高云峰:以实践为钥,启力学之智
新清华 2025年12月05日 第2385期 清华人物
●学生记者 温斯媛 记者 贠尔茹

图片分别为:①②④高云峰在“力学中的创意设计”课堂上指导学生。③高云峰在授课中。 图片设计/韩羽臻
日前,清华大学航天航空学院高云峰教授获评2025年清华大学新百年教学成就奖。
在他的课上,晦涩的公式化为直观可感的道具,复杂的应用题变成丰富有趣的实践“游戏”,高难度“理论力学”课程成为学生眼中的放松时刻。
用一支笔、一根绳以及一根铁丝扭成的环形小零件制作成“蚂蚁上树”的道具,师生一起探索如何能让小零件自动爬到绳子顶端——这就是高云峰课堂的一个片段。
土木系2022级本科生李铭伦说:“我从来没有想到理论力学还可以这样学习。三次动手制作模型后,我更加直观地体悟到了运动学、静力学、动力学的概念。这些都是我曾经畏惧的知识点,但在高老师的课堂上,我不知不觉就熟识了。”
破解“力学难”
从纸面解题到动手实践的课堂革新
独特的课堂形式,是高云峰为破解“很多同学反映学好理论力学很难”这一问题所做的创新设计。“理论力学难在哪里?难在概念多且活,更难在从高中到大学的思维转变。”高云峰介绍说。概念“多”体现在知识密集、公式繁杂;“活”则指应用场景多样,难以实现套用。而这背后更深层的挑战,是学生早已习惯在纸面上就题论题,亟需培养用抽象原理去解决实际问题的能力。
为化解概念的抽象性,高云峰首先选择从生活中细小的力学现象引入知识点,快速抓住同学们的注意力并引发思考,帮助同学们更好地理解公式理论。
高云峰还会亲自设计教具,将复杂的力学理论可视化、可感化。差动齿轮是一类比较复杂的齿轮系统,如果只是照本宣科,学生很难真正理解。为此,高云峰特意亲手做了一个指南车。通过指南车的实际运转,让同学们直观看到差动齿轮如何抵消车身转动的影响,产生“无论车身如何转向,车上公鸡始终指南”的奇妙现象。
在高云峰看来,学好理论力学,光理解原理、记住公式是不够的,他希望学生能将知识转化为解决实际问题的能力。为此,他开设了“力学中的创意设计”课程,专门锻炼学生解决问题以及动手的能力。有一次,高云峰特别邀请武师现场表演钢针穿玻璃的绝技,并抛出问题:“武师的这门绝技是什么原理?我们没有武术功底的普通人,该如何利用工具实现钢针穿透玻璃?”之后,学生们兴致勃勃地开始设计发射装置进行模拟操作。在这个过程中,学生们遇到了一系列问题,如钢针初始速度不够怎么办?为什么钢针遇到障碍物会横滑而过?这些问题促使同学们调用所学知识,寻找原因和解决方案。
通过努力,高云峰逐渐打破理论力学难学的刻板印象,为无数学生扫清学习障碍,引领他们走向更广更远的力学知识世界。他的课堂也受到学生的广泛好评。
航院2022级本科生张可言表示:“这门课成为了我每周最期待的放松时刻。老师的幽默讲解、同学们的积极互动,让课堂充满笑声。这种氛围让我不怕犯错,真正享受学习的过程。”
守正“育人魂”
从知识传递到价值塑造的升华
高云峰的课堂并不局限于课本上的公式,而是以力学知识为载体,在知识传授中实现价值塑造,实现从教书到育人的升华。
高云峰认为,科学现象与人生哲理是互通的。在讲授质心运动定理时,通过分析跳高姿势,他不仅讲解其中的力学知识——采用背越式过杆,运动员的质心可以从横杆下方通过,从而在能力不变的情况下,比其他姿势跳得更高;还在其中融入人生哲理——“方法得当,就能事半而功倍。”
高云峰还重视对中华优秀传统文化的传承,用力学视角带领学生领略传统文化的魅力。讲授系统平衡稳定时,他在课堂中介绍《孔子家语》中记载的欹器——这种容器空时倾斜,水量适中时端正,过满则倾覆。他先用力学知识分析这种容器背后的力学规律,再适时引出“满招损,谦受益”这一道理,不仅让学生理解了关于重心与平衡的原理,更让千年智慧在当代课堂重焕生机。
高云峰非常重视培养学生解决问题的能力,将发现问题、解决问题的要求贯穿课堂内外。他总是强调:“学习不是为了会做题,而是为了有能力解决实际问题。”在他的言传身教之下,大多数同学遇到困难会第一时间寻找原因,然后有针对性地解决问题。
“遇到问题和困难时,我的学生们通常都会更有定力。”在高云峰看来,这种精神难能可贵,“当今社会日新月异,压力更大,在这种情况下,跳出情绪、拥有定力的人能把握住更多的机会。”
一位曾对“理论力学”课程怀有恐惧情绪的同学,在学习了高云峰的“理论力学”课后,心态发生了变化:“课程考试的那一天,我没有再因为曾经的失败而焦虑惶恐。卷子写到最后,虽然我已经发现自身的很多不足和一些错误,但我已经不害怕它了。那些走过的错路、犯过的错误,成就了现在的我。”
不仅如此,高云峰还总告诉学生把眼界放宽,不要只聚焦在个人发展上,而是要将目标锚定在国家重大科研攻关需求上。“无论在什么时代,伟大的人总能看见更宏伟的目标,将‘小我’的实现融入‘大我’,从而推动国家和社会的发展。”高云峰感慨。
从跳高姿势的方法哲学,到传统欹器的文化传承,再到家国情怀的使命担当,高云峰以科学教育为舟,以价值塑造为帆,在三十余载教学生涯中,真正践行着教书育人的崇高使命。
跨界“教育圈”
从大学讲台到全民科普的坚守
高云峰的课堂创新之路与育人理念的形成,始于他对教育的重新思考。一个偶然的机会,高云峰发现,有的中学生因课业繁重,正在逐渐丧失学习乐趣和思考欲望。他认为:“我们总是强调成绩,而忘记学习本来的意义。”
于是,他决定身体力行,从自身开始做出改变。除了在自己的课堂上创新讲授方式外,高云峰还走出清华园,投身科普讲座、教师培训、课程设计等。在一所幼儿园,他用一台吹风机和几个乒乓球点燃了孩子们的热情:当单个乒乓球在气流中轻盈起舞时,孩子们欢呼雀跃;增加到两个时,乒乓球开始“打架”;变成三个时,它们瞬间掉落。一个孩子恍然大悟:“这就像三个和尚没水喝!”高云峰坚信:“我们要做的不是灌输知识,而是呵护每一个想法。”
随着科普工作的深入,高云峰意识到,要想真正改变科学教育,关键在于教师。于是他投身到中小学教师的培训中。除此之外,他还参与修订义务教育《科学》课程标准、担任多档科普类电视节目的常驻嘉宾、两次参与我国太空授课论证等工作。
在科普这条道路上,高云峰有着清晰的目标,希望大家不仅有乐趣,还要有想法,更要有能力,他期待大家能够将知识转化为力量。
三十余载教学生涯里,高云峰点燃了无数清华学子的科学梦想,唤醒了他们的创新勇气。他步履不停,持续奔走在大学课堂、讲座现场、实践平台,书写着新时代立德树人的生动篇章。