对话标杆课 | 自动化系卓晴：自带硬核“技术流”的内省式教学

TsinghuaJoking，在这个公众号的介绍里写着“这是一个公众号，它不端、不装，与你同游在课下、课上。”公众号的主人是清华大学自动化系副教授卓晴，2012年获清华大学研究生「良师益友」称号；2010年被评为清华大学第三届「清韵烛光」学生最喜爱教师；2008年获国家级教学成果一等奖。他正如自己的公众号介绍一样，永远与学生同在，同游在课上和课下的每分每秒。

2005年，卓晴开设了面向自动化系本科生课程“信号与系统分析”，迄今已是十六年，2020年该课程被评为清华大学标杆课。在这门课上，卓晴会使用自己编写的教学软件TEASOFT，同学们可以在“卓大大”的公众号后台发送信息，就可以马上显示在大屏幕上……这样有趣特别的教学风格和沉浸式的教学体验，离不开背后卓晴数十年如一日对教学方式的钻研与探索。

孜孜不倦，改革教学方式

“信号与系统分析”是清华大学自动化系（包括电子工程系等）的专业基础课程，64学时，每年秋季和春季学期都开设。其理论体系与很多课程有联系，课程内容涉及自然科学和社会科学等众多领域，在自动化系本科生课程体系中具有承上启下的作用。以日常生活为例，洗澡前往浴缸里放水的过程就是一个最简单的信号与系统问题。冷、热水龙头就是浴缸的输入信号，水温则是该系统的输出信号。

在教学过程中，卓晴会针对学生的专业特点（包括自动化系、CDIE），合理安排课程内容不同的侧重点，提高课程内容与同学们前期、后期及平行课程内容之间的互补性，在讲授内容、作业、考核方式以及研讨内容等方面做好针对性的裁剪。

除了因材施教、针对性剪裁等教学方法外，如何让一门理论性强、系统性强的工科专业基础课变得生动、有趣、易懂？卓晴始终在探索，借助不同的技术和平台，他给出了自己的三个“卓式”答案——开发教学软件、制作教学MOOC、借助网络平台。

开发教学软件

在普通的大学课堂中，老师授课及展示大多是板书与幻灯片相结合，但不连续的幻灯片让卓晴感到授课思路的连贯性常被打断，而板书虽然承载的容量大，但制作过程耗时较长。于是，2007年，卓晴用CB++开发了一个Windows应用程序——TEASOFT，取名自teaching-software的缩写，也寓意着使用该软件会使课堂教学像喝茶一样轻松惬意。

TEASOFT主要集成了四个功能：第一，在讲授内容时可以通过缩放、嵌套达到内容展示的“点-线-面”有机结合，可谓是融合了幻灯片即时性和板书容量大的两大优势。第二，在内容展示方面使用了“底层逻辑+中层批注+高层素材”的立体结构，以海报页为基础的底层逻辑可以将标题概念、思维导图、验算推导完整体现；中层的批注和屏幕事件（高亮、屏蔽、放大）演绎讲解过程的焦点；高层素材是指在备课过程中将网络图片、视频、音频等内容进行穿插。第三，实现课堂交互功能，通过与TsinghuaJoking公众号的连接，同学们可以通过图文信息实时交互（弹幕）、课程小练习、课堂即时应答（CRS：Classroom  response system）等功能增加课程的反转练习特性。最后，它还可以结合一些外部硬件（多视角摄像头、脚踏开关）完成零后期MOOC课程的制作。

作为改进PowerPoint局限而自行编写的TEASOFT，卓晴在十多年间对其不断升级改善，根据自己的工作要求为自己和同学们量身定做，结合在实际课堂教学中碰到的问题逐步开发完善，TEASOFT已经成为一款帮助卓晴在教学内容准备、课堂呈现、辅助讲授方面更加灵活高效的软件工具, 在课堂教授方面提高了内容呈现、推演、总结的效能，增强了卓晴在教学过程中“带节奏”的效果。

使用TEASOFT制作的教学视频

制作教学MOOC 

2016年，卓晴制作了“信号与系统分析”的MOOC课程。他将一部分原来耗时、重复的课堂部分转移到课外环节，这样就可以增加课程中比较抽象困难的补充内容和实验环节，同时将学生们自行练习的部分增加专门的分析和讲解MOOC课程。如此一来，学生在学习的内容、进度、形式及时间安排上都有了更大的空间。

在2020年疫情期间，卓晴并没有选择直播的方式，而是将课程讲解和辅导提前录制，届时发送给课程学生。提前录制的优势在于有效避开各种网络问题，使同学们学习时间更灵活、内容组织更高效等。

为了减少口误和NG镜头，卓晴用了“笨办法”，在录制过程中准备逐字稿件，把所有讲解用词设计都在课件和屏幕动作中一一输入。在家中，卓晴开辟了一片制作课程的专用环境：大大小小一圈用于编辑、监控、备用视频等6个显示屏、8个屏幕接口、4个专业摄像头用于不同景别同期取材、3个补光灯……卓晴力争做到讲解、屏幕事件和字幕完美统一。因此，在卓晴的公众号文章中，也有评论将他赞为“专业主播”。

卓老师在家录制课程视频

借助网络平台

卓晴的个人公众号TsinghuaJoking关注量已经突破了6万，在这里，卓晴每天都会更新自己的课题进展、大赛信息抑或是生活心得，大家会在评论区亲切地称他为“卓大大”，公众号不仅是他与同学们交流的窗口，也成为参加智能车竞赛同学们交流参赛经验和心得的平台。

通过软件开发，TsinghuaJoking公众号可以与教学软件TEASOFT联系起来，实现课堂交互的功能。除了课堂上同学们通过公众号向讲授屏幕发送文字、图片外，公众号还有实时问题回答功能，可以做到一对一的讨论，还可以统计每个同学参与课程的活动数量和效果。

卓晴将互动的内容进行了汇总呈现，将在课上、课下与同学们讨论的问题做进一步的探讨，形成图文并茂的推文发送给同学们，便于平时随时查阅。

在繁重的科研压力和课业压力下，卓晴仍保持着“日更”的频率。他笑到，“习惯成自然”，卓晴认为要做出好的推文，需要增加自己的阅读量和对于教学科研工作的总结，也顺便提高了自己统御文字和内容传播的能力，可谓是一举多得。

疑问驱动，内省教学思维

2018年，卓晴构思出一种在知识碎片化时代面向工科学生的知识点重装方式——“APPLE”疑问驱动下学习与实践。

卓晴认为，APPLE教学模式是从学生的角度来看待教学内容，并进行知识内容组织。它是从问题提出-基础理论-问题分析-实验验证-总结延伸来组织教学内容的。卓晴介绍这种教学模式主要有两个特点——（1）面向问题展开讨论；（2）具有可体验、有获得感的实验验证环节。

“传统学科在内容组织上是以理论体系为先，然后到问题求解和工程应用。'APPLE'模式则是以问题优先，验证获得方面提高同学们在内容接受和知识转化方面的效果。”

APPLE教学模式

例如，在课堂中，同学们可以直接通过在手机公众号上发送弹幕提问。同时，卓晴还会在课程中间发送一些“诱导弹幕”，主要目的是使得同学们可以“反向质疑”和“拓展思维”。卓老师认为，传统由教师主导的课程教学过程中同学就像在水里游泳，需要每隔一段时间抬头换气，校正前进方向和增加力量。“诱导弹幕”实际上就是给同学们抬头换气的机会。因此在设置这些弹幕问题的时候，主要的考虑方式就是从质疑、发散、总结三个方面来设置。

对于与学生交流互动，卓晴有着自己的理念，“课堂中的教学不是将学生当做一个知识的容器往里面灌，而是当做好奇的灯烛需要被点燃。”这种特创的“挖坑式教学”充分调动了同学们探索的乐趣和求知的欲望，在卓晴的额精心设计下，知识环环相扣，同学们为了挖掘知识的深坑，积极思考、课后提问，可谓是"山重水复疑无路，柳暗花明又一村"。

《信号与系统分析》课上的“诱导弹幕”

2020年，卓晴将自己教学工作中的几点探索通过一个中心概括起来，提出了一个公式——教育影响效能公式。

这个公式以系统的观点，从教学工作效能的角度，将教学效能划分成三个相互影响的因素。这与传统教学研究中将教学过程划分成教师、学生和教学环境三个主题要素不同，而是透过主体分析背后的任务，即教学内容输出、学生接收效率以及教育影响时间。

卓晴喜欢探索讲课的方法，也善于把自己教学的心得进行整理和总结。

教育影响效能公式

卓晴师从自动化系王文渊教授，“继承”了其“串-并”结合的讲授方法。这种方法针对信号与系统课程体系的特点，在时间连续性上，信号与系统分成“连续与离散”两种相互联系又有区别的类型，因此它们在建模、分析、应用方面有很多的内在联系。

“并”行讲授就是指对连续、离散通过并行讲解、对比它们之间的异同点，达到举一反三、事半功倍的讲授效果。而对于一些具有很强工程背景、自成体系的内容，比如傅里叶变换，则采用“串”行方法，揭示概念的演化内在逻辑和发展过程。

卓晴表示，随着工程应用技术中的数字化推广和网络学习教学环境的普及，通过和国外同领域教材的对比，将来他也会在“反”向讲授方面进行探索以适应现在数字化时代的内容。即原本作为结论应用的部分在讲授顺序上提前，并反推其理论基础。“最终形成'串-并-反'的讲授模式，适应“新工科”教学的要求。”

自由真实，保持教学热情

觉得PPT不好用就自己编写一个教学软件、用9个摄像头同时录教学视频、每天更新个人公众号与同学们交流……

卓晴全心全意投入于课堂，但又从不将自己禁锢于三尺讲台，而是无尽地探索于课堂之外的世界，并为充实课堂的每一秒在课下花费数倍的时间。“信号与系统分析”被称为“工科中的数学课”，为了把理论和实践相结合，让课程有趣、生动，让同学们乐意交流，卓晴下足了“苦功夫”。

“不能只做知识的传递，同学们看到的可是一个真正的、3D立体的一个人在面前讲课。”二十年来，他也致力于成为同学们一个“自由、真实”的交流对象。

“勤、专、真”，卓晴用这三个词描述自己。勤：勤于思考、学习、实践，勤能补拙；专：专心致志，心无旁骛，乐此不疲。真：无论看到什么，听到什么，做什么，和谁在一起，总感到有一种从心灵深处满溢出来的不懊悔，也不羞耻的平和与喜悦。

卓晴曾在其个人公众号推文中引用过高凌教授的一句话："（关于教育）我们能做的唯有洞察事物根源，保有知行合一的品质和开满鲜花的情怀。"他有时候像一个孩子，对自己喜欢做的工作全情投入，一旦工作收到了正向的反馈，便会与纯粹的喜悦撞个满怀。

卓晴认为自己是一个自带“BGM”的人，他就在这永不停歇的BGM中向一代代学生们传递知识、收获崇拜，在热爱的工作岗位上传递情怀、收获希望。

被问及为什么被同学们称为“卓大大”时，卓晴自豪地说，“在智能车竞赛中，很多比赛成绩优异的同学会被称为'大神'，指导这些参赛队的教师会被称为'大佬'，我从一开始就参与组织这个大赛，与同学们进行技术交流，只能被称为'大佬中的大佬'，简称大大。”

卓老师在课堂上

转自丨清华大学本科教学公众号