在清华

有这么一门“硬课”——

理论力学

它是研究物体运动规律的学科

也是工科培养中的

一门重要的基础课程

提高理论力学的教学质量

对工科教育水平的提高

有重要的意义

如何让学生弄懂、吃透每一个知识点？

如何在教学中培养学生的工程素养？

如何扣好工科教育的“第一粒扣子”？

半个世纪间

清华大学理论力学教学团队

上下求索

努力探寻这些问题的答案

理论力学教学团队主要承担清华大学全校的“理论力学”教学工作，年均选课学生800余人次。目前有12名主讲教师和2名实验教师，其中国家级教学名师1人、北京市教学名师2人，荣获国家级教学奖2项、北京市高等教育教学成果奖4项、北京市教育创新标兵2人、中国力学学会全国徐芝纶力学优秀教师奖、全国基础力学青年教师讲课比赛特等奖、校新百年教学成就奖、校教书育人先进个人和校先进工作者各1人、校青年教师教学优秀奖7人。

2021年，理论力学教学团队被认定为清华大学首批基础课教学团队，2021年入选北京高校优秀本科育人团队。

春风化雨，个性培养

“理论力学”是航院、机械学院和土水学院相关专业的必修课，“理力”教学团队每年承担着近700余学生的教学任务，以大班授课为主。

张雄在给学生上课

“理力”教学团队带头人张雄一直在思考，在客观限制下，怎样才能让大班课上的每一位学生都参与课堂、充分培养？在他的笔记本电脑上有一个文件夹，专门记录理力课程的教学情况、学生意见、团队会议纪要，复盘每次课程的内容和学生答疑情况。

每一次开课他会利用雨课堂纪录每位学生学期四次课堂小测成绩和各次作业成绩，特别关注成绩起伏较大的学生，了解阶段性的学习情况。对每次小测成绩下滑的学生专门谈话，分析是否存在学习误区。2019年10月11日的教学记录显示，那天他分别与四位小测不及格的学生谈话，发现普遍存在“课上只听课，不记笔记，投入不够“的现象。在2020年10月22日的记录中，他写道：“许多同学还不理解力偶的作用形式，问作用轴是什么”，在后续的课堂设计中他专门细讲了这个知识点。

有一次他与学生谈话时发现几位学生成绩下降，在接下来的整个学期他特别关注了这几位同学，在这种点对点的督促下，同学们的成绩也相应地有所回升。

李俊峰在给学生上课

“理力”需要面向的学生类型众多、数理基础不一，学习能力不同，有以现役飞行员为主的“飞班”、以竞赛生为主的钱学森班以及来自不同学科背景的本科生。怎样才能保障他们的教学质量？“钱班”是力学实验班，学生大多在国家级以上的数理竞赛中成绩突出，一般的课程教学远不能让他们“吃饱”。

李俊峰在执教时充分听取了同学们的意见，将上课重点从书本跳出，与学生一同探讨前沿动力学，共同探索未来科技中可能出现的基础力学问题。“飞班”的学生平时需要在体能训练中投入大量时间，缺乏课后练习，在课堂上就得把基础的方程和原理讲的透彻明白，更精准地选择有针对性的题目以提高知识熟练度。

“理力”近乎是所有结构工程学科的基础，如何让不同类型的学生都能较好地掌握课程内容，是极为现实的教学挑战。在“理力”团队的努力下，小班课程实现了“因人施教”，大班教学也“一个都不能少”。

风格迥异，配合默契

如果一个学生同时上李俊峰和高云峰的理论力学，很可能会感觉自己上的是两门截然不同的课程。他俩一位鼓励批判，希望学生勇于质疑，一位善于发现生活中的力学，循循善诱，甚至在同一问题上常提出不同见解，同一道题用不同的视角切入。任革学讲通讲透、逻辑清晰的论证式讲法得到不少同学的青睐，也有同学对张雄细致入微的教学工作印象深刻。

不同的教师虽然用的是同一本教材，授课风格却各不相同，彼此独立，把几百年未曾改变的公式定理带到了鲜活的日常生活里，融入进人才培养的理念中，使学生能够在复杂的公式中解脱出来，产生对基础学科的学习热情。他们在一个个细节中展现出对讲台的热爱：高云峰用寥寥几笔就能在黑板上画出一道例题，任革学把带着学生分析现实力学问题的过程称作“发现美的历程”。

一位学生在课后评教里写下：“上理论力学的感受，有数学课那种严密的逻辑，也有工科课程直观的物理图像和应用功能，这一点，足以让理论力学成为一门独特而优美的学科”。

团队教学讨论会

但是，“理力”的教学从不是“单兵作战”，在课程塑造的每一个阶段、与课程相关的每一个决定，都是“集体合议”。当前理论力学教学团队共有14名教师，共同负责逾十个理工院系的基础必修课程，并根据需要开设了理论力学、动力学与控制基础、工程力学基础、力学中的创意设计等系列课程。

团队的同事们办公室都紧挨着，平时在走廊里遇到了聊上几句，交流近期的讲课心得。每年至少有两次以课程内容和教学设计为主题的商讨会，所有的成员坐在一起，讨论一学期教学的问题和学生提出的建议，并为下一次的课程开展作出新安排。

张雄说：“二十余年来我们想的都是同一件事，怎样让学生学得好这门课程，就凭这个，我们做什么都心往一处使，默契十足。”

基础课程，人格塑成

“我很喜欢‘唱反调’的学生，这说明我们的教育卓有成效”。在李俊峰的课堂上，学理论做实验是“汲取知识”，但“批判”与“质疑”更是重头戏。

通常在学习一个新的章节之前，他会在黑板上列几道题，这些题目与高中物理相近，把前提条件设定在了极其特殊的境况下，于是学生们很快都做出来了。随后，他改掉了完美的前提条件，把题目的背景放到了日常生活中，能做出来的学生就寥寥无几。

“学生们很会做题，他们固执地寻找一个绝对的答案，但力学不是这样的，它非常灵活，改变学生的固有印象很有必要。”在李俊峰与学生的对话中，师生是平等的，学生异想天开的创意会被认真讨论，挑战老师观点的行为得到鼓励。“理力是基础课程，它的重点绝不仅仅是how，而应该带着学生了解what和why，这就需要批判性思维，这也是‘基础’之所在。”

理论力学的课堂

理论力学课程通常在大二上学期开课，恰好处于本科生人生观念的形成时期。张雄几乎每次上课都会提前二十分钟到，对于迟到、旷课的学生毫不留情地批评。学生们常对张雄在这些“细枝末节”的严格不理解，觉得迟到一两分钟不是什么大问题。张雄说：“我觉得这是一种契约精神，你选了课，你就该准时到，来不了该请假。学生们以后走上工作岗位，少不得要和重大工程打交道，每一个环节都要有这种契约意识，你选择去做了，那就要承担相应的责任。这是很小的事情，但这是做人最基本的品质。”久而久之，上他的课的同学大多都养出了守时守约的好习惯。

在任革学的课堂上，常常会把最新的航空发动机、风能发电机、芯片光刻机制造中遭遇的核心技术“卡脖子”问题拿来做例子。他对学生说，想要在这些核心工艺上有所突破，就要从最微小但重要的“振动”开始，这就回到了基本的动力学范畴。他鼓励学生从一般理论入手，学好基本概念，树立起解决大国重器研发过程中的基础问题的志向。

高云峰参与太空授课

一门课之所以成为基础课，就在于它的普遍性。对理论力学而言，这种“普遍”在于工科的学生都绕不开它，但更重要的是，生活和工程本身就建构在这种力学之上。

高云峰的课堂是极为活跃的，学生们总在期待老师用的例子和新的趣味实验。他精妙地设计了一系列的教学模具和生活案例，带着学生分析“为什么低头看手机不利健康”“为什么眼见不一定为实”等司空见惯但常被忽视的问题，引导学生在实践中触碰真知，感受科学之美，超越有限的书本知识。“我希望学生学会发现，力学在生活的每一个缝隙里，我希望他们不要被公式限制住，清华的学生，应该有科学的想象力。”

旧学新知，不断探索

1952年，理论力学教研室首次成立时，所使用的教材是留苏专家写成，几经再版后形成了上、中、下三册的教学内容，对应8个学分，124学时的授课模式。二十一世纪初，本科教育一大改革即大幅度压缩学时，为了保证教学质量，“理力”课程的改革势在必行。

教研室教师评议课程内容

彼时的理论力学教研室四位老教师悉数退休，教学改革的重担落到了当时仅三十出头的李俊峰头上。与教研室的张雄等几位老师商量后，他们对理论力学课程教学体系和内容进行了改革。将物理力学与数学分析相融合，充分考虑清华学生的学习习惯，保留理论力学体系的系统性、逻辑性及应用的灵活性，借助数学工具“提炼精华”，将课堂教学减至60学时。这是一套全新的教学方法，站在二十一世纪的起点，理论力学课程拥有了新的体系、新的灵魂，这门古老的基础学科焕发出了新的光彩，打上了清华的永久标签。

初次尝试六十学时的教学方案时，计算机技术尚不发达，所有的讲义几乎都是老师们自己画、自己写。2001年，在厚厚的一沓讲义的基础上，理力教研室综合教学经验和学生学习习惯编写了一本新的教材。这套教材只有薄薄的二百余页，近乎是此前教材的四分之一。

理力团队的老师们还想做的更多。学生们能不能拿着这套教材自学？能不能增加一些更加有趣的生活案例？有没有充足的课后习题练习？解答能不能做到严谨详尽？张雄回忆起二十年前的一个暑假，在逸夫楼楼的一个会议室里，他和李俊峰等几位同事围着会议桌构建理论力学试题库，整整1680道理论力学习题，一道道核查答案正确与否、设置试题属性、完善答题格式。

只是做题并不能满足用所学解决现实问题的教学期待，于是，张雄等人萌生了构建“素材库”的想法。他将日常生活中碰到的场景制作为素材引入到教学中，如将在郊游时看到的工人用砖夹搬砖、在去网球场路上遇到的工人用“蛤蟆夯”压实马路、在汽修店看到的车轮动平衡等场景拍下来。这个习惯保留至今，有一次他在电影院看电影《我和我的祖国》，看到黄渤爬旗杆的场面脑子里的第一想法竟然是“这个可以做素材”，并在一周后就将这一场景引入到课堂教学中。

为了加强学生的动手能力和理论联系实际能力，课程团队又建设了与课程配套的4个教学实验，近年实验数目增加到了6个，有两名教师专门负责实验环节，开设专门的系列趣味实验课程，从理论到实践，建构起一套完整的“理力体系”。

《理论力学》教材改革与建设成果

在这种精益求精态度的驱使下，理力教学团队搭建起了“理论力学教学网”“理论力学网络试题库”“理论力学多媒体素材库”“理论力学多媒体教学系统”和“理论力学慕课”等多媒体资源和软件系统，并编写和翻译出版了多本新教材和习题集。

2002年，《理论力学》被列入清华大学首批“百门精品课”建设项目，2003年被评为北京市精品课程，2004年被评为国家精品课程。2014年录制了慕课，上线后有13所高校选用了该课程、3万人次选课，并入选“国家精品在线开放课程”。2016年入选国家级精品资源共享课，2019年入选清华大学标杆课程，2020年入选国家一流本科课程，多次获北京市和清华大学优秀教学成果奖。

基础课程是教学改革的重点关注对象，新的要求、新的目标、新的价值在实践中不断形成。在主编们的计划中，这套教材和教辅材料每十年将重新修订一次，把过去这个阶段积累的新方法、形成的新需求加进来，紧紧跟上改革的步子。

薪火相传，热爱不休

张雄的办公室里收藏了许多上世纪九十年代至今的理力团队老教师们的合照。大家围在临时拼凑到一起的课桌前，黑板上用漂亮的宋体字写着“11位理论力学教师教学优良率调查汇总”，共同讨论教师在讲课时时治学严谨、为人师表、关心学生全面成长，在辅导学生时是否注意基本方法、认真批改作业，教学整体效果是否足够好、学生评价如何。

理力教研室的老教师们在讨论教学工作

即使在退休以后，“理力”教研室的老先生们也从未远离校园和讲坛，有时薛克宗教授会出现在课堂上，给新上台的青年教师们提教学改进建议。当年上过理力课的学生，如邱信明、蒋方华、刘岩、赵治华等多位青年教师而今也成为了团队的成员。

热爱，是“理力”团队几代任课教师的共同点。他们热爱这门课程、热爱教书育人，以执教这门课程为幸为荣。任革学至今记得老一辈的学者执教“理力”课程时一笔一划绘图的场景，“他们对于学生的付出、对于教学事业的专注使我震撼，能够成为其中一员是我的幸运。”李俊峰说：“理论力学这门课的内容本身就值得仔细琢磨，它有一定的难度，有挑战性、复杂性、灵活性，琢磨多少年以后都仍然还能琢出不同的滋味来。它有无限的挖掘空间，它本身就是一个有品质的课，我们来教理力这门课，实在是太幸运了。”执教团队带着这种“幸运感”，在近半个世纪里，用心打造出了一门内容扎实、形式多样、影响深远的“理力”课程。

理力团队合照

清华大学校长邱勇指出：“一流的本科教育要为同学们打下人生的底色，使同学们可以在上面绘就绚烂人生的底色。”近年来，学校以基础课教学团队建设促进教学质量提升，不断深化教学教育改革。2021年，理论力学教学团队被认定为清华大学首批十二门基础课教学团队之一，这是对理力教研室几代教师努力的高度认可。这表明，理论力学团队在课程教学、团队建设、教材设计等多方面取得了卓越成就。

今年，《理论力学》第三版即将付梓。这是对过去十年的一次总结，也是对未来十年的一次展望。关于理论力学教学团队的故事，又翻到了新的篇章。