可能找最好的老师给“基科班”的同学上课。这些特色使得“基科班”成立20年以来培育了一大批杰出的人才。

2009年,为了回答“钱学森之问”,在“基科班”的基础上清华大学批准成立了“清华学堂物理班”(2018年改名为“清华学堂叶企孙物理班”)。清华学堂物理班除继承“基科班”的育人特色外,还有一些新的特点。如加强导师在育人中的作用,每位学堂班学生从低年级到高年级都配备优秀的导师;特别强调要鼓励、培养学生学习的主动性和研究的主动性。学生的这种主动性就是叶企孙先生所说的“有自动研究的能力”,对于一流杰出创新人才极为重要。学生成才的关键并不在于知识的传授多一点,学生如果有这种探索未知的主动性,将来会很有希望。对清华学堂物理班来讲,我们还特别注意学生的好奇心、想象力和批判性思维的培养。这方面培养的关键主要是鼓励学生提问题,多提问题、提好问题。在探索清华学堂班人才培养的十年里,我们特别重视营造一个好的、广义的“环境”,以利于世界一流杰出人才脱颖而出。这些是清华学堂物理班的育人特点。

2011年“学堂班”启动照片

清华学堂物理班特别强调学生学习和研究物理的主动性。主动性来自学生强烈的兴趣,也需要使命感。而使命感与科学上的雄心壮志密切相关。这是2011年4月14日“清华学堂班”启动典礼的照片。当时我作为教师代表说了一番话,有点被记者歪曲了。某媒体在报道中说:“朱邦芬预测,入选‘学堂计划’的学生中,在未来肯定会出诺贝尔奖、图灵奖的获得者。他说,二十年以后,如果这里的学生没有出息,‘我们就是对历史有罪,对不起祖宗。’”我一般不写发言稿,但那天我准备了稿子。我说的是:“今天我们似乎可以说,中国土地如果没有诞生一批水准接近诺贝尔奖的成果,中国决不是世界一流强国。我现在担任教育部物理学教学指导分委员会主任,比较了解全国各个高校的物理人才培养。我认为,如果中国将来出诺贝尔物理奖,很大可能要在全国约20个高校的学生中产生,而招生掐尖最厉害的清华和北大则责任更加重大!想到这里,我更加感到我们肩负的历史使命和责任。如果我们不花心血、不竭尽全力地培养好我们的下一代,我们将是历史的罪人!”我还说:“我是一个悲观主义者,在这个场合,我想起陆游的两句诗:“王师北定中原日,家祭无忘告乃翁。”你们中间有人拿诺贝尔奖、菲尔兹奖和图灵奖,至少要二三十年,我想我可能等不到的那一天。但是,我作为教师,寄希望那一天的来临!”

现在部分清华同学有一个缺点:安于现状,满足于个人安逸生活。我们不希望我们的学生是精致的利己主义者。我们希望他们将来生活幸福,也希望他们能够有远大志向,为人民为祖国攀登世界科学高峰,对世界做出比较大的贡献。物理系1989年毕业的戴宏杰(美国科学院院士、中国科学院外籍院士)曾作为嘉宾以自己的经历在物理系毕业典礼上说“一个人能走多远,首先取决于心想多远”。中国古人说“取法其上,得乎其中;取法其中,得乎其下”,这是很有道理的。学生如果有一个比较高的目标和人生理想,会比较好地发挥出自己的潜能,走得比较远。鼓励我们的学生有雄心壮志,这是清华老师的应该做的。

二、育人理念

下面介绍清华物理系这些年来形成的一些育人理念。

(1)物理系老师有一个共识,真正的创新人才主要地不是课堂教出来的,我们需要营造一个良好的“环境”,使得世界一流人才容易脱颖而出。这是我们清华学堂物理班的一个核心理念。而一个良好的学校“环境”可以归结为六个要素:一是优秀学生荟萃;二是有良好的学习风气和学术氛围;三是良师指导下的个性化教育,以及老师对学生教育的投入;四是学生拥有自主学习知识和创造知识的空间;五是国际化的视野;六是学生安心学习、研究和教师安心教学、研究的软硬件条件。

(2)让学生在研究中学习(即Seminar专题研讨课)。Seminar是原先“基科班”的一种学习模式。“基科班”很多同学在回忆他们的经历时提到,他们最喜欢“基科班”两个地方:一是自由,可以转换专业,有很大自主性;二是Seminar专题研讨课。学生通过Seminar研讨课选择某位教师的研究组,在研究组里上Seminar,边研究边学习。通常从三年级开始,甚至更早一点,一直延续到大四第二个学期做毕业论文。

这种在研究中学习的模式,好处一是学会“渗透式”学习方法,这是杨振宁先生概括的一种学习方法。所谓“渗透式”学习方法,不是系统地一门课、一门课去上,一本书、一本书从头读到尾,而是在研究中碰到不懂问题,通过自己查文献资料,通过向教师同学请教,通过讨论,把这个不懂的问题弄懂,然后继续往前做。时间长了,学生由点到线、由线到面,慢慢地掌握一门知识。这是一个人一生最需要的学习方式。好处二是学生边科研边学习可以体会科研的乐趣,了解科研到底是怎么回事。好处三是学生可以通过变换方向、变换指导教师,也许可以发现自己感兴趣、适合自己的研究领域;即使找不到也没关系,至少知道了若干研究领域。我们不鼓励学生以发表文章作为Seminar的目标。

这两张照片是尤力老师实验室建设过程中,2位2010年级同学通过Seminar课自己做的部分仪器。实验室中很多专用仪器设备外面买不到,他们根据需要独立设计制作,体现了很强的能力。这既培养了学生,又对老师的实验室建设起了很大作用。这只是一个例子,而这样例子非常多。

同学自主设计的实验仪器

(3)对因材施教的新体会。传统因材施教是,学习好的学生学得更多一些、更深一点、更早一些;而学堂班因材施教理念不是这样:越优秀的学生越要给予比较多的自主空间,让他们主动地去学习,主动地去研究。

中国学生解题和完成指定任务的能力一般比较强,清华学生经过适当培养后完全不用担心他们在这方面的能力。我们的杰出人才很多,但是具有较大开创性、能够提出学科发展方向、带领学科发展的世界级杰出人才比较缺乏。这与我们的学校教育有关系。我们的好学生在校时自己思考新问题,自己提出原创性问题的能力就有欠缺。为了弥补这方面的缺陷,我们对于越优秀的学生,给予越多的自主空间,让他们主动地去学习,主动地去研究。这就是我们的因材施教理念,这是学堂物理班与通常“尖子班”做法的区别之一。经过批准,学堂班同学必修课可以减免或替代。

在老清华物理系,叶企孙先生等一批教师的教学也都是这样。“只授学生以基本知识”,他们规定的教材都比较浅显,但是他们一般还介绍一本到两本比较深的教材,这是给学有余力,比较优秀的学生提供的,让他们在课余时间可以自学比较高深、比较难的知识。不仅物理,数学也这样。老清华物理系、数学系当年都是这样的一种教授方式。我的体会是,学生通过自学掌握知识和通过听老师讲授获得知识这两条道路是有区别的。学生通过自学以后掌握知识,对学生的思考能力和学习能力的提高是有益的。

美国学者杜威100年前提倡:学习是基于有指导的发现而不是信息的传递。大学教学并不应该仅仅是由教师单纯传授信息,而应在教师指导下,学生在某种程度上有机会重新发现前人是怎么发现知识的。当然,不可能所有知识都这样传授,但至少可以选择若干环节让学生体会一下前人当时是怎么提出问题,并且解决问题的。

现在通过各种渠道获得知识越来越容易,能够获取的知识越来越广泛,所以单纯地传授知识的重要性相应地有所下降。然而,学生的判断能力、获取信息的能力、发展知识的能力、思考能力、提问题能力变得越来越重要。我非常赞成李政道先生的“三字经”——“要创新,需学问;只学答,非学问”。我们清华很多好学生很会答题,但是这不是真正的学问,。“要创新,需学问;问愈透,创更新”。这涉及到我们培育一流创新人才,需要给他们较大的空间,让他们更多地思考问题,更多地提出好的问题。10年来,我们“学堂班”学生级级相传,自己组织了“叶企孙学术沙龙”,自己提出问题,互相讲解,互相启发讨论。这些学生现在都非常优秀。

我们特别鼓励同学的主动性,甚至要求这些学生要有点“侵略性”。美国叫aggressive,中国叫“狼性”,我不太喜欢“狼性”这个词,希望我们有些好学生不妨有点aggressive。

三、几个关系

(1)上课讲授到底讲点什么?是多讲一点知识、讲难一点(只要求学生掌握基本部分,其他内容只是让学生扩大知识面而不求完全掌握),还是少而精为好?到底是多传授点知识还是多一点能力培养?多讲点推导解题还是多讲点概念,也就是侧重思考能力还是推导能力培养?

我的想法是:一门课讲完后,很多内容学生将来都会忘记,这不要紧——知识点学过和没学过还是有区别的,学过了查一查很快就能捡起来;然而,一门好的课程还可以对学生的为人、研究能力、思想方法等方面留点痕迹,比如前人是怎么提出一个问题的,是怎么解决问题的,或者说科学史上走过的这段历程,等等。如果能够留下印象,这就很好地实现了这门课程的要求。

我在《固体物理》这门课上结合所授知识介绍过很多“诺贝尔奖”获得者,教材中的某个内容是某位获奖当年的贡献,等等。讲这些时,穿插着讲一些科学史,特别是讲科学家当时是怎样提出问题,怎样发现问题的,这样学生会比较容易记住,而且对他们未来研究会有些启示。

我比较注重学生批判性思维的养成。在课程中特别鼓励学生提问题,提出自己独特的看法。鼓励学生发现错误,不管是教科书的错误,还是我的PPT错误,或者是我讲课的错误。每学期总分中,我有5分“加分”鼓励学生这方面的表现。比如有一年期中考试,我让同学指出当时国内《固体物理学》最权威的一本教科书中的一段表述的错误。通过这样一道题,实际上是让同学不要迷信权威,不要觉得教科书讲的都是对的,某位老师讲的全是对的,这是比较重要的。

我经常在课上结合授课强调黄昆先生的这句话:“学习知识不是越多越好,越深越好,而是应当与自己驾驭知识的能力相匹配。”很多学生对这句话的印象十分深刻,也比较认同这个说法,多年后都还清楚地记得。

我还特别强调实验的重要性。近代科学有两块基石,一是逻辑推理,另一是从伽利略时代开始,实验以及理论与实验之间的因果关系。科学真理必须要经受实验检验:如果理论假说符合实验就暂时接受;如果不符合就需要提出新的理论假设,这样一种关系、这种科学的方法和思维,也让学生体会比较深。

(2)清华提倡的“价值塑造、能力培养、知识传授”的“三位一体”育人理念,在讲一门具体的物理课中,“三位一体”应该如何理解,如何统一?

一门具体科学课程对学生的能力培养有什么作用?

我想最重要的是独立思考的能力,就是判断能力。我们现在很多同学有很多知识但是缺乏判断能力,有些谣言、根本没有根据的东西,我们一些经过清华大学教育出来的学生对此没有鉴别能力。

推导演绎能力也很要紧。但是我一般不在黑板上一步一步推导,一般是讲思路,除非有些比较难的提示一下。很多推导过程让同学们下课后在作业中完成。

思想实验的能力。我讲授的这门课是理论课,课上不做实验,但是至少要让学生知道实验曲线是怎么得到的,意味着什么。如果学生能够设计思想实验,那就极好。

物理直觉。尽管有些物理直觉是不成立的。

对一个现象的种种因素做数量级概念的估计能力非常重要,这关系到我们在研究一个复杂现象时抓主要矛盾的能力。在很多物理过程中首先忽略次要因素、抓住主要因素的思想方法和能力非常重要,弄清楚以后再进一步考虑次要因素、再次要因素,等等。

这些能力都是可以通过一门科学课程或多或少地使学生受益的。

在培育价值观方面,我以为,理解科学方法和科学精神、认识实践对于检验真理的重要性、树立实事求是的科学态度、学习老一辈科学家爱国奉献的精神,科研诚信……这些价值观的塑造,在一门科学课程的讲授中是可以也是应该进行的。

(3)通识教育和专业教育以及对“通专融合”的思考。

2016年清华大学教学委员会通识教育组提出(由彭刚老师文字总结),清华大学通识教育的目标是:一是文理兼备,跨学科的知识结构;二是慎思明辨,批判性的思维能力;三是利己达人,全人格的价值养成。另一方面,上述通识教育最终要达到的目标不能一蹴而就,需要我们在大目标指引下小步快走,包括一门一门地建设通识教育精品课,建设几门塑造清华人特质的通识课,等等。

如何理解通识教育的重要性?我个人的理解是,通识教育最重要的是教育学生如何做人,即人格塑造,正确的价值观的形成。梅贻琦校长讲过“通识为本,而专识为末。社会所需要者,通才为大,而专家次之,以无通才为基础之专家临民,其结果不为新民,而为扰民。”我们培养的理工科人才如果没有比较正确的价值观,可能你的技术最后结果是扰民,对国家,对人民没有好处。

通识教育并不是简单地学点非本专业的知识,应该不求面广,而求深度。作为清华学生多数的理工科学生应通过学习几门有深度的文史哲课程来理解和掌握人文社科研究者的基本思考方式和价值观念;而作为文科生,也应通过几门有深度的科学课程而塑造基本的科学素养和科学精神。

通识教育怎么和专业教育真正融合?我想,通识为本,这并不是说通识课的学时数要远远超过专业课,而是说专业课教学中教师要有通识教育的理念。批判性思维、逻辑推理、表达沟通能力(特别是书面表达能力)、使命感、责任感等,既是专业课程中可以包含的,也与通识教育有密切关系。还可以在专业课程教学中,通过讲授一点科学史来培育科学精神,塑造科学价值观,还可以进行一些科研诚信教育。

现在清华学堂物理班有两个大问题还没有解决。一是我们的因材施教理念是,越优秀的同学给越大的自主空间,但是如何进一步提高这些优秀学生的主动性?关键是提高兴趣和培养使命感,然而说起来容易做起来确实不太容易。二是学堂班到底怎样做好通识教育。可能有几个途径,如“书院制”,如第一年以通识教育为主,像老清华当年那样一年级基本都是通识教育课程,还可以规定几门高质量的必修的通识课程,比如《学术之道》,《中文写作》,《批判性思维》等等。

四、结语

第一,培育基础科学杰出创新人才是历史赋予清华大学全体师生的使命,重要而且必要。当然,不限于基础学科,还应包含应用学科的杰出创新人才;

第二,培育杰出创新人才的关键是营造一个不那么急功近利、良好的“小环境”,使优秀人才比较容易脱颖而出;

第三,要鼓励一部分优秀学生学术上有远大抱负和志向,对他们应“放养”,而不是“圈养”,鼓励他们主动学习、主动研究;

第四,基础研究一流人才的基本特点:好奇心、想象力、批判性思维,培养的关键是鼓励他们提问题,提好问题。

第五,通识教育很重要,解决为人的问题,但是这个问题我们远没有解决好。

总之,培育杰出人才,任重而道远,我们只能在这条道路上努力探索向前!

谢谢大家!


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