周培源力学竞赛 周培源大学生力学竞赛理论设计与操作团体赛侧记

近日,第十届全国周培源大学生力学竞赛“理论设计与操作”团体赛在山东科技大学落下帷幕。比赛由教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会、中国力学学会、周培源基金会主办,《力学与实践》编委会、山东科技大学承办,为期两天,共31所高校、93名学生参赛。湖南大学获团队特等奖,取得了下一届该项赛事的举办资格。

团体赛的四项竞赛题目层层递进,将生活、工程与科技中提炼的力学问题转化为颇有趣味的团体动手合作赛题,在创新能力培养、团队合作精神与动手能力培养等方面作出了有益的探索。竞赛要求参赛团队使用提供的材料和工具箱,利用理论力学、材料力学的基本知识,设计制作悬臂梁结构、起吊装置、动力小车等,比较谁的刚度最大、谁吊起的重物最重、谁的小车走得更远等。

根据竞赛总成绩,湖南大学获团体特等奖,中国人民解放军军械工程学院、中国科学技术大学获团体一等奖,上海交通大学、武汉大学、哈尔滨工业大学(威海)、南京航空航天大学获团体二等奖,中南大学等23所高校代表队分别获得团体三等奖和优胜奖。

厉兵秣马,备战力学

5月31日,第十届全国周培源大学生力学竞赛的个人赛在全国60多个考点同时举行,共有超过300所高校的21350人报名参赛。6月30日,个人赛试卷复核及评奖工作圆满完成,最终评选出全国特等奖5名、一等奖48名、二等奖117名,个人赛成绩较好的31所高校入围团体赛。

确定了高校的参赛资格后,团体赛参赛者的选拔和培训便如火如荼地展开。记者了解到,湖南大学、中国人民解放军军械工程学院分别在赛前十多天开始了“魔鬼”集训。不约而同地,两校的指导老师们选择了相同的训练模式,为其准备丰富的材料和工具,并带领大家把该赛事的历届试题都进行了全真模拟。

“从早上7点到晚上11点,我们除了一小时的吃饭时间和短暂的午休之外,都呆在实验室里。”中国人民解放军军械工程学院2012级学生李科兴奋地说,“电钻、锯子等工具以前只见别人用过,都是自己首次操作,那些天过得特别充实。”从小就喜欢动手拆装的他,不仅拆过玩具枪、遥控车,还偷偷地拆了家里电视机的遥控器,“怕爸妈知道,又悄悄地组装回去。”

上届该赛事的特等奖获得者——山东科技大学亦然。除了历届赛题的回顾外,山东科技大学矿业学院与安全工程学院理论与应用力学系主任王育平还积极参与各种教学研讨会,并收集生活和新闻事件中的力学实例,将其纳入教学案例、讲给学生们。“成功没有偶然,经过这样的训练,去年参赛时,我们的队伍在每一个项目都是前几名。”她自豪地说。

创新谁家强,赛场见真章

周培源基金会理事长兼秘书长周如苹表示,科学已进入创新的时代。本次比赛的题目就充分体现了这一特点。“三十一个学校,三十一种想法,”王育平感慨道。短短几个小时,参赛选手们充分发挥创新能力和动手能力,仅用塑料吸管、竹筷子、橡皮筋、棉线球以及弹簧、螺钉、螺帽、车轮等简单材料与工具,就制作出了符合要求的、千姿百态的装置与许多意想不到的、精巧的力学结构。他们思想碰撞的火花是未来知识创新的希望。

湖南大学机械与运载工程学院2012级张涵寓回忆说:“第一、第四题手到擒来,对题目比较有把握,拿到题就想要做到最好。”意料之中,该队在这两项上得分均为最高。第一项题目是用70根塑料吸管和保鲜袋、细绳、大头针等材料设计制作悬臂结构,在满足跨度和固定区域要求的基础上,铅垂方向上具较大刚度者得分较高。出题组特意提供了多种材料,意在鼓励学生发散思维、开拓创新,把基础力学的知识应用到工程实践中。

第二项题目是起吊装置的设计,要求其先竖直起吊、后水平移动,起吊重量越大得分越高。“难点在于平衡问题,和铅垂到水平方向的转换,实现后者的队伍数量不足一半”,王育平介绍。湖南大学的参赛者们从一开始就放错了关注点,“我们想通过制作机械装置实现,但两个半小时都没能统一想法,后来一想,只要能把重物起吊就算成功,于是果断调整,选择用最简单的方法去解决。”有惊无险,队伍在一个小时内完成制作,成绩仍列前茅。

第四项要求学生在质量分布不均、形状不规则的有机玻璃板上寻找转动惯性主轴。湖南大学的三人分别使用理论计算、拆凑、实验三种完全不同的方法寻找短轴,在相差不大的结果中取平均位置,恰好精确到答案的位置,拿到满分。

“创新,是把前人的东西融会贯通后发现的新东西。”张涵寓说,“学生无法凭空进行创造,在比赛中想到别人想不到的,就算得上创新了吧。”