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首次参赛,他们拿下全国最多的一等奖!

发布时间:2022-10-29 16:35:53  作者:文/陈逸茗 康琳婧 张世佳 图/于晓东  来源:   点击:

全国一等奖第一名!

点开获奖名单,杨磊自决赛结束起一直高悬的心终于落下。这是一个他和队友们十分期盼,却又不敢想象的结果。他是中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院机械专业2019级的本科生,也是代表学校参加第七届全国大学生物理实验竞赛(创新)的队伍“纵坐标A队”的队长。此前,这支队伍同我校其他三支参赛队伍一道,顺利通过预赛评审,闯进决赛,获得角逐一、二、三等奖的资格。

一滴油,一束射电波

决赛日一周后的2021年12月5日,大赛组委会正式公布获奖名单,“纵坐标A队”与“中国矿业大学(北京)”的字样一齐出现在名单的第一行。数月以来的汗水、等待赛果时不安的心情,在这一刻全部化作了队员们的欢呼。

在本届全国大学生物理实验竞赛(创新)中,我校理学院物理系与实验教学中心的李洪涛、黄华俊、赵靓、赵诗华、江小丹、吕坤、冯锋等7名教师组成指导团队,在教务处、理学院、机电与信息工程学院、力学与建筑工程学院等多部门的联合领导与支持下,带领全校5支参赛队伍斩获国赛一等奖4项(自选类2项、命题类2项),优秀奖1项。国赛一等奖获奖数量不仅为北京地区参赛高校中最多,同时也与哈尔滨工业大学、南开大学等4所高校并列全国参赛高校之首。

这是我校首次参加此项赛事。参赛师生在与近500所高校,近1600支队伍同场竞技的过程中一鸣惊人,国奖一等奖获奖率刷新我校历史。中国矿业大学(北京)师生的创新能力、近年来对本科生的实践教学成效,以及多学科融合的教学理念,均在本次大赛中得到充分展现。

与队长杨磊得知成绩前的忐忑不同,理学院物理系与物理实验教学中心副教授、“纵坐标A队”指导教师赵诗华始终笃定,他们绝对会拿到这个一等奖。

这源于他对作品的信心。“我们的‘硬件’够‘硬’,创新性、技术难度、实用性都很‘硬’,拿一等奖是理所应当的。”“纵坐标A队”的师生们设计出的6组创新性实验,就是赵诗华口中的“硬件”。这并非简单的以量取胜的策略,截至发稿,以《射电波为光源的创新光学实验装置与设计》为题的项目已完成科技查新,且6组实验均已申请国家发明专利,其中已授权4项。“我们对创意进行了充分地挖掘,每一组实验都极具创新性,都可以拿出来单独参赛,放在一起,就是‘炫目’的效果。”赵诗华说。赵诗华提到的“创新性”,无疑是我校4支队伍获得国赛一等奖的关键。与“纵坐标A队”的自选题不同,理学院物理系与物理实验教学中心的李洪涛与学生们选择的题目“粘滞系数测量”更像是一道“命题作文”。粘滞系数,又称内摩擦系数,是用来表征液体内存在相对运动时反抗形变能力的重要物理量。其测量实验是大学物理实验中基础且常规的一项,方法多样,在课堂上拥有极高的“出镜率”。

一道无数人做过的题目,如何才能实现创新?李洪涛和他的队伍交出了近乎完美的答卷。他们敏锐地窥见传统测量手段的不足之处:粘滞系数的测量要求液体处于层流状态,但只要其雷诺数超出临界数值,液体在超出一定厚度后就不会保持层流状态。换而言之,由于常规手段需要大量液体进行实验,因此其使用范围完全受制于临界雷诺数。李洪涛决定“剑走偏锋”:既然雷诺数是液体无法改变的固有属性,那就在液体厚度上做文章。他立刻联想到机械工业中常见的轴与轴承——在二者高速运动时,其间的液体会形成一层薄膜,正好符合他的预期。李洪涛发现,这不仅解决了临界雷诺数限制的问题,还大大减少了实验所需的液体样本——现在,只需一滴高速运动的油,任何液体的粘滞系数都将不再是难解之谜。他和队员们给队伍起名,“油膜也疯狂”。

绝知此事要躬行

从一个绝佳的创意到一件成熟的参赛作品,总共需要走多少步?“科氏华尔兹”的队长、力学与建筑工程学院工程力学专业19级本科生张砚龙的答案是:“绝知此事要躬行。”

与李洪涛共同指导“油膜也疯狂”、“科氏华尔兹”队的另一位教师,同样来自理学院物理系与物理实验教学中心的赵靓也有类似的感受。

“两个月的备赛时间,我们预想的是能不断地输出数据,然而实际上大部分的时间我们都在反反复复地推导公式、调试程序、修仪器调设备,直到最后才出现一个相对高峰的输出成果的时间。”赵靓坦言。

困难是全方位的。

场地是首先需要解决的问题。2021年7月,由于担心可能到来的疫情会拖慢作品进度、影响参加9月份的预赛评审,赵诗华与另一位指导教师冯锋决定带着“纵坐标A队”的队员们留校备赛。然而彼时正值暑假,学校中大部分的教学设施都处于关闭状态,赵诗华始终没有找到合适的实验场地,几经辗转,他联系到机电与信息工程学院电工实验室主任邹甲,得到了教学楼一间实验室的使用权限,才得以顺利地开始准备比赛。“油膜也疯狂”、“科氏华尔兹”两队也遇到了同样的困难,在力学与建筑工程学院院长左建平教授的帮助下,他们最终选择在逸夫楼的两间教室“安营扎寨”。

正式开始实验,困难只增不减。获奖之后,杨磊在自己的感言中写道:“从构思到图纸,再到实物,我们和两位老师既当设计师和程序员,又当电工、木工、钳工。”

旋转臂的转速不稳定,电机与装置不匹配,大量的数据处理等一系列问题摆在了“玩弹簧的小煤球”队指导教师黄俊华和队员们的面前。队员们一次又一次地更换减速电机,力求达到最好的实验结果;队长戎方超带头计算数据,一遍一遍地测算、仿真,有时忘记了时间,不知不觉就做到了天亮。当问题解决的时候,发自心底里的那种激动与满足,让队员们感觉一切努力与辛苦都是值得的。

“油膜也疯狂”队的队长、机电与信息工程学院的孙祥民负责采购,然而他很快就发现这一工作并不简单,譬如采购管道,看着买到了对的尺寸,然而回去一试,才发现完全不合适,反复几次才终于买到理想的材料。

“想法是天马行空的,但真正开始做的时候我们就发现,每一个困难都特别具体、特别现实。”赵靓感觉出了学生们的情绪起伏,“很多东西真的很磨人,磨耐心。”

不过,层出不穷的困难和问题也让队员们飞速成长,团队的默契度也在不断攀升。

“张林海刚来的时候不会处理图像,渐渐地学会了标准化作图;还有刘倩,最开始她的语言文字不够书面,太口语化了,最后也做得非常好。”赵靓口中的张林海和刘倩,都是“油膜也疯狂”队的队员。

作为老师,每一个学生的优点、进步,赵靓都看在眼里。

“我们12个人是一个整体”

2021年4月,理学院物理实验教学中心(现物理系与实验教学中心)接到第七届全国大学生物理实验竞赛(创新)的参赛通知,旋即开始组织选拔工作。在我校6月份举办的选拔赛上,25名国赛参赛队员从近200名报名学生中脱颖而出,组成5支参赛队伍,最终取得了让物理实验国赛圈中众人侧目的傲人成绩。

如果说取得这样的好成绩有什么“秘诀”,那无疑就是从指导教师到参赛队员、甚至队员的家长对比赛坚决、积极的态度。

“玩弹簧的小煤球”队指导教师黄华俊在身体不适的情况下,坚持陪伴队员们做实验。嗓子不舒服时,黄俊华只能通过写字与队员们交流,他写了几页草稿纸解答队员的疑难问题。

“纵坐标A队”的队员李知宇得知暑假没法回家,提前和家里人打了招呼。让他有些惊讶的是,妈妈对他的决定非常支持,甚至后来得了一等奖,妈妈比他还要高兴,第一时间就在社交媒体上晒出了儿子取得的成绩。

七八月份是北京最热的时节。为了尽可能地减少干扰,“纵坐标A队”的队员们将实验移到了室外。做实验时,大家都趴在地上,没有冷气,衣服很快就湿透了。条件有些艰苦,但谁都没有怨言。

在赵诗华心里,“纵坐标A队”队员们的表现都值得打满分。“他们就是‘我矿’最优秀的学生,和专业排名无关,和得了什么奖项也无关。”

而在队员们眼中,指导实验时,赵诗华是经验丰富、值得信赖的老师,他支持学生们新的想法,鼓励大家多试试;在实验之外的时间,赵诗华则更像他们的朋友,会请大家吃饭、喝冷饮,还会时不时地来几句调侃。“和赵老师聊天很轻松,没什么压迫感。”“纵坐标A队”的队员习洪川如是说。

不仅是师生之间,队员们也像是一股拧在一起的绳子,相互信赖,共同进步。

因为都受李洪涛和赵靓指导,“科氏华尔兹”和“油膜也疯狂”两支队伍的实验合在一处,许多工作两队都是互帮互助、共同完成的。实验设备不能离人,他们就派出代表去买饭,一次性从丰园食堂二楼买回10份午餐。

“我们12个人,我们两个队伍和李老师、赵老师,我们是一个整体。”在刘倩看来,这种共同扶持、协作共赢的精神,是她得到的一份非常珍贵的人生财富。

多学科融合的“试验田”

在中国矿业大学(北京),许多学生并不知晓李洪涛的名字,但如果提起一位常年穿短袖衬衫、单手扶把、骑亮粉色自行车的大物老师,那一定会有非常多的本科生认识他、熟悉他、甚至和他在课堂上有过精彩的讨论。

1998年,中国矿业大学(北京校区)恢复本科招生。时任校领导找到李洪涛,希望他能牵头建设一个物理实验室,以适应本科生物理实验教学的需要。

为了赶上第一届本科生开学,学校只给了李洪涛3个月的时间。李洪涛和同事们去清华大学调研,清华大学的同行们告诉他,这是个“不可能完成的任务”。从零开始建起一个实验室,少说也要半年的时间。

李洪涛决心一试。理化楼二楼一间80平米的教室里,李洪涛和同事们采购来一批价值50万左右的仪器设备。仪器到手,李洪涛才发现事情没有想象中简单。实验不同于理论教学,不仅需要推导出公式,更重要的是能通过仪器看到实验现象。

为了节省时间,李洪涛尝试不看说明书,仅靠包装箱上的示意图调试仪器。“力学方面的设备我比较熟悉,一般来说我只看标题,再看一下包装箱上的图片,几分钟就能搞个差不多。”

9月份开学,学校恢复本科招生后的第一届学生顺利用上了崭新的物理实验室。李洪涛不仅将建设物理实验室的“不可能任务”圆满完成,还同时承担起了《大学物理》与《物理实验》的本科生教学工作。此后二十余年间,李洪涛在他深爱的讲台上勤耕不辍。

课堂之外,他还曾多次担任全国大学生节能减排大赛、北京市大学生物理实验竞赛的指导教师,并多次获得一等奖。

在他看来,无论是面向广大理工科本科生的《大学物理》《物理实验》公共课,还是全国大学生物理实验竞赛(创新)这样允许非物理竞赛学生参加的大型赛事,其目的都不在于学习物理知识本身,甚至都不是为了培养物理人才。

“像是数学专业的老师和同学,他们在理论方面很厉害,但是处理带有物理背景的题目时可能就会遇到问题;学工科的同学们呢,应用方面都很强,但往往搞不清楚基础的原理,很靠经验,物理这个时候就很重要了。一切自然学科都要依托它来展开。”

李洪涛呼吁建立起一个合理、有效的多学科融合平台,以促进不同学院、不同专业间师生的相互交流。“公共课和专业课的学习,应该有机地结合在一起。”

他把本次全国大学生物理实验竞赛(创新)当作“试验田”。在他指导的参赛队伍中,队员们来自力学与建筑工程学院、地球科学与测绘工程学院、机电与信息工程学院等多个学院和专业,在比赛中都发挥出了自己的长处。

第七届全国大学生物理实验竞赛(创新)圆满落下帷幕,参赛师生们的工作和学习生活又回到原先的轨道。“纵坐标A队”的五名队员都依计划成功推免研究生。“油膜也疯狂”队的刘倩带着在比赛中收获的经验,在随后参加的“挑战杯”中主动承担起了路演的工作。他们希望将过去的好成绩,化作未来不懈努力的动力,持续前进,勇攀高峰!


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