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[兰州大学报]物理空间的青春张力
——访兰州大学“师德标兵”物理科学与技术学院刘玉孝教授

日期: 2014-07-14 点击: ...
   

学通社记者 闫晓玉

  人生的路上有物理相伴,便是最幸运的事了吧。自2006年留校工作以来,他以认真严谨的教学态度和执着踏实的研究作风获得了诸多奖项和称号:教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者、甘肃省领军人才、第九届“甘肃省十大杰出青年”称号、2008年全国优秀博士学位论文提名论文奖、第三届中国青少年科技创新奖以及兰州大学2013年师德标兵。他就是兰州大学物理科学与技术学院刘玉孝教授,在额外维、膜世界理论和W 弦理论方面进行了系统的研究,在JCAP、JHEP、Nucl.Phys.B、Phys.Rev.D 和Phys.Lett.B 等国际知名学术刊物上发表了80多篇SCI学术论文,其中SCI一区论文20篇,二区论文40多篇。

情结物理缘

  物理独特的美和简洁吸引着刘玉孝老师并使他一直对物理有着浓厚的兴趣:“在紧张而愉快的高中时代,高中物理老师在物理方面清晰的逻辑思维、形象而直观的物理图像、循序渐进的讲授、对伟大物理学家的尊敬与崇拜以及对物理学教学与科研的执着追求深深地吸引了我,我从那时起感觉到自己这一生最幸运的事情可能就是能一直从事物理学的教学和研究。”

  哲学家拉美特力曾说:“有研究的兴味的人是幸福的!能够通过研究使自己的精神摆脱妄念并使自己摆脱虚荣心的人更加幸福!”刘老师便是这样幸福的人,他的学术生涯一直沉浸在自然界千变万化的现象中:牛顿发现了影响物理学数百年的万有引力公式和经典的绝对时空观;麦克斯韦用一组简洁的麦克斯韦方程组统一了电与磁;爱因斯坦用狭义相对论统一了时间和空间。物理学的这些发展无不体现了自然界本身的美和简洁:自然界的现象千变万化,但其基本规律确是十分简洁的,各种现象的本质是统一的。谈起对物理的喜爱,刘老师滔滔不绝,他很喜欢爱因斯坦的广义相对论:“广义相对论统一了时空与物质,引力可以被看成是几何,时空与物质是相互联系和影响的:物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。这是多美妙的理论啊。”

感恩师德 传承教育

  师德是与时俱进的价值传承,是教育精神的代代传承。刘老师怀着崇敬的心情和我们娓娓道来那逝去岁月中的动人篇章:“除了高中物理老师,本科阶段的几位老师对我的影响也比较重要。在我们上大学的时候,兰大物理院有很多在教学方面非常优秀的老师,这些老师在全国来说水平都是一流的。比如全国首届教学名师钱伯初先生,主要给我们讲量子力学,讲课从不看讲义,物理认识十分深刻,公式推导熟练自如达到炉火纯青的程度,很有自己的物理见解;另一位全国讲学名师高崇伊先生则具有深入浅出、幽默风趣、寓教于乐、估算能力极强的独特教学风格,高先生给人积极向上的印象,上他的热学课感觉十分轻松。”

  此外,物理院的汪映海先生、张之硅老师、李莉老师、曾维杨老师以及江先国老师等都给刘老师一种拥抱真理和享受物理学之美的乐趣。刘老师说这些老师对他们这一辈年轻人在教学方面的影响是很大的,他在前辈们那里学会了让学生从一个十分简单的公式挖掘出隐藏在错综复杂的各种表现下面的自然界规律,比如库仑定律和牛顿定律的平方反比律与高斯定律。刘老师曾讲到:“如果在极小的尺度范围之内平方反比律不成立了,比如说是三次方或四次方反比律,则可能说明我们所生活的四维时空之外还隐藏着额外的空间维度(额外维),这正是当前理论物理的重要研究课题,关系到自然界四种相互作用的统一。”

  研究生阶段,段一士先生的悉心指导更是在教学和科研方面使刘玉孝老师受益一生。段先生的教学是和科研紧密联系的,段先生每个学期都会讲一门通常在两三年里不重复的课程,几年下来刘老师学到了不少基础和专业知识,而且这些知识直接在科研工作中得到应用。“用段先生的话来说,我们需要建立一套最小的知识体系,这些知识是科研工作所必需的最小部分,这样我们就能在最短的时间之内跟上国际上的前沿研究。”刘老师这样解释到。段先生在课堂讲授方面最大的特色在于能把一门很难很深的物理或数学课程讲得非常简单,能把非常高深的弦理论中最难的数学讲得让高年级本科生听懂。这一点也让包括刘老师在内的每一位年轻老师都受益匪浅。在教学中,段先生经常教导刘老师要做到言简意赅,刘老师回忆:“我印象非常深的一点是段先生给我们讲薛定谔方程、泡利方程和狄拉克方程三者之间的区别和联系,简单的解释一语道破天机。可以说,没有段先生在教学和科研方面的这些经验和教导,我不可能在理论物理学特别是额外维与膜世界前沿问题中找到适合于自己的研究方向。”

教学与研究齐飞

  刘老师现在主要给大四和研一的学生上《群论》课,有时也上《电动力学》。《群论》课用黑板板书,每一次上课前他均要求自己不看讲义在草稿纸上把上课的所有内容熟练地推导出来。凭着严谨的态度刘老师上课时一般不需要看讲义就能讲的很流畅。他对学生最重要的要求就是做好笔记,并且做好布置的课堂练习。“做好笔记表明你听课了,没有干别的事,做好课堂练习表明你不仅听课而且听懂了。若做不到这两点,这课就白听了。”刘老师一直这样要求着自己的学生。几年的教学经历也让刘老师积累了很多教学经验,但他谦虚地说教学本身是一项十分艰巨和长远的工程,我们需要不断地学习和实践。抱着只有自己非常熟练才有可能讲清楚,只有自己的思路清晰了学生才有可能跟上的教学态度,刘老师一直在不懈努力。在教学中他也很注重总结经验:“通过深入思考和不断总结,我们不难发现不同的理论竟然有类似的规律,这些结论对加深我们对不同理论之间的联系与区别的认识也是非常有益的。对于一些较难懂的知识,学生知道了高度总结的结论便能站在更高的角度来看清这些学科的理论框架以及它们的区别和联系,从而更容易学习和理解。”
科研对教学也是非常有益的,刘老师在这一点上的体现也是很明显的。他的研究方向和额外维(高维时空,即我们的四维时空之外可能存在额外的空间维度)有关,这与《电动力学》中的高斯定理和库仑定律有紧密联系。正是高斯定理和库仑定律这些简单的知识关系到当前理论物理的前沿问题——我们宇宙的时空维度问题,通过这个小小的练习,刘老师对时空维度、库仑定律、牛顿定律,乃至电磁和引力的基本规律有了更深刻的认识,也扩展了他的课堂内容。

  本科生学习物理最首要的是要扎扎实实地学好物理基础知识、搞清楚基本的物理和数学概念。刘老师认为,对于本科生,当给出一条曲线时要能正确画出这条曲线的一次和二次导数的曲线,但对于这个简单的导数概念的练习,他曾发现一个班上的几十个同学对二次导数的答案几乎没有相同的,这很令他吃惊。刘老师也经常会在讲完新知识点后通过简短的提问或者练习题来和学生进行互动,他回忆说有一次讲到反对称张量时,举了一个简单的例子:四维时空中的二阶反对称张量简单说就是4乘4的反对称矩阵,如果考虑2乘2的反对称实矩阵,请问有几个独立自由度?即有几个独立的矩阵元?班上大多数同学都回答说有三个独立的自由度,唯有一个旁听的低年级同学的答案是一个,同学们听后都大笑起来。然而大家仔细再想一想,发现答案正是一个。这件小事也让学生们意识到基本概念的重要性。

  在社会生活中,刘玉孝老师说自己不擅长和别人打交道,自己的知识面太狭窄,总感觉没有多少可以聊的。但在教学中刘老师喜欢学生提问题并愿意一起讨论,将近十年的教学过程中学生的各种问题也使刘老师对一些基本概念有了更深刻的认识。与学生的交流中,刘玉孝老师对他们提出的看似很不成熟的观点不会轻易否认,而是和他们一起讨论,慢慢诱导,直至思路清晰,问题得到解决。

  羽扇纶巾,风华正茂,作为青年教师的刘玉孝老师已经在物理研究领域成绩斐然,但老师依然谦虚低调,埋头于自己的研究与教学。因为喜欢,所以热爱。对物理的痴迷也让刘老师一直坚定不懈地走在科研与教学的道路上,他用自己的执著诠释着教师的含义。

  (《兰州大学报》第855期 一版)图文链接请点击

文:闫晓玉
图:
编辑:法伊莎
来源: 兰州大学报
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