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林今,电机系名涛长聘副教授,博士生导师,在电力与氢能系统领域开展教育与研究工作。长期服务清华强基计划人才培养,任未央书院党总支书记、副院长。获北京市教学成果一等奖、清华大学教学成果特等奖、清华大学青年教师教学优秀奖、清华大学优秀共产党员。

同步发电机为什么会失去稳定?不同储能技术应该怎样放在同一套指标下比较?面对没有标准答案的科技与社会议题,学生如何形成自己的判断?这些问题分别来自林今工作的三个教学现场:《自动控制原理》的专业课堂、《能量转化原理与技术》的交叉课堂,以及未央书院的强基人才培养实践。

从经典课程改革,到把储能与氢能研究带进课堂,再到参与建设“理+工”双学位和探索式学习体系,林今始终关注一个朴素的问题:教师怎样帮助学生把知识真正用起来,并逐渐获得面对未知问题的能力。

林今

在工程对象和数学逻辑中理解控制

一门专业核心必修课,取消传统的期末考试,会发生什么?在林今主讲的《自动控制原理》课堂上,答案是贯穿一个学期的八次连续任务。学生从面对一个陌生的同步发电机模型出发,逐步认识对象、建立模型、分析问题,再尝试设计控制方案并验证结果。有人在结课时打趣:“看着这个传递函数,就像看着自己的孩子一样。”这份从陌生到熟悉的感情,正是林今希望学生在课堂中获得的体验。

《自动控制原理》是电机系本科生的核心基础课,承接数学、物理和电路等基础知识,又通向电机、电力电子和电力系统等专业领域。课程重要,却也因抽象而让不少学生感到畏难。学生常常能够按照例题完成计算,却不清楚真实系统为什么会提出这样的问题,也不容易把分散在不同章节中的知识连接起来。

这门课由林今与刘锋老师共同讲授和建设,林今承担主要讲授任务。围绕同步发电机这一工程对象,八次任务依次覆盖建模、参数辨识、稳定性与动态响应分析、控制器设计和仿真验证。前一次的结果成为下一次的起点,学生在持续学习和反馈中逐步完成一次较完整的工程分析。

真实问题不会主动标出考点,也很少只有一个标准答案。学生需要辨认边界、选择方法,在结果不理想时回到模型和假设中寻找原因。林今认为,这个过程比完成一道孤立习题更接近工程工作的实际,也能帮助学生逐渐形成自己的知识体系。

工程对象之外,林今也注重把经典知识讲深。以劳斯判据为例,教材通常直接给出劳斯表的排列和计算规则,学生容易把它记成一套判断系统稳定性的操作步骤。林今则从一个更根本的问题讲起:这些规则为什么成立?他把劳斯表的构造与学生学过的代数辗转相除法和连分式联系起来,带领学生从特征多项式出发,理解稳定性判据背后的数学逻辑。学生由此看到,劳斯判据不是孤立的计算技巧,其背后有一套可以追溯和推演的数学结构。

增加综合任务,也意味着学生会遇到更多困难。林今和课程团队没有简单降低要求,而是通过作业批注、阶段反馈、小班讨论以及教师、助教和高年级同学组成的支持团队,陪伴学生跨过几个关键节点。一位曾因畏难而退课的学生再次选课后,逐步完成各项任务,并在结课时第一次向全班分享自己的学习经历。《自动控制原理》获评清华大学精品课程,教学评价持续位居学校前列。林今更看重的,是学生能否从“会做题”走向“会处理问题”。

把储能与氢能研究带进能量课堂

如果说《自动控制原理》的改革是在经典课程中重建知识与工程的联系,那么《能量转化原理与技术》则源于林今主动跨出原有专业边界的教学探索。

林今留校任教后,他持续参与抽水蓄能、电化学储能、氢储能和绿氢化工等工程与示范研究。在这些项目中,他越来越清楚地看到,储能不是某一个专业可以独立解释的问题。电气工程关注功率平衡、设备控制和系统运行,能源与化工领域则有自己的热力学、电化学、物质转化和工程语言。不同专业如果不能在统一的能量链和系统边界下交流,就很难准确讨论功率、容量、效率、寿命、安全和成本。

2016年,林今开始开设《能量转化原理与技术》,面向不同专业背景的学生讲授新能源与储能的基本原理。为了讲清这些问题,他持续补充化学热力学、电化学和动力学等知识,并在科研合作与工程实践中理解不同技术的真实约束。课程内容也在研究、项目和学生反馈之间不断调整:从工程问题中提出概念,用理论建立解释,再回到工程和课堂检验这些解释是否准确、清楚,能否迁移到新的对象。

在课堂上,抽水蓄能、压缩空气储能、燃料电池、电解槽、液流电池、锂离子电池等技术不再是彼此孤立的名词。学生从能量以何种形式储存、经过哪些过程转换入手,进一步分析效率、持续时间、状态和经济性等指标。例题帮助学生建立数量级判断,思考题用于辨析概念边界,综合作业则要求他们结合时序数据、设备约束和经济参数完成较完整的系统分析。学生还会拆装锂离子电池,近距离观察燃料电池和电解槽,把原理与装置对应起来。

林今也把储能与氢能研究中的新问题及时带入课堂,让学生看到理论如何进入正在发展的技术和工程。目前,他正将课程、研究和工程实践的长期积累整理为《新型储能技术原理》教材,希望为来自电气、能源动力、化工和材料等专业的学习者提供一套可以共同使用的分析框架。对他而言,交叉教学首先要求教师保持学习,并愿意在不熟悉的领域中重新成为学生。

把探索式学习延伸到强基培养

在两门课程中形成的认识,也影响着林今参与未央书院和清华强基计划人才培养的方式。未央书院把数理基础科学与多个优势工科方向相结合,学生既要打牢数学和物理基础,也要逐步理解这些基础如何进入真实工程。作为书院党总支书记、副院长,林今参与推动“理+工”双学位培养、探索式学习课程建设和师生“从游”,希望为不同志趣的学生提供进入问题、接触前沿和选择方向的机会。

书院建设了50余门分学期、渐进式的探索学习课程。面向一年级学生的《科技与人文研讨课》会讨论“福岛之后,中国还要不要发展核电”“千年古法造纸有没有未来”等开放问题。学生需要阅读、调研和辩论,在教师、班主任和辅导员的陪伴下形成自己的判断。课程所训练的不是记住一组结论,而是如何寻找资料、理解分歧并说清自己的理由。

“未央从游坊”把这种交流延伸到课堂之外。学生自己邀请导师、商议主题、准备问题、主持讨论并整理记录,教师的引导只是对话的起点。书院还通过“本博贯通、一人一策”等机制,为学生探索学术志趣和长期发展提供支持。林今希望,培养方案既能给学生扎实的基础和必要的支架,也能留出主动选择和独立思考的空间。

从《自动控制原理》中的同步发电机,到《能量转化原理与技术》中的储能和氢能装置,再到未央书院的探索学习课程,林今的教学工作始终围绕真实问题展开。他关注知识怎样被学生理解和使用,也关注教师应该在何处提供帮助、在何处把尝试的机会留给学生。

“上一门课,能真正对一个学生的成长起到一点点正面的作用,那已经是最好的回馈。”林今说。对课堂和书院的持续建设,正来自这种朴素的期待。

“电机系师生风采”栏目介绍

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