编者按：37岁可以做什么，时值青年的学者周武选择了在中国科学院大学（以下简称“国科大”）物理科学学院担任长聘教授。在2018年入选卓青计划之后，周武又分别获得国科大领雁银奖（振翅奖）和领雁金奖（引航奖）。本期，跟随周武和他的学生们，于教学和科研学习小故事中，感悟国科大育人情怀。
2020年的上半年如同小说情节一般魔幻。疫情影响了以往的教学构架，学生被迫在家“上学”，各大高校为此相继开始线上授课，以维持教学工作。国科大物理学院《热力学与统计物理》课程主讲教师周武也在这样的背景下，开始了自己第二年的本科授课生活。
从助教到主讲教师
周武同本科生打交道，实际上从2017年就已经开始了。正式担任主讲教师之前，他曾为田光善教授担任了两年的力学课助教，以积累授课经验，同时准备接下来的教学工作。
2019年春季学期开始，周武和来自英国纽克斯尔大学的客座教授沃纳·霍弗（Werner A. Hofer）一同担任《热力学与统计物理》（简称“热统”）课程讲师。
虽然有心理准备，然而在正式成为主讲教师后，周武还是感受到一定程度的压力。“第一次教热统时，实际上一整个学期都在忙于备课，科研工作受到一些影响。”周武回忆起2019年第一次给本科生正式授课时的情景，不禁笑了笑。
周武本身的研究方向是凝聚态物理和电子显微学，他所教授的热统却并非完全属于这一研究领域。因此，一些平常使用不到的知识，周武也要回头重新复习过之后，才能教给学生。“重新回头看这些内容也可以让我加深一些印象，对很多东西都有了不一样的理解。”
《热力学与统计物理》是国科大本科物理专业的必修课之一，开设在大学二年级下半学年，除了物理专业的学生进修，还有许多其他专业的学生选修。
正因如此，周武在授课时必须要考虑诸多变量。“热统是一门抽象的科学。我在美国的时候，同事就经常说，‘不管是热力学还是统计物理，都很难在平时的学习和研究中看到直接的应用’，但是统计物理的知识和思维方式可能是每一位科研工作者所必需的。”
结束第一年的课程后，周武收到学生们对课程的评价和反馈，这些信息成为他次年对课程进行调整的依据。“学生的反馈很有参考价值，比如他们会告诉我课程哪里可能讲得不够清楚，或者考试的时候是不是哪部分过于偏重了。第二年开课前，我可以改正这些问题。”
学生里出来的助教
周武的热统课是纯英文授课，因此也吸引了许多感兴趣或者想要挑战自己的学生，这其中就有国科大2017级物理专业本科生肖洪钦，“我在上课的时候了解到周武老师做二维材料相关方向的研究。由于对此很感兴趣，我就在接下来的一年里，跟着他一起做了些相关研究。”
第一年的授课让周武发现，自己的课程还有很多可以改进的地方，而肖洪钦也刚好觉得可以从听课者的角度给出一些调整建议，因此当肖洪钦询问周武是否需要一个学生助教时，两人不谋而合。
“这刚好是一个自我锻炼的机会，可以从另一个角度重新审视这门课的内容，对自己也会有一定的提升。”肖洪钦说，“学生助教需要全程协助主讲老师的工作。为什么有些概念要提前引入，对我们后面知识框架的构建有什么帮助……这些方面的思考让我对热统这门课有了一个全局上的把握。”
2020年年初疫情发生后，世界范围内交通都受到阻碍，课程主讲之一的霍弗教授也不得不滞留奥地利为学生线上授课。由于时差的缘故，这门课程整体的排课遭遇了一些困难。肖洪钦协助周武同霍弗联系之后，将课程时间进行了比较妥善的安排。
同样由于疫情原因，今年的热统课取消了期中考试，转变为更加灵活的课题研究大作业，而大作业的课题选取就成为重中之重。“说实话，热统是一门很有用的课程，做理论、量子信息、凝聚态、生物物理等，都会或多或少用到热统知识，所以我们在大作业方面，给予学生们充分的自由。”
周武和肖洪钦对大作业进行了一番探索之后，确定了七类不同的课题内容，从论文调研到数据模拟，让学生自由选取。
除此之外，作为学生助教的肖洪钦，要给学生们上习题课，处理作业中遇到的问题并梳理知识。“习题课上我也会征求老师意见，补充一些课程上面没有讲但是我觉得比较有用的东西。比如系综的拓展知识、费米积分的计算等等。这其实是我效仿在UCB（加利佛尼亚大学伯克利分校）访学过程中看到的那里的学生助教做的一些工作，我觉得还是挺有帮助的。”
课题研究百家争鸣
取消期中考试改为课题研究，对于周武来说也是一次颇为大胆的尝试。起初这只是疫情之下的不得已而为之，毕竟线上授课过程中，考试秩序几乎只能依靠学生自觉自控。不过，这些各式各样的大作业，倒给周武带来许多惊喜。
周武（第一排右五）与学生在一起
周武的课程得分由数个模块构成——课堂作业、课题研究和报告、期末考试等，因此学生如果想要拿到好成绩，就必须重视这一份大作业。周武让他们自愿分成小组或者单人独立完成一份课题研究，再根据研究成果给出一个合理的分数。
李嘉琪、张恒佳、张丹熠3位本科生拿到课题列表后，一时有些茫然。“当时看到大作业的要求里面，除了做数据模拟，大多是写综述或者某个课题方向的汇报。当看见题目里有一句话说，如果写科幻小说也可以，一下子就兴奋了起来！”李嘉琪的小组其实在写科普文章还是小说之间徘徊了许久，“她俩最开始也觉得写小说不容易，但我是从一开始就极力想促成小说的！”
3人很快完成了一篇科幻小说，在外太空的背景中，描写了3名科学家一同前往外星球考察，却遭遇危险，在利用热力学知识自救的同时，还揭开了一个埋藏在这颗星球上的黑暗秘密的故事。
为了体现“硬核”的热统知识，3人在文章中插入了论文配图以及参考文献，“一来我们确实参考和引用了他人的成果，二来我们也想表明其中的一些情节是有其物理基础的。”
在听完霍弗教授关于黑洞热力学的第一堂课之后，本科生柯王雨沁便一头扎进了黑洞物理相关的研究当中。“我从小就比较喜欢宇宙学方面的内容，可能是被科普影响的。”她笑着说，“听完课后，我发现从黑洞出发可以直接联系到很多非常前沿的物理课题，比如全息理论、弦理论等，有种打开了新世界大门的感觉，我就打算借写期中大作业的机会，梳理一下。”
一梳理，柯王雨沁发现相关内容太多，没办法在原本篇幅内完述，只好向周武提出需要延长篇幅多整理一些内容。周武和助教们经过讨论，本着对其他学生公平的原则，决定成绩不以篇幅分高下，但柯王雨沁提交的内容详实的黑洞熵理论综述，还是让周武十分满意。
疫情期间，网课的讲授很大程度上受到了网络状况的限制，学生们在做汇报的时候也可能因为网络不稳定而使效果大打折扣。考虑到这一情况，本科生王睿思决定将自己的汇报成果制作成视频，并上传到哔哩哔哩（视频网站）上，在进行汇报的时候直接将视频播放出来，让所有人都能不受影响地听完整个汇报内容。
各式各样的大作业给周武带来了诸多惊喜，“我们发现国科大的本科生水平是远超预期的，他们的外语能力和学术规范水平也不逊色。”周武说。
5年的教学经历，让周武投入了许多精力，却也得到了更多接触本科生的机会，同时也有了更多让本科生了解自己研究方向和内容的机会。
但是对于这些初出茅庐的科研新兵，周武还是发现了一些问题，“一些本科生刚开始接触科研项目的时候，他们的思维方式还是跟科研人员有一定差别的。”周武表示，“他会觉得我们交给他的题目是不是有一个固定的结果，像在寻找一个已知的答案一样。”他耸了耸肩笑着说，“但我也不知道呀，要是有答案就不需要进行研究了。”
“我希望学生们首先能认识到，科研本身并不一定有结果或者答案。”周武在办公桌前坐下，将手指交叉起来。
本文原载于《国科大》杂志2021年第二期
原标题《周武和他的学生们》
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观微之光，可明远方
文字/刘孜铭
（作者系国科大记者团成员）
摄影/彭潇珂
美编/喻捷枫
责编/谭君蕊
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