小水桶里的大学问

——大创项目再结硕果，我校本科生在美国物理杂志上发表精彩教研论文

北京邮电大学理学院的颜子翔同学和信息与通信工程学院的孙露同学，在理学院肖井华和兰岳恒老师的带领下，将大学生创新项目“水油二相旋转液体加速过程分界面形态分析” 所探索的内容写成了文章，以《水油二相液体旋转加速过程中分界面形态分析》为题于2017年3月发表在美国物理杂志(American Journal of Physics. Vol 85, issue 4)上。

Am. J. Phys. 是美国教师联盟(American Association of Physics Teachers)与美国物理协会(American Institute of Physics)出版的月刊。自1933年开始，至今已有85年的历史。该刊主要面向大学的老师和学生，文章内容以本科及本科生水平的物理问题为主。话题覆盖程度很广，包括了物理前沿的研究及相关话题，教学实验的设备仪器，教学实验展示，教学方法，书评等。此外，关于物理历史，哲学以及文化的话题也有所涉及。作为物理教学研究的旗舰期刊，十年来华人学者在该刊上发表的论文总数不超过二十篇。颜子翔和孙露两位同学的这篇论文不但被收录发表，还被主编选为封面文章，把文中的液体旋转图片作为了这一期的封面，对这一反直觉的流体现象进行了直观的推荐。

旋转液体是大学物理实验的基础实验，通过对旋转液面的测量，能够计算得出液体粘滞系数，重力加速度常数等相关参数。颜子翔和孙露设计了更加复杂的二相液体旋转实验：将水与蓖麻油的二相分层液体放入容器，以各种角速度旋转此二相液体。它们不仅各自受到离心力，而且还相互作用，大大丰富了实验结果。特别地，在二相液体的分界面处，一个有趣的新现象跳入视野：界面往上凸，与单相液体自由液面截然相反。怎样去解释这一脱离常规的运动模式呢？在指导教师的循循善诱和悉心指导下，两位同学从大学物理最基础的受力分析开始，对这一分界面进行理论建模；当发现所学的知识不足时，他们对更加专业的流体力学知识进行了学习，并通过功能关系去求解水层的转速从而得到了与实验较为吻合的理论结果。

从基本物理实验出发，引导学生思考和进一步探索，这对理学院的老师来说，已经是常态了。本科生颜子翔和孙露从课本上的牛顿水桶实验得到启发，到尝试二相流体转动实验，到流体力学知识的学习和掌握，无不体现了基础教学与前沿探索结合，知识传授和兴趣拓展相互促进的教学思想。水桶实验第一作者颜子翔是应用物理专业大四学生，目前已保送北大，深情地表示：“这个项目可以说是我科研之路的起点。作为什么都不懂的新手，在这个过程中，在老师们的帮助下，我收获良多。最终发表的论文既是我付出努力的肯定，更是我在科研之路上走的更远，收获更多的起点和动力。”第二作者孙露是信通院大四学生，已收到美国三所著名大学的录取通知，她已经决定去卡耐基梅隆大学深造。

校长乔建永始终强调教学相长的重要性，明确提出：“北邮强，强在教学质量！”近年来，理学院的这一教学实践开始结出累累果实，涌现出一批热爱科学，勤学苦练的优秀学生。肖井华等老师在2012年指导游智鸿等本科生在美国物理杂志发表了学术论文，游智鸿同学现已在荷兰莱顿大学攻读博士学位。欧洲物理杂志（European Journal Physics）也是物理教学研究最好的SCI学术期刊之一，理学院教师指导本科生在该刊上发表了7篇论文，参与的本科生已全部保研或出国深造。我校本科生的教学学术研究已走在国内前列，优秀人才培养的成绩显著。

小小的水桶实验，不仅显示出多自由度复杂系统丰富的相互作用图景，也将我们带向关于引力、时空、宇宙的思考，还成为新型教学模式思考探索的范例，可谓是学问大焉！我校也将继续推动大学生创新训练深化计划，鼓励学生将创新成果向科研论文、毕业论文、成果转化等方面深化，不断提升创新创业人才培养质量。