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2012年12月24日

范秀敏:在比较中学习与反思

点击:[] 范秀敏

■ 对知识的掌握、能力的培养、学习成绩的来源,应该分散在平常的教学周中,学生在平常时间就应该扎扎实实的学习,而非靠最后的突击熬夜学习以应付最终的考试。

■ 如果能有服务于不同领域课程的专门性虚拟实验室,演示内容和操作设备能得到保证,对学生而言,将是很受益的事。同时,与教师科研直接相关的课程,对教师而言,应该是有积极性的,这也是科研工作的一种延伸与溢出。

■ 虚拟实验可以提供给教师和学生不断重复地使用,并支持创新实验设计而不涉及实物实验资源的消耗。

■ 好大学的教育文凭,对进入社会是一块敲门砖,它也许可以使人找到一份偏上的好工作,但绝对不是一个人可以成为出色人才的唯一途径。

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有幸获得国家留学基金委资助,2012年上半年到美国做高级访问学者,正值我们学院与美国宾州州立大学建立了合作关系,双方已经在本科生课程及本科生毕业设计CapStone项目等开展了深入合作,所以选择了宾州州立大学的工业与制造工程系进行访学。在交大工作的10余年期间,虽然有去过美国密西根大学做一个学期的访问学者,但有机会再次到国外的高校去体验,期望不同的时间段,会有不同视角的收获。

美国宾州州立大学以“大”著称,成立于1855年,是美国10所规模最大的高校之一,在美国综合排名前50,主校区university park在校学生有4万多,学生来自世界各地。该校的办学方针是,教学、科研与社会服务并重,脚踏实地,以培养美国一流的工程师、经济师、教师和企业经理为目标,在150年的发展过程中,逐渐形成了一些自己的办学特色。1988年以来,University Park校园每年来自工业界的经费数额,在全美高校中一直排在前两位,如,1997年该校从工业界得到的科研与开发经费总额仅次于麻省理工学院。这些经费大多是工业界为解决生产中的实际问题而设立的项目研究经费,且项目绝大多数来自于与校友相关的单位。据统计,美国每50个工程师中,就有1个是宾州州立大学的毕业生。校友为母校争取项目和经费已成为该校的传统。

宾州州立大学是美国第一所建立工业工程学系的大学(1909),其工业与制造工程系已有100多年历史,在美国大学中排名第4或5位。

课程教学投入的思考

宾州州立的工业与制造工程系约有25位教师,每年新入学本科生有160余人(2012年秋入学人超过200人),对网站上的列出课程信息进行统计,本科生和研究生课程总共有80门。按学校规定,每位教授每年要上4门课,即使能减免,正教授也应至少每年上3门课,粗看看,比较难想象,教授如何肯在课程教学上投入这么多的精力?而且,哪儿来的这么多课程?在交大常常可以听到有教师说课程很少,没有多少课可上;另一方面,有些教师科研任务很重,可能也没有额外的精力去上课。通过观察、了解和分析,美国教授的高薪水足以保证他们安心上课;而且上课的不少工作量,也有胜任的助教来分担;而设置的课程,很多也与他们的科研背景相关。

我有对工业工程系的本科生必修课程“制造系统设计与分析”进行详细了解,这门课课堂上课时间占一半,实验时间占一半,课堂和实验每周各2小时左右,课程的考核来自于课后作业、课堂测验、期中考试、期末考试和团队合作的实验。课堂是上大课,每周2次,80余名学生,而实验课人数限制在20余名,分成4个小班课,有不少堂实验课是用乐高积木做实验器材(很巧妙的做法),来模拟生产系统的制造过程。4个小班的实验课完全由1名助教上,助教必须的工作量是每周20小时。另外,宾州州立大学学生的集中期末考试,仅安排1周时间。

这种教学考核的方式,用意很明显,对知识的掌握、能力的培养、学习成绩的来源,应该分散在平常的教学周中,学生在平常时间就应该扎扎实实的学习,而非靠最后的突击熬夜学习以应付最终的考试。这就如同长期记忆和短期记忆,突击记忆的知识,往往忘得也快!学了等于没学!

我曾给本科生教授一门在美国密西根大学学习的双语课程,这门课程的考核方式包含小组成员合作的课后作业和课程项目以及小组成员互评,课程作业和课程项目的实施对象,由学生根据课程要求的约束进行自由选题,选择一款已经存在的产品,根据所学课程知识进行再设计。这就意味着课程作业和课程项目都没有标准答案,这种开放性的作业,实际上对教师也是一种考验,因为学生的选题会差别很大,没法写出标准答案,要能对学生的每道题进行实质性的批改,真正是要花很多时间;即使请了助教,助教完全胜任也有难度。所以实践下来,合适的做法是,助教先在自己的知识结构能力下认真批改,教师再凭自己的知识面还需仔细校核。而且,考虑到学生选题的差异性,若条件允许,这种类型的课程应该是小班课,让教师有精力能针对性地与各个小组成员交流课程作业中碰到的问题。为响应试点学院的课程改革,这门课程也在调整之中,期待能向更高的质量要求靠拢。

而关于对课程的建议,我结合自己多年来在虚拟仿真技术领域的科研工作,申请了一门面向全校的新生研讨课。课程中的一项重要环节是,学生参观实验室,有多位研究生进行不同的科研项目成果演示,学生可以在研究生的帮助下,自己操作虚拟现实外设进行互动。涉及各类虚拟现实的显示设备和交互外设,如主动立体显示、光谱分离立体显示、位置跟踪设备、带触觉反馈的数据手套、力反馈设备、不同视场角和分辨率的头盔显示器,还有驾驶模拟器等等,使学生有机会接触科研项目工作。从学生的反馈看,实验室的环节是学生特别感兴趣之处。唯一的遗憾是,这些硬件的设备,由于有的购买时间早,工作性能上有衰退,操作时效果有影响;再就是外设数量上有限,用于科研的设备一般就1副,难免接触时间有限。如果能有服务于不同领域课程的专门性虚拟实验室,演示内容和操作设备能得到保证,对学生而言,将是很受益的事。同时,与教师科研直接相关的课程,对教师而言,应该是有积极性的,这也是科研工作的一种延伸与溢出。

回到前面的问号,学校能调动教师上课的积极性,对教师的投入应该有认可的保证;对助教应该等同于一种工作岗位,要有相应的鼓励措施和考核评价办法;对课程的设置,在专业总布置框架的要求下,结合实际国情技术需求,能适当给教师一些空间,提出一些与科研背景想结合的研究生课程;还有,就是对交流要求较多的课程,提倡小班课。

教学活动信息化的思考

宾州州立大学有一个课程管理网站,教师和学生都可以凭不同权限的账户进行登入。教师教授的课程信息,包括教学大纲、课件、作业、实验、课程阅读资料、作业答案等电子文件都可以上载,附加在相应的课程目录下。学生可以看到其所选课程的所有相关信息。课程管理网站还提供课程教师、助教、学生之间的交流功能,能发布信息等,也可以将信息通过这个网站的功能直接发送到学生的邮箱中。学生完成的作业或实验报告等,可以通过网站上载,提交给教师和助教。只有与这门课直接相关的人,才有权限访问或操作。这个课程管理平台很方便,比如有学生还没有找到合作的团队小组,他发布请求信息即可,而无需亲自找同学一个一个问过去。毫无疑问,效率自然就高了。

与实验课相关的环节,也会用到信息技术,如,用一个自行车制造工厂的三维仿真实验模型,通过鼠标移动生产设备或修改不同的生产参数,获得不同的仿真计算结果,来体会精益生产概念。实验是教学活动中必不可少的环节。传统的实验教学需要提供给学生动手操作的硬件环境,这需要占用大量的教学资源。一些大型实验设备昂贵,或者消耗的实验原材料昂贵,学校难以支持此类真实实验教学;而且有危险性的实验,安全因素而无法开设。由信息技术支持的虚拟实验系统可将实验的原理、思想、方法和应用与仿真软件环境相结合,将理论教学与实验教学有机的融为一体。虚拟实验可以提供给教师和学生不断重复地使用,并支持创新实验设计而不涉及实物实验资源的消耗。

由于我在虚拟仿真技术方面的科研基础,在学校教务处领导的策划下,教务处联合了机动学院、电院、化学系和物理系的教学实验中心教师,成功申请到国家科技支撑计划项目“虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范”中的“虚拟实验教学资源构件的多领域建模与装配平台研究”课题,我则作为该课题的技术负责人。该课题研究多学科虚拟实验构件的统一建模和求解技术;建立多学科不同虚拟实验的构件模型,实现虚拟实验模型运行求解;开发虚拟实验教学资源构件的多领域建模与装配求解平台;建立5个学科虚拟实验的应用示范,通过教学虚拟实验,提高人才培养的质量和能力。基于此课题,学校教务处负责开展了“校级虚拟实验示范中心建设论证”工作,在学校211/985的支持下,已着手开始示范中心建设。示范中心的建设,包括硬件环境和三维软件环境,而三维虚拟实验教学软件的开发与应用,直接体现科研成果转化成教学成果。当然,虚拟实验的内容,也需要与教学课程匹配,要有相应的经费投入,是一项持续性的工作。

研究生能力培养的思考

国内刚进校的博士讲师,不能招收硕士生和博士生。可是,美国大学的assistant professor(实际上也就相当于国内有博士学位的讲师)却是可以完全独立,独立带博士生、硕士生,还能获得不少科研项目资助。从这个角度来讲,似乎有潜在的含义:国内大学的博士在他们的博士生培养期间,没有得到足够的能力锻炼,是这样的吗?当然,我们更愿意原因是其他。

宾州州立大学的博士研究生培养,奖学金来源有3种类型。第一种类型是学校资助或校外基金资助,学生需要提交博士期间拟开展研究的申请书,经过评审,择优资助,能获得这类经费资助的学生毕竟占少数,就百分之几,奖学金高。获得这类经费资助的学生,在博士培养期间,完全可以只做自己制定的科学研究,而可不接受导师想额外派遣的工作。第二种类型是导师从课题经费中给予支助,津贴的数额分有不同的档次,博士生必须承担导师的科研任务,有些科研任务可以是偏应用类型的,若是这种情况,学生自己得从项目工作中寻找并提炼出科学问题,并开展博士论文工作研究。第三种类型是助教,助教必须满足每周20小时的工作量,全额的助教津贴可以确保学生所需的开支,且系里每年会评选出最佳助教,而学位论文的研究工作,则是这20小时之外的事情,类似于part time读学位。自费读博士学位的少,毕竟学费太贵了。使生活无忧的奖学金,可以吸引到好学生。

而国内高校的情况,区别还是蛮大的。对博士生而言,若做项目与做论文是两件事,是比较难以接受,做论文都期望是有国家或地方政府支助的项目,可免于查新。而实际上,导师承担的课题,也是分层次,基础研究型的项目,可以直接转到博士论文研究内容,而偏应用型的项目,博士生需要从中去寻找研究点,形成博士论文研究内容。这就是考验学生独立思考、发现问题和解决问题的能力了。

好大学的教育文凭,对进入社会是一块敲门砖,它也许可以使人找到一份偏上的好工作,但绝对不是一个人可以成为出色人才的唯一途径。通过敲门砖而被领进门,之后的出色与否,那就完全看学生自己的工作能力了。我也了解到有学生,4年的博士培养期快到时,忍不住想先到社会上找工作实习,但后来找到机会,自己开公司,而且几年下来,也经营得不错,有的就干脆放弃学位。有的博士生毕业后,找到好工作,因能力出色,在国企或外企公司岗位上升很快,又继续回到学校吸引下面几届的研究生到其所在的单位团队。我曾碰到过一位返回学校招新人的以前学生,问“这位你面试的学生所做的科研项目到你公司那里派不上用场,为何还招?”,得到的回答是“已经做过什么不是很看重,而是他所经过的训练”。所以学位很重要,过程似乎更重要。

博士生的培养的确是要放手,自己要学会寻找问题(给自己出题)、解决问题,要研究的,肯定是目前还没有答案的,能力也就在这样的过程中培养起来,从能力所得到的收益是持久的收益。当然,这不是说导师就可以推卸责任,导师的引导和管理还是十分必要的,而且还要有足够的包容度,容许学生犯错。

对教师的挑战

10年前的交大,与现在的交大相比,已经有太多的变化,学生、教学、科研、管理等等。知彼知己,也许对现在的学生还了解不够,也许对教师自己的不足还了解不够,需要调整和适应或者是能力的锻炼。如学校的“教学发展中心”的各类讲座,就是教师们对教学进行充电的很好途径。

美国已经平稳发展了200多年(除去期间的内战),现在是发达国家。而我们新中国成立60多年,发展速度之快,有目共睹,相比之下,我们应该更有信心。

最后以哈佛大学公开课《幸福》中的一句话“For a person committed to excellence, the journey is much part of the success as the destination”做为结束。

学者小传

范秀敏,上海交通大学机械与动力工程学院教授,博士生导师。在上海交通大学获得学士、硕士、博士学位,毕业后留校任教,2002年聘为教授。

从事虚拟制造、虚拟样机和虚拟现实技术领域的研发工作,主持或参加NSFC、863、中意国际合作、上海市科委重大/重点和企业项目20余项,发表期刊论文70余篇,合著专著1本、英文编著1本,获得国家发明专利3项、软件著作权10余项。与德国HNI研究所开展紧密国际合作与交流,曾作为主要负责人之一联合举办两届“中德虚拟现实与增强现实及其工业应用”研讨会。

曾于2003年获上海交通大学“通用电气优秀教师奖”、2004年获“上海市巾帼创新提名奖”,2004年入选“上海高校优秀青年教师后备人选”,2006年获“霍英东教育基金会第十届青年教师奖(研究类)”,2007年获教育部“新世纪优秀人才支持计划”,2008获“上海优秀青年教师荣誉称号”及上海交通大学“SMC优秀青年教师奖”,2009获上海交通大学“优秀教师一等奖”。社会兼职包括民进上海交通大学委员会副主委、徐汇区政协委员。

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