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师者,学者!接续攀登,把学生培养成一流人才

师者,学者!接续攀登,把学生培养成一流人才

矿业界 李静 姚利梅
2020-08-05 13:51

50分钟一节的材料力学课,3000年的人类煤炭开采史,十万年为单位的核废料处置周期,深部开采的多物理场耦合,连起来绕地球赤道25圈的特殊地下空间,推进矿业工程世界一流学科建设……

每一天,周宏伟都会在特定的时间空间里切换,自在而自然。

材料力学,一门讲了20年的“新课”

从小生长在重庆农村,一路求学的经历,让周宏伟深深明白教育对于一个人的意义。

1981年,16岁的周宏伟考入重庆大学矿山工程物理专业,1995年,考入中国矿业大学北京研究生部攻读矿山工程力学方向博士,师从谢和平院士。2000年,博士后出站留校任教,2004年,成为教授,2012年,受聘为教育部“长江学者”特聘教授。他说,教师始终是他的第一身份。

周宏伟留校后教的第一门本科课程是材料力学,这是一门很多人认为“枯燥难懂”的课,为了不让学生在课堂上打瞌睡,真正能听进去,他下了一番狠功夫,并时常向老教师请教。

他用心钻研教学,充实课堂内涵,把知识点的来龙去脉融入教学,剥茧抽丝地讲解,给学生呈现出立体的知识体系。从甲骨文中“力”的文字形象,到力学公式的和谐之美,从牛顿与胡克的观点之争,到周培源、钱伟长的赤子之心……一部力学科学文化史跃然而出,原本乏味的课程变得有声有色。学生们慢慢发现,材料力学课变得“有趣”起来。

为了更好地解释力学原理,教室里的梁柱、墙壁、桌椅,信手拈来,都是他讲课的例子;生活中的材料力学现象和工程中的生产实际,也是课堂上必讲的内容;国际学术前沿,更是必不可少。

在周宏伟的课堂上,学生一个疑惑的眼神,一个细微的表情,都会被他敏锐地觉察,并迅速捕捉。他总能根据学生的反应,调整节奏,调节气氛,并适当地运用幽默。比如,讲到结构稳定性的时候,他会调侃:“三角结构是最稳定的结构,但是三角恋除外。”

课堂上,教师的一言一行,都会对学生产生潜移默化的影响。周宏伟一些看似泥古不化的地方,学生看在眼里,并形成他们的思维认知和价值判断。比如他始终站着授课,沿用板书授课。在这一点上,他有自己的考量:物理逻辑性强,手写板书能把学生一步步代入推导过程,和老师一起拆解晦涩的知识,梳理出清晰的思路。

每堂课,周宏伟都会提前10分钟到教室,进行课前准备。即便是在外出差,他也不调课,总是提前一晚赶回北京,第二天上完课后,立马又赶往机场。200多人的大课,同学们争相抢占前排,学生们发自内心地说,“不上周老师的课,是大学的一大遗憾!”

如今,周宏伟早已成为教育教学专家,曾获得全国力学优秀教师、北京市高等学校教学名师、北京市优秀教师等荣誉称号。2018年12月,担任新组建的中国矿业大学(北京)能源与矿业学院院长。

一门材料力学课已经讲了整整20年,作为课程负责人,周宏伟也会从青年教师那里借鉴新思路、新方法,让这门课常讲常新。在2020年这个学期的材料力学课上,他和同学们讨论的问题是,引起虎门大桥震颤问题背后的力学原理,以及如何解决类似的问题。

谈到教学,平日里,同事眼中低调内敛的周宏伟说,“如果让听过我课的毕业生,说出在大学里印象最深的一门课,希望是我的课;说出印象最深的两门课,希望我的课是其中之一。”

多场耦合,“穿越”时间与空间

在站好讲台的同时,周宏伟更是一位杰出的学者。他先后主持完成了国家“973”计划课题、国家自然科学基金项目、欧盟国际合作项目等多个国家级项目,并获得国家自然科学奖二等奖1项,省部级科技奖励2项,北京市教学成果奖2项,荣获“有突出贡献中青年专家”等称号。

时空是对时间和空间的简称,代表物体及运动和相互作用的广延性和持续性。周宏伟的研究围绕着资源深部开采的多场耦合问题开展,将对时空的认识不断向前推进,这也使得研究者的视野更加广袤深邃。

该研究涉及温度场、渗流场、应力场等的相互影响,在流变分数阶模型、低渗分数阶模型等方面,形成特色。缓慢渗透、长时间变形的物理现象,要穿越纵深的岁月长河。这种缓慢渗透能慢到什么程度呢?

假设一个区域水渗透的速度大约是10的负9次方米/秒,这意味着30米的距离,要从1000多年前的北宋一直流淌到今天。以当下可感知的时间计量,它们的变化极其细微,这一基础理论研究丰富了人类新知识的储备。

未来世界什么样?2019年,《流浪地球》热映,影片中成为人类唯一庇护所的地下城,开辟了另一种想象。事实上,对地下空间最熟悉的莫过于采矿领域的学者。

2018年,周宏伟作为主要作者编写的《特殊地下空间的开发利用》一书出版。该书提出了地下生态系统建设思路和分步实施方案,第一步建立半封闭地下生态系统,借助地表能量实现地下功能;第二步建立自循环地下生态系统,实现能源、水、空气、食物、阳光等自循环供给。

目前,中国因采矿形成的具有利用价值的地下空间有156亿m³之巨,按巷道断面15㎡计算,长达100万公里,可以环绕赤道25圈。这一科学构想与《流浪地球》的科学幻想不谋而合,并已探索出了可行规划和关键技术支持,未来地下城的生活指日可待。

在时间与空间的交汇处,是一个个“结”点,科学家的研究就是要把这“结”巧妙的解开。多场耦合理论用精准的模型计算“穿越”时空隧道,这也就有了周宏伟的另一个研究领域——核废料处置。

把核废料存储在一个地方,用什么做标志来警示后人?核废料处理周期以10万年为时间单位,金字塔几千年就已经严重风化,金属也一样会被腐蚀,同时,核废料必须与生物圈隔绝,揭示地层深部长时间变化的多场耦合理论,把核废料深埋在地层深处,是目前所能实施的最佳方案。

宝贵的煤炭资源是地球及时间馈赠的礼物。周宏伟参与的深部煤炭资源流态化开采的理论与实践研究,让煤炭开采进入5.0时代。我国正在组织科技中坚力量,对这项面向未来的战略性研究进行集中攻关,通过多学科交叉研究,解决颠覆性技术难题,以达到工人不下井,采煤不见煤,能量直接输出,废料就地充填的开采前景。

接续攀登,把学生培养成一流人才

信息时代学生获取知识的方式发生了深刻变化,也给教师带来了前所未有的挑战。

周宏伟做过这样一个实验,老师与学生同时学习一个新知识,比如暗物质,在初期的单位时间内,老师的学习效果并不如学生好。那么,老师何以成其为老师。

这个问题,周宏伟有自己的答案。那就是掌握某一领域的学术地图,高屋建瓴地指导学生攀登学术高峰,用科学的方法,把学生培养成一流人才。教师的价值不只是给学生传授知识,更重要的是思想的引领、视野的拓展与价值观的塑造。

思想实验给了周宏伟广阔的研究视野,这并非真刀真枪诉诸感官的实验,它需要的是想象力。他将思想实验融入学生培养过程,从经典的伽利略重力实验,到爱因斯坦相对论思想实验,一场场关于物理科学的头脑风暴,在无边的畅想和思辨中驰骋,引导学生开拓思维,追求心智的荣耀。

应邀到德国、法国、丹麦、荷兰、新加坡等国家进行学术访问,与国际一流学者交流切磋,周宏伟更清晰地定位了自己的学术坐标。在深部资源开采领域,中国与西方同步发展,像行驶在两条并行轨道上的列车,我们应该有底气坚持自己的学术风骨,与世界对话。源自内心的文化自信和文化定力,对科学研究有着至关重要的意义。

周宏伟把学术圈比作“射雕英雄传”里的江湖。他自觉功力不及东邪西毒、南帝北丐、中神通,把自己比作江南七怪,希望能培养出郭靖这样的学生,循道而行,返璞归真。

中国与世界科技的对话,需要一代代学者的接续传递,需要青年人沉心静气,接受系统的科学训练,高质量的投入时间与精力。有时候,周宏伟会和学生说,“我会告诉你学术高地在哪里,你现在和学术高地差多少;我知道一流学者是什么样的,你要想成为一流的学者,我可以帮你。”

与精神传承同样重要的是专业传承。2017年,以中国矿业大学(北京)能源与矿业学院为学科主体的矿业工程学科入选世界一流学科建设名单。2019年,采矿工程专业教学团队荣获北京市首届优秀本科育人团队。而持续推进矿业工程世界一流学科建设,塑造独特的学院文化,让更多的学生热爱自己的专业,接续攀登学术高峰,是周宏伟未来最重要的工作。

这种对人才培养、学术研究极致完美的追求,深深地感染着他的学生们。

某一年的材料力学课结课之际,一位同学送给周宏伟一个手工植株,亲手缝上“周老师辛苦了”六个字,并这样写道,“上您的课,听的想的更多的是做人,您让我看到了一位学者真正的风度、严谨与朴实,未来,真的希望自己也可以成为像您一样的学者!”

人物档案


周宏伟.png

周宏伟,男,汉族,中共党员,重庆合川县人,1965年1月生,教授、博士生导师、教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、授予“有突出贡献中青年专家”称号、享受政府特殊津贴、入选教育部新世纪优秀人才支持计划。兼任教育部高等学校力学基础课程教学指导委员会委员,中国岩石力学与工程学会废物地下处置专业委员会副主任,中国力学学会理事,北京力学会常务理事,《力学与实践》副主编、《岩石力学与工程学报》、《防灾减灾工程学报》等编委。


本文由 融合号 编辑发布
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