“为什么日常核酸检测中,防疫人员在做咽拭子时,棉签拭子都要抹两三下,并且要滑动比较长的距离呢?”被检人员不适的表情,让上海交大巴黎卓越工程师学院老师施奇伟陷入了思考。
这些天,他在线使用双语主讲课程,解析核酸检测中的“流体力学”,搭建数值模拟实验,巧妙融入抗疫科学。
顺着这个想法,施奇伟构思搭建了一个核酸检测中的流体力学数值模拟项目。他认为,可以通过数值模拟计算来解释采样动作与采集黏液量的关系,也让学生通过一个具体的案例来分析流体力学现象,不仅加深了对书本知识的理解,也提高了分析问题、解决问题的能力,还对防疫工作的复杂性能有更深认识。
在将核酸采样中的棉签拭子采集咽部黏液过程列为数值模拟项目后,施奇伟引导学生用表面张力、纳维尔斯托克斯方程和开放体系流体力学等概念,分析解释为什么咽拭子采样需要在咽部滑动2到3次。
只见数值模拟中,拭子被简化为圆柱体,直径3毫米,内部的孔隙率为40%,采样后空隙可充满黏液。在分析中,学生们充分考虑咽部黏液密度、动力学黏度、表面张力系数,黏液在口咽腔壁的分布、采样毛细现象等因素,模拟计算出咽拭子抹的次数和长度,与采集的黏液量之间的关系。
在施奇伟引导下,目前包括棉签拭子模拟的多个数值分析小项目已经开始启动,学生们饶有兴趣,纷纷查阅文献、编程计算,并更加仔细地观察、体验核酸检测过程中的细节,同时也深刻认识到核酸检测流程的复杂性以及结果分析的难度。“相信通过这个项目,学生们能了解到流体力学在日常生活中无处不在的应用,更重要的是提升学生们对防疫人员的理解与尊重,更好地配合防疫工作开展。”施奇伟如是说。
科研抗疫,科研育人,不至于做核酸。在交大闭环管理期间,教师志愿者们每天要完成全校3万名学生一日三餐的配送。船舶海洋与建筑工程学院交通运输系教师何红弟通过朋友圈了解了校园里的这些感人事迹,并在此基础上进行了更深层的思考。“这些配送问题正好可以与我现在上的《运筹学》课程联系起来。”于是,从线性优化问题,到线性规划问题,何红弟对这些素材进行了梳理,做成案例带进了课堂。
无独有偶。从私家车到三轮车,再到无人拖车、无人小巴,实现四代“送餐神器”更替的电子信息与电气工程学院教授杨明,也开启《控制导论》课程新篇。“我希望能通过近期发生的热门话题,让学生们更真切地感受到专业课的魅力,”作为自动化系老师,杨明正为大二学生讲授《控制导论》,通过案例式教学将此轮战“疫”中出现的“送餐模式更替”融入课程,进一步激发学生们对后续课程的志趣。
这些在校园封控期间边抗疫、边教研的老师说,“高校应该要用最鲜活的案例,来引导师生投身科学研究,为解决国家关键领域的重大问题贡献力量。”