助教日志 - 2月21日
今天是第一次为2022级李政道班的同学们提供《物理学实验（1）》的助教服务。我的工作内容主要是监督大家开展“自主实验”，保证实验室安全，并及时解答同学们的问题，和大家一起讨论、研究。自主实验环节，是在规定需要完成的必修实验环节之外，让同学们自由组队，从当年中国大学生物理学术竞赛（Chinese Undergraduate Physics Tournament, CUPT）题目中选题，进行开放性的实验和理论研究，最终呈现报告和讨论。这一环节的目的，是为了让同学们学会科学研究的基本方法与素养，为未来进入科研岗位打基础。
我在2020年作为上海交通大学代表队队长参加了CUPT，在和小组成员的合作、努力之下，获得了国家二等奖。我们在这种过程中，不仅仅收获了宝贵的参赛经验，还培养了对于物理学研究的兴趣，学会了如何按照科学方法做研究、如何向他人呈现研究结果，并进行交流与讨论。我们也在互相检查设备与程序、互相提出问题与解答的过程当中，收获了难以磨灭的珍贵友情。此后，我一直作为“小教练”参与历届参赛同学的赛前讨论。我想通过这样的方法，将我在日常学习、科研中学到的东西传递给更多的人。
我的科研实践一直在理论凝聚态物理的方向展开。一旦涉及到要开展实验这类现实的问题，所有的细节都会涌现出来，包括设备是否工作正常、应当如何设计装置、实验数据的整理和分析等等。我在CUPT的经验让我感到自己更适合理论的工作，我可以直接根据实验结果分析和讨论可能的物理图像，再去落实计算等细节。当然，我知道，现实的实验结果提供了绝大多数理论工作的灵感，我非常愿意和现实打交道。
我这次接受担任助教工作，一方面是为了感谢叶曦和潘葳老师长时间以来的关爱、信任和照顾，特别是叶曦老师在申请出国时无微不至的推荐工作；另一方面，是为了在处理细节和教学的过程中磨练自己的耐心，加深自己的理解。我有一个缺点是常常在和与人交流时失去耐心，尤其是当我对于某方面比较熟悉，而另一个人似乎搞不清状况的时候。为了准备好参与未来的科研和教学工作，我必须在当下开始锻炼自己。出于这一些原因，我非常乐意地接受了助教工作，并下决心努力钻研、多多奉献。
13:00，我来到理科群楼，和潘老师讨论教材修改的情况。我之前对于《利用蔡氏电路研究混沌现象》一篇教材内容作了较多修改，在理论背景段落添加了很多有关研究动机、研究目的和物理理解的内容，我认为在实验教材中添加这些内容有助于学生们领悟展开科学研究的基本方法，这正是此前的教材中所欠缺的。潘老师赞同这些修改，并给出了更多的建议，我认真记录下来，之后再作调整。
我们分析，此前的教材之所以招致学生们广泛的批评，是由于编写年代久远，研究动机不清晰，关键物理语焉不详，不能很好地促进学生的思考，而只是技术性的操作手册。使用这种教材培养出来的学生，不仅意识不到实验的重要性和趣味性，而且常常认为科学研究不过是枯燥地机械重复，体会不到真实科学研究中提出问题、解决问题的过程。这无论是对于他们未来在科学研究或工程技术领域的发展，还是对于他们人格的完善、成长和成熟，都是十分不利的。我非常想利用这次机会，将自己在学习、科研中的感悟和体会传递下去，让他们意识到科学研究的乐趣所在，并逐渐学会主动发现和解决问题。
我们还探讨了文化背景对于学生思维方式的影响。国内的应试教育模式一定程度上忽视了科学方法的重要性，尤其是对于实验的重视和动手能力的培养。这导致完成十几年学业的学生来到大学之后，老师们需要付出极大的精力才能唤醒他们对于现实问题的重视，以及对于职业、生命、社会的责任感。这一问题的解决是一个冗长的反馈过程，只能通过高等教育机构的意见，逐渐调整高等教育前学生的培养和选拔形式。
讨论过后，潘老师向我交代了实验室设备和工具的存放情况，我在课程群里发送了自我介绍和课程须知。等到晚上17:40左右时，同学们陆陆续续地前来签到，准备开始各自的研究课题。上课后，我确认人员到齐，就开始逐组详细了解研究课题的进展。大多数题目的学生都在正常推进，我印象比较深刻的是负责其中两道题目的小组。
其中一组的同学问我说：“学长，我们想实时记录电子秤的读数，因为我们对于时间分辨率的要求比较高……” 我先问道：“你们为什么要这么做？” 他们一开始还不知道如何答复，后来逐渐开始和我讨论起这道题目的物理图像来，我知道他们逐渐步入正轨了。
我在与他们讨论的过程中，仿佛看到了过去的自己：他们很快地进入对于具体细节的讨论，但是对于整体的科学问题却欠缺深入的思考。而且，他们有时会被不重要的细节所困扰，但却几乎从不返回实验事实，检查现象的成因。他们更喜欢说：“我们理论上假设……”、“我们正在把这些球分类……” 对于前一类回答，我总是枚举出一个实验上和他假设不符的现象，并且说明该现象对于这个研究课题的重要性，督促学生返回实验事实多加思考；后一类回答，我就询问他们这样做对于解答科学问题有什么样的好处。
电子秤读数不稳定是困扰这组同学的一个问题。但是，我发现他们并没有收集足够多的实验数据，总结读数的规律，而是一开始就认定实验结果杂乱无章，抵触对于具体现象的分析，执迷于不实际的理论假设。在我问了几个 “你怎么知道……” 的问题之后，他们乖乖地坐下来收集数据。逐渐地，这组同学从实验现象中总结出了规律，兴奋地告诉我：原来是这样，我们之前确实应该多这样动手试试！看到他们在短短一阵子讨论中，逐渐从原先的思维模式进入了科学研究的思维模式，我感到无比的欣慰与莫大的幸福。
这组同学在动手操作上也遇到了一些问题，他们想搭建一个支架，却不知道怎样使用联轴器和十字夹头。十字夹头上有一个六角凹槽螺丝，他们一手拿着十字夹头，一手拿着同样凹槽的螺丝刀，满脸困惑地问我：“学长，这个要怎么用呀？” 我只好向他解释：如果螺丝是凹槽的，螺丝刀就要用凸起的形状，才能够嵌入进去拧紧。你们剩下的螺丝刀在哪里呢？他们给我拿来一包螺丝，我只好向他们解释：“这是螺丝，这是螺丝刀，这是螺母，螺丝刀是用来拧紧螺丝的，而螺母可以卡在螺丝的另一面做紧固，下面可以放垫片……”
我快速地教他们组装螺丝，但出现了连杆直径与十字夹头不匹配的问题，我又教他们使用石蜡膜（parafilm）调整连接。石蜡膜是一种在化学和生物实验室当中常用于封口的薄膜材料，在物理实验室里，将石蜡膜包在连杆表面，也可以增加有效直径，解决连杆与十字夹头洞口直径不匹配的问题。他们看过一遍后，自己缠出的石蜡膜厚度不均匀，我又向他们介绍要一边松手、一边拉伸、一边卷曲的技巧。
此后不久，他们想要将一个玻璃管固定在支架上。令我哭笑不得的是，他们居然在玻璃管上缠了两圈厚厚的石蜡膜，想要解决玻璃管始终无法竖直放置的问题。我说，石蜡膜不是万能的，不能解决你们目前遇到的问题，玻璃管不铅锤，那应该怎么解决？我们每个人都在初中的时候就听说过铅垂线的原理，可是真正到了解决问题的时候，却没有学生想出这一点。哪怕，实验室里就有专门用于准直的铅垂线。我提醒了他们，他们想办法自己动手解决。
另外一组的同学也遇到了类似的问题。他们这学期才开始研究这一课题，还没有看过具体的实验现象，就已经开始讨论想象的理论假设。有位同学还提前查阅了一些文献，但文献工作中给出的理论预言也不能很好地和实验匹配起来。我说服他们从现象出发，并带着他们利用已有的设备玩了一阵子，他们才逐渐意识到自己的想法和实验的真实结果相去甚远，并踏踏实实地开始做实验和计算。可以说，他们也逐渐进入了科学研究的思维模式。
我在写下这段文字时，已经和我所在课题组的一位博士后分享了我的这段经历。他在科学研究和教学上都很有心得，正好聊起自己研究生期间参加助教工作的体会，我就趁机向他请教。他说：“学着怎样当老师确实很重要，也很酷，但我问你两个问题，一是你觉得自己有让他们学到东西吗？二是你觉得自己还有什么不足？”
我跟他聊了学生们在短短一阵讨论后逐渐进入科研思维的经历，作为对他第一个问题的回答。他会心一笑：学生能有这种进步，你一定很开心，你的这种讨论方法也很合适，让他们自己开始反思比较好。对于不足之处，我又讲了学生是如何“滥用”石蜡膜的故事，他和我一起大笑起来：“确实，你可以看到，教学过程中非常困难的一点，就在于理解别人怎样理解、吸收你所说明的问题。你可以说，这样工具对于某个问题是一个很好的解决方案，但……” “……不是对于任何问题的解决方案！” 我立刻接上，我们再次大笑起来。
我会在今后的助教工作中注意这个问题：学生们是如何理解我所说的话的？对于这个问题的思考，让我感受到了莫大的责任感。无论如何，这天的助教工作已经让我感到了一种无比的快乐和欣慰，这种快乐和我独立或合作进行科研实践的快乐不同，而是一种在思想的传递中感受到的快乐，仿佛我也参与了他们小小的伟大发现，以及，他们未来的每一个发现。
