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中国青年报:浙大庄表中——力学“魔术师”
发布日期:2021-02-09 浏览次数: 字体:摆 ]

“一二叁四五六,你喜欢几?”“魔术师”手里拿着一个装着6颗骰子的透明塑料盒,和台下的“观众”互动。“喜欢数字2,就变2。”

“魔术师”把装着骰子的塑料盒用力一振。当塑料盒打开时,盒中整齐排列的6骰子点数2全部朝上。

紧接着,他又演示了钢环魔术。钢环穿过链条,并没有落在地上,而是神奇地被链条打了个结,“这就是力学的一个运用,它体现了钢环受冲量后使动量矩发生改变的动量矩原理。”

此“魔术师”非彼“魔术师”,他脚下的舞台是一方讲台,他的真实身份,是86岁的浙江大学航空航天学院退休教授庄表中。

这位教授有点不一样。他攻得下力学,变得了魔术,拍得了录像,做得了视频,还爱跑小商品市场。

常跑义乌小商品市场的物理教授

这不是庄表中第一次表演魔术。每次去上课,他都会带上魔术道具,既能活跃气氛,也能用直观的方式说明力学知识。“我的特点就是把抽象的理论具体化运用,让学生知道许多理论都能看得见摸得着。”庄表中说。

庄表中的骰子魔术中,特制的长方体道具盒内有一根横条,当“魔术师”振动装有骰子的道具盒时,骰子因不对称冲击的作用,按指定方向转动90度,转动后的骰子就出现了观众指定的点数。

铁环魔术运用了动量矩定理。魔术操作的关键在于,铁环在下落过程中,与“魔术师”的中指产生碰撞,从而获得一定的动量矩。此时,铁环在继续下落时就能快速旋转近100度,与铁链打结。

“学生听课没兴趣就玩手机,如果老师说,我们用动量矩定理表演魔术,谁都不玩手机了,都来看表演。”庄表中说,在浙大,许多学生在大一、大二必须修读理论力学和材料力学的基本课。从2010年开始,他以讲座的形式,为浙大学生讲了多次《力学与创新》,在讲解力学知识时还穿插魔术表演,既吸引学生兴趣,又让学生对力学理论的理解印象深刻。

2008年,庄表中偶然在电视上看到刘谦表演的魔术,从那时起就对魔术产生了好感。一次出差,他看到火车上在售卖魔术道具,觉得有意思,就买了下来。那天庄表中买的就是铁环和链条,回家以后对着铁环和链条做研究,琢磨链条对铁环打结这个现象同哪些因素有关,还把研究结果写成了论文,发表在力学杂志《力学与实践》上。

他不仅在给浙大学生上课时表演魔术,还把他的魔术道具带到了全国力学论坛会议上,送给参会者,“让全国的力学老师都表演给他们的学生看。大家也觉得这种魔术形式非常好。”

“大家给我的魔术好评以后,我又专门到义乌小商品市场去看,与力学有关的魔术道具还有哪些。”义乌小商品市场,庄表中一年要跑个五六趟,看到体现力学原理的新玩意儿就淘些回来,给学生当教具,或是拍成小视频,刻成光盘,让学生们观看。“前段时间,我去义乌看到了透明塑料球,气体打进球里的时候会产生浮力现象。”

“我们身边有很多看得见摸得着的东西,就像我的魔术道具,也是在义乌小商品市场到处看得到的。我偶然看到这里有力学问题,还会马上拍下来。”庄表中逛小商品市场的习惯坚持了8年,如今的他已经把义乌小商品市场的商品布局摸得门清。

“我的任务就是带好学生”

庄表中说过:“我是老师,我的任务就是带好学生。”这位曾从战火中走过的老教授深知求学机会可贵和好的教学方式对学生的影响。

1934年4月,庄表中在上海出生。他的父亲是上海肥皂厂的小职员,靠劳动养活全家6口。

庄表中3岁时,日本军队轰炸上海,他只得和家人一起,抱着一条破棉被逃难到法租界。4年级时,父亲因病不能工作,他的两个姐姐只好去做童工。家里没钱供孩子读书,庄表中也停了学,到垃圾堆捡废品。捡到人家烧过的煤球,他刮掉外面黄色的一层,露出烧剩下一点黑煤,带回家烧饭用。粮食靠领“户口米”,大姐带着3个弟妹排队领米,伪警察看到庄表中排队排得不好,要用鞭子抽他,大姐一把抱住他,替他挨了一鞭子。

国难让年幼的庄表中早早意识到,要想过上安定幸福的生活,国家必须要强大,军队必须要强军。没有学上的那段时间,他深深地感到失学的痛苦。

1949年5月,上海解放。解放当天的早上,15岁的庄表中推开家门,只见家门口的马路上睡着许多解放军,他们不到老百姓家里借住,身上就背着一袋子弹,一袋大米,一杆步枪。

解放后,庄表中到上海东南中学读高中,他的数学、物理特别好,逻辑理解力强,成绩全班第一。他曾看到苏联和东欧国家在上海举办的工业展览会上,汽车、农业机械、工业机床,各种现代化的工业设备琳琅满目,他忍不住想:“我们国家自己如果有这些就好了。”

高考前填报志愿时,人生中第一个重要选择,庄表中毫不犹豫地选择了浙江大学机械系。他知道,国家建设需要理工科人才,而这也正是他的兴趣所在。

那一年,班上考上大学的同学,名字都刊登在了《解放日报》上,庄表中的名字也在其中。“那时候国家需要人才,国家认为你学习好,要赶快毕业。所以我一天6节课,一星期6天。”两年时间,他就从浙大毕业,被时任浙江大学力学教研室主任的王仁东教授看中,留校做力学系的助教。

隔行如隔山,本来是学铸造学的庄表中没有深厚的力学专业基础,只能边当助教,边和学生一样上课、做题。庄表中至今还保存着当时的习题集。王仁东教授要求学生基本功必须扎实,庄表中第一年听他的课、辅导他的学生,他就要求庄表中一年内把理论学这门课的习题集全部做完。习题集有1000道题,庄表中平均一天做叁四道,真的在1年内把1000题全做完了。

这些习题集庄表中至今保留着。泛黄的折页上,工工整整按顺序记录着题目、解答和习题总结。学习如习武,底子硬才能打,装在几个大约30厘米厚的木盒里的习题集,就是庄表中的基本功。

1957年,钱学森在清华大学开设力学研究生班,首批共选了120名学生,浙大推荐了庄表中。这个班每个月都考试,学习跟不上或者考试不及格,就会被退回原单位。在北京期间,庄表中没玩儿过一天。庄表中既向钱学森学习力学知识,也学习他理论与应用结合的教学方法。这一套教学方法,在他从清华毕业回浙大任教时,依然摸索践行着。

1959年2月,从清华大学力学研究生班毕业的庄表中,到浙江大学刚建好的第叁教学楼601房间报到,从此开始了他数十年的教学和科研生涯。直至今天,已经退休20多年的他,对教学和科普,还是一点儿停不下来。

从生活中来,到课堂上去

17年前,庄表中的孙子在求是小学念书。学校举办小制作比赛,他和孙儿一起动手制作扫地汽车、扫地畚箕等等,结果包揽小制作比赛的第一二叁名。后来,机缘巧合之下,庄表中对求是小学提出,“我来给你们讲科普,捐一些小制作工具”。

他在求是小学一年做一个报告,普及飞机原理、牛顿定理等知识,每年报告的主题都不一样。

从义乌小商品市场上批发来的新玩意儿,他当作教具送给学生。他觉得,“玩具就是最好的教具。”自己拍摄的录像、制作的课件,他都刻成光盘,送给学生学习。他也为浙大学生讲党课,还协助兄弟院校建立理论力学创新应用实验室。

2020年暑假,庄表中与浙大副教授王永、金肖玲一起,筹建了浙大工程力学强基实验室。实验室里不仅有仪器设备,还有浙大力学的历史。近60年前庄表中为练习基本功做的两千多道理论力学和材料力学习题卡片,上世纪80年代使用的各种力学教具,像一部中国力学人前行的史诗,和周边愈渐高科技的设施相互映衬。

新的实验设施用“看得见、摸得着”的方式呈现出各种力学规律,比如一个通过挂单摆减震的实验,演示的原理,就类似于台北101大楼中的金色大钢球是怎么减震、稳住整幢摩天大楼的。

今年4月,庄表中十几年来琢磨出的力学魔术,也将结集出版。他与王永、金肖玲共同编着《玩具和魔术中的力学》,包含10个魔术的讲解和15组玩具组成的魔术道具。近9年来,庄表中还参加了浙江大学关心下一代工作委员会宣讲团,给大学生讲党课、讲科普,对于年轻一代的培养孜孜不倦。

临近退休前后,庄表中还“当过8个工厂的技术顾问”,帮助企业解决工程上的问题。用他的话讲,“又解决问题又学习,还能拍录像”。

有企业曾因电梯振动问题找到庄表中,请他帮助电梯减振。23层的电梯以每秒1.5米的速度运行,企业想提速,以每秒2.5米的速度运行,结果电梯运行到17层以后振得厉害。

庄表中说:“我想了很多天,想到了格林函数,先理论上建模,再找原因,用改变参数的方法来解决振动问题。”电梯振动和13个因素相关,其中10个因素是确定的,庄表中集中调试3个不确定的因素,把这3个因素的参数反复调试,直到减小电梯振动和噪声,达到国家标准。“这就好比穿上鞋子,硬底不舒服,换成软底就舒服了。”

当时一架电梯要30万元,修不好,企业损失就大了。庄表中一出手就帮助企业挽回了损失。“第一个电梯解决了,第二个就太简单了。两个解决以后,他们再也不找我了,他们自己都学到手了。”庄表中得意地笑了,“这些力所能及的事,社会需要我,我为什么不做呢?”

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