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用《冰雪奇缘》雪花效果讲计算物理学

深中博士老师集体开讲堂

来源:羊城晚报
2021-03-24 13:39:38

  原标题:用《冰雪奇缘》雪花效果讲计算物理学(引题)

  深中博士老师集体开讲堂(主题)

  文/图 羊城晚报记者 蒋隽 实习生 谢小蕾

  近四年来,深圳中学网罗了八十余位海内外名校毕业的博士教师,成为基础教育界“现象级”话题。博士招来了怎么用好?3月开始深中推出博士讲堂,本学期16位海内外名校毕业的博士每周一讲座,讲授世界前沿专业和科技问题。

  罗天挚博士后开讲“化学之美”

  谭金旺博士后开讲“从坎巴拉到特斯拉”

  每周四下午博士讲堂开讲

  深中校长朱华伟介绍,学校教育理念是让最优秀的人教育下一代,培养出更优秀的人,招聘的博士老师们在教学一线传道、授业、解惑,为了让更多的同学在老师专业的引领下,激发对学科新兴领域的兴趣,了解学习相关前沿知识,因此开设深中博士讲堂。

  据了解,深中博士讲堂是深圳中学的一门特色选修课,每周四下午举行。本学期邀请了16位海内外名校毕业的博士,分享他们的专业知识和科研历程,将为同学们打开一扇了解科技前沿动态、科学研究方法的窗户。同时,深中博士讲堂还为同学提供主持、组织协调、撰写推文等实践岗位。

  开场三期博士后“打头炮”

  本学期的博士讲堂从3月延伸到6月,每个月4期左右。开场三期分别是三位博士后“打头炮”,美国波士顿大学博士后谭金旺老师讲《从坎巴拉到特斯拉——计算物理学的广泛应用》、美国特拉华大学博士后罗天挚主讲《化学之美》、澳大利亚墨尔本大学博士后范文嘉主讲《自然语言处理(NLP)》,其后还有清华大学博士、北京大学博士、香港中文大学博士、美国马赛诸塞大学阿默斯特分校博士、英国南安普顿大学博士、德国马普天体物理研究所博士后、英属哥伦比亚大学博士等老师轮番上阵,给同学们讲大脑如何控制我们的身体、锂电池电极中的应变梯度效应、量子世界、催化剂和牛樟芝、全球气候变暖、医学影像和图像处理检测肿瘤的技术与应用、黑洞、结构之美、从费马大定理到朗兰兹纲领、铁电材料及其蕴含的物理学……

  博士教高中生,内心也忐忑

  用《冰雪奇缘》雪花效果讲计算物理学

  讲堂第一期主讲人谭金旺老师为美国波士顿大学计算物理方向博士、博士后,曾任深圳大学助理教授、硕士生导师,现任深圳中学信息技术组教师、信息竞赛教练;担任广东省科技专家,深圳市科创委专家,深圳市海外高层次引进人才,主持广东省自然科学基金等多项基金项目。

  讲座伊始,谭老师进行了简短的自我介绍,随后表示自己是第一次从学术会议的讲台上走下来,以深中教师的身份上课,内心颇为忐忑。

  谭金旺谈到,计算物理学是一个将计算机科学与数学物理等基础学科结合的交叉学科,有着广泛的发展前景和应用场景。他指出,实时互动的游戏、场面宏大的电影和真实物质世界的科学研究都有着不同计算精度和计算效率的计算物理学的身影。

  在讲述游戏与计算物理学的密切关系时,谭金旺以游戏“坎巴拉太空计划”为引,通过游戏视频阐述了物理引擎的重要性,“缺乏物理引擎的游戏仿佛与客观世界脱离,其真实性与流畅性将会大打折扣。”

  电影中“隐藏”了哪些计算物理知识?谭金旺从逼真的动画电影出发,以加勒比海盗中的海水效果和冰雪奇缘的雪花效果为例子,剖析了电影以假乱真的动画效果背后的制作原理和物理模型,深入浅出,趣味横生。

  科学研究和工业设计中的计算物理学如何体现?讲座最后,谭金旺以特斯拉汽车为例进行介绍。他指出,特斯拉汽车的气动外形优化离不开计算物理学,“正是计算机实现的空气动力学仿真效果使汽车周围空气流动状态可视化,进而指导实验和设计方案,造就了特斯拉汽车实现低能量消耗、高运动性能和优异操纵性的成功。”

  “世界上最小的电影”传递化学之美

  3月11日的第二期博士讲堂由罗天挚老师主讲。罗天挚是美国特拉华大学材料科学与工程专业博士、博士后,深圳市“孔雀计划”海外高层次人才,从事化学相关研究8年,有着深厚的学术素养。现担任深中高二年级化学教师,开设《Amazing Materials:神奇的新材料》校本选修课,同时也是深圳中学学长团指导老师。

  从“化学是研究物质及其变化规律的学科”能读到什么?讲座上,罗天挚老师读出了化学之美三种涵义:“精致细密的构造之美”、“鬼斧神工的变化之美”、“大道至简的规律之美”。与讲座的主题“化学之美”切题。

  你知道“世界上最小的电影”吗?罗天挚的分享从展示“世界上最小的电影”——《A Boy and His Atom》开始,“这是IBM科学家采用复杂而精密的扫描隧道显微镜,在-268℃的环境下,处理原子位置所拍成的动画短片。”略显“简陋”的影片中,一个由数十个原子勾勒出的男孩和一个原子成为朋友,一同跳舞、蹦床。同学们纷纷对此表示惊叹。

  随后,罗天挚展示金属与盐溶液发生置换反应时生成结晶的过程,五颜六色的结晶向四面八方生长,“显微镜下,一个置换反应换一片‘森林’。”罗天挚说,“金属钠放入水中,直接观察,会产生‘浮溶游响红’的现象。但如果通过热成像观察,钠就摇身一变,成为横冲直撞的艳火,烧亮一大片原本暗淡的背景。”跟随罗天挚,同学们欣赏了色彩斑斓的氢氧化物沉淀、“法老之蛇”以及“化学花园”等化学实验。不同物质之间激烈地转化,被印刷在教科书的几百条方程式在同学们脑海中“活化”。

  讲座的最后,罗天挚以带领大家观看由哈佛大学制作的动画《The Inner Life of the Cell》作为结尾。微观视角下,细胞层面细致而繁忙的生命活动尽在眼前,现场观众不免生出了深深的敬畏与感动。罗天挚也以一句话与同学们共勉:“人类征服了原子,创造了芯片,建造了奇观,征服了地球,走向了太空,却造不出一个细胞。让我们一起,向生命致敬!”

责任编辑:卢云

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