近日,第十屆全國周培源大學生力學競賽「理論設計與操作」團體賽在山東科技大學落下帷幕。比賽由教育部高等學校力學基礎課程教學指導委員會、中國力學學會、周培源基金會主辦,《力學與實踐》編委會、山東科技大學承辦,為期兩天,共31所高校、93名學生參賽。湖南大學獲團隊特等獎,取得了下一屆該項賽事的舉辦資格。
團體賽的四項競賽題目層層遞進,將生活、工程與科技中提煉的力學問題轉化為頗有趣味的團體動手合作賽題,在創新能力培養、團隊合作精神與動手能力培養等方面作出了有益的探索。競賽要求參賽團隊使用提供的材料和工具箱,利用理論力學、材料力學的基本知識,設計製作懸臂梁結構、起吊裝置、動力小車等,比較誰的剛度最大、誰吊起的重物最重、誰的小車走得更遠等。
根據競賽總成績,湖南大學獲團體特等獎,中國人民解放軍軍械工程學院、中國科學技術大學獲團體一等獎,上海交通大學、武漢大學、哈爾濱工業大學(威海)、南京航空航天大學獲團體二等獎,中南大學等23所高校代表隊分別獲得團體三等獎和優勝獎。
厲兵秣馬,備戰力學
5月31日,第十屆全國周培源大學生力學競賽的個人賽在全國60多個考點同時舉行,共有超過300所高校的21350人報名參賽。6月30日,個人賽試卷覆核及評獎工作圓滿完成,最終評選出全國特等獎5名、一等獎48名、二等獎117名,個人賽成績較好的31所高校入圍團體賽。
確定了高校的參賽資格後,團體賽參賽者的選拔和培訓便如火如荼地展開。記者了解到,湖南大學、中國人民解放軍軍械工程學院分別在賽前十多天開始了「魔鬼」集訓。不約而同地,兩校的指導老師們選擇了相同的訓練模式,為其準備豐富的材料和工具,並帶領大家把該賽事的歷屆試題都進行了全真模擬。
「從早上7點到晚上11點,我們除了一小時的吃飯時間和短暫的午休之外,都呆在實驗室裡。」中國人民解放軍軍械工程學院2012級學生李科興奮地說,「電鑽、鋸子等工具以前只見別人用過,都是自己首次操作,那些天過得特別充實。」從小就喜歡動手拆裝的他,不僅拆過玩具槍、遙控車,還偷偷地拆了家裡電視機的遙控器,「怕爸媽知道,又悄悄地組裝回去。」
上屆該賽事的特等獎獲得者——山東科技大學亦然。除了歷屆賽題的回顧外,山東科技大學礦業學院與安全工程學院理論與應用力學系主任王育平還積極參與各種教學研討會,並收集生活和新聞事件中的力學實例,將其納入教學案例、講給學生們。「成功沒有偶然,經過這樣的訓練,去年參賽時,我們的隊伍在每一個項目都是前幾名。」她自豪地說。
創新誰家強,賽場見真章
周培源基金會理事長兼秘書長周如蘋表示,科學已進入創新的時代。本次比賽的題目就充分體現了這一特點。「三十一個學校,三十一種想法,」王育平感慨道。短短幾個小時,參賽選手們充分發揮創新能力和動手能力,僅用塑料吸管、竹筷子、橡皮筋、棉線球以及彈簧、螺釘、螺帽、車輪等簡單材料與工具,就製作出了符合要求的、千姿百態的裝置與許多意想不到的、精巧的力學結構。他們思想碰撞的火花是未來知識創新的希望。
湖南大學機械與運載工程學院2012級張涵寓回憶說:「第一、第四題手到擒來,對題目比較有把握,拿到題就想要做到最好。」意料之中,該隊在這兩項上得分均為最高。第一項題目是用70根塑料吸管和保鮮袋、細繩、大頭針等材料設計製作懸臂結構,在滿足跨度和固定區域要求的基礎上,鉛垂方向上具較大剛度者得分較高。出題組特意提供了多種材料,意在鼓勵學生發散思維、開拓創新,把基礎力學的知識應用到工程實踐中。
第二項題目是起吊裝置的設計,要求其先豎直起吊、後水平移動,起吊重量越大得分越高。「難點在於平衡問題,和鉛垂到水平方向的轉換,實現後者的隊伍數量不足一半」,王育平介紹。湖南大學的參賽者們從一開始就放錯了關注點,「我們想通過製作機械裝置實現,但兩個半小時都沒能統一想法,後來一想,只要能把重物起吊就算成功,於是果斷調整,選擇用最簡單的方法去解決。」有驚無險,隊伍在一個小時內完成製作,成績仍列前茅。
第四項要求學生在質量分布不均、形狀不規則的有機玻璃板上尋找轉動慣性主軸。湖南大學的三人分別使用理論計算、拆湊、實驗三種完全不同的方法尋找短軸,在相差不大的結果中取平均位置,恰好精確到答案的位置,拿到滿分。
「創新,是把前人的東西融會貫通後發現的新東西。」張涵寓說,「學生無法憑空進行創造,在比賽中想到別人想不到的,就算得上創新了吧。」