趙亞溥：為培養傑出科學家而來
編者按
2018年夏季，國科大首屆本科生畢業。據統計，截至5月31日，國科大首屆本科生畢業後直接就業僅7人。已經明確的有243名畢業生將繼續深造，攻讀碩士或直接攻讀博士學位，佔畢業人數的83.8%。其中84人到境外留學，159人在國內讀研究生。此外，今年畢業、計劃明年申請出國讀研或國內深造的有40人。
用國科大本科教學培養委員會主任、數學科學學院院長席南華的話來說：「至少，他們都活下來了。而且，總體來看他們基本達到了我們的設想。」4年來，國科大始終堅持「把最好的資源提供給本科生」：一流的科學家是本科生的授課教師，探索從「填鴨式」到「研討式」本科教學新模式，注重學生思維和情懷的培養，以及提供100多個研究所作為本科生暑期科研實踐的「大本營」。
在首屆本科生畢業之際，本刊就國科大的本科生培養情況做系列報道，以饗讀者。
上午，在中國科學院大學（簡稱「國科大」）玉泉路校區階2教室，結束了一年級本科新生《力學》課「拉普拉斯-龍格-楞次矢量 (LRL vectors) 守恆性」部分的講授，解答完最後一名同學的課下追問，趙亞溥匆忙收拾好書籍和講義，大步走出教室，趕回位於中關村的中國科學院力學研究所的實驗室。
還未到研究所，趙亞溥便收到了一封來自聽課同學的郵件：
「根據諾特定理，每種守恆量均對應於一種對稱性，那 LRL 矢量守恆對應著什麼對稱性？」
當看到這位同學的問題時，趙亞溥有些意外，同時又很高興。他也只是在前幾節的課上順帶提了一句「諾特定理」，將計劃在以後的拉格朗日力學的課中進行詳細板書推導講解。
「在國科大給本科生上課不一般，有時是同學們在推著我們往前走」，趙亞溥讚賞學生們思想的深度、思維的發散，這種富有挑戰性的教學工作讓他覺得「非常有意義」。
優秀的科學家更要給本科生講課
趙亞溥是中國科學院力學研究所研究員、博士生導師，作為長期在科研一線工作的研究員，為什麼他要給本科生講課？能講好嗎？
「理論物理學領域的大師級人物費曼曾在加州理工學院任教35年，一共講過34門課，優秀的科學家並不是只做研究而不教課。」在趙亞溥看來，正因為是優秀的科學家，才更要講課，而且要給低年級的本科生講課。
「在哈佛大學和麻省理工學院，給一年級本科生上課的教師，很可能就是某位諾貝爾獎獲得者，站在莫斯科大學、巴黎高等師範學院的數學課講台上的，極有可能是世界排前幾位的著名數學家。」趙亞溥說，國科大有一大批一流科學家給本科一年級和二年級的學生講課是「一件很好的事情」。
趙亞溥認為，把一個複雜艱深的科學問題給本科生解釋清楚，這本身就是一個很重要的能力，「假如你能夠真正地讓本科一年級的學生聽得懂，就說明你把問題凝練的很好。」
亦如「力的相互作用」，學生們的提問和觀點，也能激發教師的靈感。「學生們經常提出一些我曾經思考過但暫時放棄、卻都是些意義很深遠的問題，重新想想這些問題，看看能否有所突破也很有意思。」趙亞溥藉助費曼的話來表達自己的心聲。
不為了上課而上課。對趙亞溥來說，他不只是本科生《力學》和《材料力學》兩門課程的授課老師，而是把自己定位於「培養傑出科學家」的教育者身份。為了更好地實現這一目標，他專程到莫斯科大學學習考察其授課模式和課堂形式，與劍橋大學著名的科學家和教授探討「如何給本科生上課」，藉助前往法國參加學術會議的機會，專程到巴黎高等師範學院與數學和物理教授交流「教育教學理念」。
「『百年樹人』，這不是一句空話」，談及人才培養，趙亞溥突然收起笑容、身體挺得很直，變得嚴肅起來。
「批判性思維」是名校的本質
對2014級本科材料學專業的董亦楠來說，趙亞溥的課程讓她難以忘卻。她記得在一道《材料力學》課的期中考試題中，趙亞溥從物理學最著名的國際期刊《物理評論快報》中選擇了一篇文獻作為材料，請學生們判斷文章中所列的公式是對還是錯。
《力學講義》教材
「看似十分困難，但其實只要經過仔細的推演就可以發現這公式根本不對。」董亦楠回憶道，這件事讓她明白了批判精神和獨立思考的重要性，這之後，她養成以批判性的方式去看待書本和文獻中內容的習慣——不是一味肯定，而是追根刨底詢問為什麼。
曾任哈佛大學校長的德雷克·博克在《回歸大學之道——對美國大學本科教育的反思與展望》一書中將哈佛大學的本科生分為三個階段：ignorant certainty（盲目的信從）、intelligent confusion（有知識的困惑）、critical thinking（批判性思維）。
「質疑精神和批判性思維，才是名校的本質。」趙亞溥說，告別中學進入大學一、二年級，依然會延續著中學解題時「只有唯一正確標準答案」的思維模式，這就是第一階段「盲目的信從」；在學習了很多知識之後，似乎懂了很多，然而當實際用到某個知識時，又會有些遲疑，這是第二階段「有知識的困惑」。
「批判性思維是學習的最高階段，有些人窮盡一生也無法達到這個階段。」對於什麼是批判性思維，趙亞溥解釋道，批判性思維不是一味地否定、批評和挑戰，而是一種全面、有深度、正反兩方面質疑的一種思維方式。
「即使是最頂級期刊的內容，你也可以質疑。」趙亞溥的課堂，是研究型的，探討型的，尤其強調批判性思維和質疑精神。
在他看來，高明的教學不是直接灌輸知識，而是情境的創設：要引人入勝而非牽著學生的鼻子，要在問題源頭上啟發和提高學生的悟性，而不是直接給出答案；即使是最頂級的教授也不能壓制學生的見解。
盡情地做「思想實驗」
重視以「思想實驗」為主線進行講授，是趙亞溥教學過程中最深刻的體會，也是他又一主要教學理念。
上過趙亞溥《力學》課的同學都記憶深刻，講到「狹義相對論的拉格朗日量」時，趙亞溥並沒有直接解釋概念、推導公式，而是先給同學們講了一個故事：1895年，16歲的愛因斯坦在閱讀一本科普書對於太空和行星的描述時，突發奇想，如果進行一次「太空旅行」，應該乘坐什麼交通工具？在之後的一個晚上，他在頭腦中設想了一個「追光實驗」。而正是這個思想實驗孕育了狹義相對論的萌芽。
用短短5分鐘的故事，趙亞溥很自然地將狹義相對論引入了課堂。「當他們聽得正入迷的時候，我就趕緊推導閔可夫斯基等公式，這種啟發式的教學比一上來就直接進行公式推導，同學們的接受度會更好。」他意味深長地說，5分鐘的時間很短，但起到了很大的作用。
除了「追光實驗」，還有「鏃矢之疾」「薩爾維阿蒂的大船」「牛頓的水桶思想實驗」……科學典故式的「思想實驗」，生動有趣，幾乎貫穿在趙亞溥的每一堂課上。
從事力學研究近30年後，再來擔任本科生教學工作，趙亞溥反思道，傳統的按部就班的科研模式已不適應目前的科技發展形勢，要學習「全新的科研方法」，即從現有的科學理論系統出發，進行思想實驗，預測某個待發現的科學理論，再設計相關實驗來證實這個思想實驗。
「二十世紀以來的科學理論重大進展表明，一般是先有『思想實驗』，再實現『實驗驗證』的特徵的確十分明顯！」趙亞溥堅定地說。
有激情的「趙爹」
「一口氣」講了兩個小時，最後一分鐘的氣勢依舊如剛上課的第一分鐘；一個公式的推導密密麻麻寫滿整10塊黑板，寫了擦，擦了寫，每次上完課，頭髮、衣服上落滿了粉筆末；為避免靈感轉瞬即逝，通宵為本科生寫教材……
用清華大學某位教授的話來說，「趙老師平時講話的時候倒沒發現（這麼有激情），但一站在國科大本科生課堂的講台上，就充滿了激情！」
第一次給本科生上課時的那種壓力和緊張感，趙亞溥至今記憶清晰。講授這一門課的另一位教師來自北京大學物理系，是國家物理奧林匹克競賽的金牌教練。北大的那位老師非常優秀，很擅長講課，趙亞溥原本以為學生們會「厚此薄彼」，「但第五次課之後，上我課的學生不但沒有減少，反而增多了」。將思想和文化注入枯燥的定理公式的推導過程中，讓趙亞溥的課變得「很不一樣」，他也逐漸增強了自信，收穫了一眾小粉絲，成了同學們口中的「趙爹」。
對趙亞溥來說，給國科大的本科生上課，很有挑戰。雖然《力學》這門課在去年就被選為國科大本科精品課程，將被放在MOOC中，供全世界的師生學習觀看，但直到現在，他仍有壓力，「我不能老生常談，必須不斷創新，他們很厲害，提的問題很有挑戰性。」給國科大本科生上課，是趙亞溥最重要的事情。「重要會議與上課時間衝突，調會議時間或者不參會，課不能調！」
他對自己的學生要求很高，常常在給本科生上的第一節課中，告訴他們：「你來了國科大，你就不只是你自己了，更要肩負與中華民族同呼吸共命運的責任和義務，要有大格局，做大事。」
今年5月，歷時3年，為本科生《力學》課量身打造的教材《力學講義》終於印刷出版。當看到「中國科學院大學本科生教材系列（BJC0801001）」這幾個字時，趙亞溥想要落淚，他既激動又感慨：「很值，很自豪。」
「就是在那個教室」，回憶起寫作過程，趙亞溥指了指階梯教室一樓2教室。常常是一下課，解答完同學們的問題，他就立馬趕回中關村寫教材，「剛推導完嘛，很興奮，得趁熱打鐵。」
趙亞溥自我調侃道：「沒有寫書之前，頭髮還是很多的。」熟悉趙亞溥的人談到這本書時也都說，「385頁的內容，真是一夜一夜『熬』出來的。」
在「趙爹」的設想中，十幾年、二十年之後，哈佛大學、斯坦福大學、麻省理工學院，以及牛津大學、劍橋大學等世界頂尖學校的教授中，都有他教過的學生，而且是「leading scientist」的那種。數學界最高級獎項「菲爾茲獎」，諾貝爾物理、化學、生理或醫學獎也都能看到國科大學生的身影。
2018年1月，趙亞溥教授與國科大《力學》
一年級本科班部分聽課同學在一起
轉載自《國科大》雜誌2018年第3期
文字 ：韓揚眉
攝影 ：楊天鵬
美編 ：張茂傳
校對 ：張茂傳
責任編輯 ： 余 歡
【作者系國科大記者團成員】
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