当科研、教育与艺术相遇.docx

《当科研、教育与艺术相遇.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《当科研、教育与艺术相遇.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、当科研、教育与艺术相遇 翻开北京高校力学与空天技术系教授王敏中的教案，映入眼帘的是“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”“朝闻道，夕死可矣”“学而不思则罔，思而不学则殆”等泛着深厚传统文化色调的古文诗词，跳入脑海的是孟子、王国维、栗原小卷、曹禺、达尔文、哈代等横跨各大领域大家的字眼，发人深省的“美是认知与直觉的统一”等迸发着哲理思想的语句，让人惊异的是一位力学学者涉猎领域竟然如此广泛，让人感叹的是艺术竟然能与力学如此完备搭配。然而就是这样一个教学和和科学探讨双重任务交织，在弹性力学方面有着高水平的探讨成果，在数学、相邻力学学科方面有着高深造诣的一个人，用科研与教化这两块敲门砖，为学生开启了一个

2、奇异、绚丽的力学世界。 老师的教育影响他一生 能够对人的一生产生重大影响的会是什么？或许是几句话，或许是一篇文章，一个故事，或者一本书，或许是一个人。在王敏中人生道路的不同阶段，遇到了许多老师，他们以其独特的人格魅力影响了王敏中的一生。 1939年，王敏中诞生于江苏省东台县。新中国成立前夕，私塾这类教化方式尚未消逝，王敏中的“幼儿园”时期就是在父亲王鼎臣的私塾里度过的。1950年他来到了南京市第一中学学习，数学老师赵遂之绘声绘色的高斯正十七边形作图的讲解和物理老师关长全生动好玩的课堂试验，激发了他对数学物理的深厚爱好。因此，1956年在报考高校专业时，他坚决果断地选择北京高校的数学力学系，这是

3、我国高等学校第一个力学系。幸运的是，在这里，他又遇到了一位指引他接着走向数学力学世界的老师董怀允，一个个枯燥的逻辑琴键在董老师的手里变成了一串串奇妙的音符。那时，王敏中就认定，假如将来当老师，肯定要做那样的老师。 1962年，高校毕业后的他留校任教，怎么当一个好老师成为了摆在他面前最急迫须要解决的问题。他跟随颇受学生欢迎的沈燮昌、吴林襄、卢绮龄和丁石孙等老师辅导学生的数学分析、理论力学和解析几何的课程。他旁听了张芷芬、丁同仁、钱敏等老师的课程，不断学习优秀老师的先进阅历，改进自己的教学方法，提高自己的教学水平。功夫不负有心人，他主讲的课程“弹性力学”于19101年被教化部列为“国家理科基地创建

4、名牌课”项目，2004年被列为“国家级精品课程”，并获得北京高校11014-11015、11015-11016、19101-11019年度教学优秀奖。11017年获“北京市教书育人先进工作者”，11013年获中国力学学会力学优秀老师，11016年获第1届“周培源基础教学优秀老师”一等奖，19101年和2001年两次获得北京高校四年一度的教学成果奖，2001年获北京市力学学会力学优秀老师。 十年浩劫，上世纪73年头初，他所在的一般力学受到冲击，濒于解散，王敏中没有停止对力学的探究步伐。他在固体力学教研室苏先基、武际可和王大钧等老师的帮助下，调整步伐，补充学习，在固体力学方向从事数学弹性力学、以及

5、断裂力学、板壳力学、计算力学和复合材料力学的探讨，得到了更大的发展，做出了更好的成果。 30余年来，王敏中对20世纪下半叶由Sternberg所起先的弹性力学现代理论进行了探讨，在中外杂志上发表了101余篇论文，其中被SCI检索的有50余次，并有4篇为四年一度的、被力学界视为奥林匹克的国际理论与应用力学大会所接受。 让科研远离枯燥 在许多人眼里，科研创新一项充溢挑战、压力、艰深、枯燥、乏味的“苦差事”，但王敏中却将自己在数学弹性力学、以及断裂力学、板壳力学、计算力学和复合材料力学的探讨，称为有意思的事情，并告知别人：“科学不是公式、数据的堆集，而是令人神往、使人心醉的艺术。” 建立了弹性力学通

6、解的一般理论 美国加州高校柏克利分校机械系前系主任P.M.Naghdi教授和国际力学界最闻名的杂志J.Appl.Mech前主编柏克利分校机械系的C.S.Hsu教授都指出：在我们看来，在弹性通解领域中，王敏中是当今世上最有学识的人之一。 弹性通解是求解弹性力学问题特别有力、非常重要的工具，它的探讨已有一个多世纪的历史。弹性力学是众多工程科学的基础，在土木、水利、航空、航天、船舶和机械等领域中都有广泛的应用。对于弹性力学的各种情形，美国的明德林院士、前苏联的加辽金院士和穆斯海里什维里院士、我国的胡海昌院士和波兰的诺瓦茨基院士等学者曾给出多达十余种通解。前述各种通解大部分是干脆给出然后验证其满意方程

7、，少量的有导出过程。上述各种通解有些给出了完备性的证明、有些尚未给出。 在前辈们留下的如此丰富多彩的结果基础上，王敏中及其团队经过长达30年的不懈努力，用一种简明的方法，统一地导出了迄今所知的几乎全部的闻名通解，并统一地证明其完备性、指出通解的不唯一性及其不唯一性程度、梳理出各种通解之间的相互关系。2022年，国际闻名杂志Applied Mechanics Reviews发表了他们的通解一般理论。 在王敏中看来，统一、简洁是一种美。他也给出了弹性通解与特解之间的关系，即从通解可导出特解、特解叠加可获得通解。他还给出了巴巴科维奇纽伯尔通解、波斯涅斯克加辽金通解分别与弹性力学方程组的单层位势、双层

8、位势之间的对应关系。 他还将他的通解的一般理论推广应用到多个领域，如：各向异性弹性力学、热弹性力学、磁弹性力学、有孔弹性力学、压电弹性力学、微极弹性力学、不行压弹性力学与斯托克斯流等，获得了这些领域中的通解、部分基本解，及某些两种介质组成的全空间的解。此外，他也将通解应用于计算力学、断裂力学等学科。 给出了圣维南问题的弱假设 圣维南原理是弹性理论中最基本、最有用的原理之一，它也是结构力学中基本元件梁、板、壳的理论基础。闻名力学家叶开源在一封信中写道：“王敏中同志长期从事弹性力学的基本问题探讨，成果卓著，众所周知，该项问题是一项困难的硬骨头。”在这个看似简洁的问题背后，让假设不断减弱是一位位科学

9、家多数才智的凝聚和汗水的凝合： 圣维南假定4个应力重量为零； 克莱伯许假定3个应力重量为零； 沃洛特假定全部6个应力重量关于z的2次微商为零； 古迪尔假定3个应力重量关于z的1次微商为零； 钱伟长假定2个应力重量关于z的1次微商为零； 王敏中假定2个应力重量关于z的n次微商为零； 王敏中当弹性体不是圆柱时，假定1个应力重量关于z的n次微商为零。 和圣维南、钱伟长等科学大师相比，王敏中将这个假设做到了极致。 “这是当今世界上最弱的假设。”中国近代力学之父钱伟长不由得赞美说，“他已在弹性力学等领域内取得相当丰硕的成果，发表了30篇论文，对弹性力学有广泛、深化而系统的探讨。特殊是圣文南原理、广义弹性

10、理论、弹性力学边值问题。”11015年，钱伟长将王敏中的“关于圣维那问题的假设”论文收录由他主编的应用数学和力学里，11017年又再次将其收入由他主编的The Advancesof Applied Mathematicsand Mechanicsin ChinaVol.1中。 不作预先假设，导出了梁和板的新精化理论 梁和板是工程结构中最基本、最主要的构件，已有的各种理论都是在预先假设的条件下从弹性力学获得的。王敏中及其团队借助于他们的弹性通解的探讨，不作预先假设，就获得了梁和板的精化理论。并指出对梁来说其零阶和一阶近似分别与欧拉伯努利的经典梁理论和铁摩辛柯的剪切梁理论相对应；同样，对于板而言，

11、其零阶和一阶近似分别与克希霍夫的经典板理论和瑞斯纳的剪切板理论相对应。几个例子表明所导出方程的解答与弹性力学的解答完全相同，也就是说他的理论，从某种角度来看，应当是最佳的。 美国加州高校欧文分校的温耀明教授曾说：“王敏中教授在包括板理论在内的弹性理论方面做出了很多有价值的工作”。 强大的科研对王敏中提倡的“深化浅出、少而精”的教学理念有着支撑作用，他认为了解到“深”的程度，就可进行各种“浅”的铺垫，从而让学生在不知不觉中、自自然然地达到“深”的彼岸。因此，在这条科研的道路上，王敏中不辞辛苦，乐在其中，成果卓著。他先后利用发散积分的有限部分，建立了一些弹性力学三维问题与二维问题的联系；对于Esh

12、elby问题，在Nozaki和Taya数值计算的基础上，王敏中带领团队证明白正多边形Eshelby问题的算术平均性质，并将这特性质推广至旋转对称夹杂、板的本征曲率等问题中，这个算术平均性质是他们首次发觉的；借助于广义逆矩阵，构造出Beltrami-Schaefer应力函数；根据华罗庚等著二阶两个自变数两个未知函数的常系数线性偏微分方程组一书的理论，王敏中构建了平面弹性力学的典则弹性常数；利用全纯向量函数，得到了各向异性弹性力学Stroh公式的一种新解法；证明白作为无网格计算基础的局部积分方程等价于弹性中值定理，并构造了新的无网格计算格式 让教化与艺术共舞 弹性理论不仅历史悠久、理论完整，而且在

13、现代依旧被广泛应用于土木工程、水利工程等领域，该课程不仅是学生其后很多课程的基础，而且也是培育学生力学素养的基础。从11019年起，王敏中就起先主讲弹性力学，迄今已有16次。此外，还讲授过：数学分析、高等数学、理论力学、解析几何、高等弹性力学、弹性系统稳定性、断裂力学等课程。 让学生领会弹性力学之美 G.H.哈代认为：“数学的思想，就像画家的色调和诗人的文字，以和谐的方式组织起来。美是数学的第一标准：丑陋的数学在这个世界里没有恒久的位置。”王敏中不止一次地提到：“美是认知与直觉的统一。”他的教学不是死板硬套、不是数据的积累和排列，不是僵硬和无趣。他试图将这种美传达给他的学生，传达给世人，带他们

14、领会着力学世界的千姿一百零一态。 希尔伯特是数学世界的亚历山大，在整个数学版图上，留下了他那显赫的名字。自然杂志这样评价希尔伯特：“世界上难得有一位数学家的工作不是以某种途径导源于希尔伯特的工作的。”“在编辑希尔伯特的文章时，陶斯基小姐惊异地发觉了其中有很多错误。这些都并非印刷之误虽然她找出了这些错误，但由于希尔伯特强大的数学直觉力，它们并不影响最终的结论。”也就是说，希尔伯特的数学不是推出来的，而是看出来的！ 科学哲学中有一个闻名的观点，“科学”不简洁是一种“发觉”，更多的是对于世界的说明体系的创建性建构。因为科学工作具有创建的属性，并且其创建性活动是由不同事物间的大跨度联想激活的，所以钱学

15、森特殊强调科学与艺术有内在的相通，强调“直觉”之于创建的意义。历史上很多大科学家的经验验证了这一点，王敏中对此持相同的看法，“当你将学问做到肯定程度和境界，你就会发觉一些问题的答案不必经过严密的论证和反复的证明就能凭借自己的感悟、阅历得出一个天经地义的正确结论。”这个自然而然的推论过程正是王敏中所提倡的。 培育科学爱好和科学素养 美有一种震撼人心的力气，王敏中用生动的语言、简明的思想让学生们触摸到了力学的美，有了美的吸引，学生渐渐产生了对课程的爱好。王敏中信任“爱好是最好的老师”，要想讲好每一堂课，就要着重培育学生的科学爱好与实力。 闻一多神话与诗文学的历史动向：“诗这东西的特长就在它有无限的

16、弹性，变得出无穷的花样，装得进无限的内容。”在有限的课堂时间内，王敏中尽量让学生处于创建与发觉的激情之中，从而共享胜利的愉悦与快乐，不断培育他们的科学爱好。在长期的教学中，他特殊留意利用历史资料、介绍国内外探讨近况、对于“高级”错误进行探讨等方法，引起学生学习爱好、诱发思索，提高学生科学品尝的修养，让学生领悟力学并非公式的积累，而是美的、谐和的结构。 子曰：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”讲课中的王敏中从应力函数的演化谈科学爱好的培育结论，首先，让学生了解应力函数是平衡方程的通解。其次，通过应力函数一个多世纪发展历史的描述，一个又一个问题的提出，一位又一位名家的高招，让学生一次又一次感

17、受才智的冲击和科学的奇妙，从而引起思索和对科学的爱好，这一点是王敏中在教学中始终希望达到的目标。 教授学生学习技巧 教书是思想的盛宴。弹性力学问题一般都很难，其解法大都比较困难、比较奇妙。在组织这方面的教学时，王敏中对解法进行了梳理、利用解法发展的历史过程，在学生面前展示这些方法如何从简洁到困难、如何从粗放到奇妙，从而让学生驾驭方法的精髓。 教室是才智的殿堂。课堂上的王敏中细心组织了高质量的课程内容，概念清楚易懂、推导严格简洁。他从力学与数学、理论与应用、正向与反向、时间的前与后等不同的角度、不同的观念、不同的方面、不同的次序反复讲、不厌其烦地讲，努力寻求力学与数学的一样，直观与理论的一样，务

18、使学生领悟其实质。在讲解基础的同时，他不断留下伏笔，使其可到达现代理论，也就是预留下可扩张的各种“接口”。有了这个“接口”，就好比给了学生一把开启新学科的“钥匙”，使得他们眼前一亮，可以看到无限广袤的科学美景，这便是王敏中讲课的重要目的。 他的教育影响学生一生 弹性力学是力学系的专业主干课，对于培育学生有着举足轻重的地位，是一门必需学好的课程，尤其是对于固体力学的学生，学好了这门课才可能学好其后的各门课程。弹性力学教学的胜利与否极大地影响学生培育的质量。 “王敏中教授从11010年起，长期讲授本科生基础课弹性力学，已达十几次，看法仔细负责，授课深刻生动，教学效果很好，深得学生好评。”如今的王敏

19、中，退居二线，主动供应自己的教案，让年轻教员上第一线，帮助他们备课。回顾他带的学生，都有较扎实的数理基础，在数学弹性力学方面都做出过不少成果，其中2022年毕业的博士生高阳的论文，获得了北京高校2022年度优秀博士论文二等奖，该生于2022年获得了洪堡奖学金。2022年毕业的博士生胥柏香的论文，获得了北京高校2022年度优秀博士论文二等奖，该生于2022年也获得了洪堡奖学金，今正在德国做探讨工作，国际杂志Acta Mechanica主编G.J.Weng教授认为：胥柏香的工作可以写进教科书中。 多年钻研，常年实践，王敏中以自己的思想、品德、学问、实力，运用多种手段，渐渐形成了一套富有特色的课程内容、体系。在弹性力学的教学中作出了突出成果，如春风化雨般滋润学生的心田，潜移默化地铸造学生的灵魂，对培育人材作出了重要贡献。 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页