核酸检测与流体力学 校园送餐与运筹学和控制论 来看上海交大课堂里这些案例研究

　　核酸检测中有何流体力学原理？校园送餐能否用运筹学优化？提升运力和效率，工程控制论能发挥什么作用？疫情期间，上海交大师生一边投身抗疫，一边将身边的鲜活案例融入课堂，“用科学思维和创新能力解决实际问题”，科研育人引导师生为解决国家关键领域的重大问题贡献力量。

图说：流体力学 采访对象供图（下同）

　　核酸检测中的“流体力学”
　　“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？”交大巴黎卓越工程师学院教师施奇伟在开设了《流体力学基础》课程，原计划安排的动手实验无法实现，核酸检测的过程让他产生了奇思妙想，决定将“抗疫”细节融入课堂教学。
　　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。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，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来分析解释为什么咽拭子采样需要在咽部滑动2-3次。他认为核酸采样过程可以用作流体力学的模拟项目，同时通过数值模拟计算来解释采样动作与采集黏液量的关系。在施奇伟的引导下，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，更加仔细地观察、体验核酸检测过程中的细节，也深刻认识到核酸检测流程的复杂性和难度。

图说：运筹学

　　从“运筹学”感悟3万师生配餐优化
　　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。例如私家车、无人小汽车、大巴等不同的配送方式拥有不同的运输能力，校园3万师生每人三餐的配送可以看作线性优化问题，在校老师利用私家车进行每日三餐配送时后备厢的装载可以看作‘背包’问题等。” 何红弟告诉记者。
　　实际上，《运筹学》这门课程理论复杂，模型众多，对讲课及听课效率都有较高要求，因此，在转为线上教学后，学生在这种突然的转变的过程中可能会出现的不适应、注意力不集中等问题。何红弟把这些与三万师生的配餐问题联系起来思考，发现配餐问题的解决和优化都可以在梳理后成为好的教学案例带进了课堂。
　　这件“身边的优化”，学生们都很感兴趣，何红弟又布置了课后作业——思考身边的运筹学案例。“希望学生能独立思考，学以致用，进而对《运筹学》课程产生兴趣”，何红弟老师表示。

图说：控制导论

　　无人驾驶送餐开启“控制导论”新篇
　　从私家车到三轮车，再到无人拖车、无人小巴，电子信息与电气工程学院教授杨明实现了四代“送餐神器”的更替。这位“超级送餐员”，把“送餐模式更替”融入了他正在讲授的《控制导论》课程。
　　基于私家车送餐的局限，杨明在校内最早挖掘出三轮车作为运输工具，考虑到运输力的增强，又与团队策划把实验室的无人物流车拼装起来，形成运货的载体，实现了一车拉2000份左右的记录。但杨明不满足于此，继续尝试更多的“送餐神器”。“讲述智能小车背后的‘黑科技’，目的在于引导学生思考如何解决送餐中的关键问题，让他们自动驾驶的难点、痛点又在哪里，有效地提升他们对科学研究的敏感性和探索思维”，杨明表示，“智能车是一个相当复杂的系统，非常符合控制化系统的特点。疫情中，学生封控在宿舍，亲身感受到了无人车送餐带来的好处，所以围绕这个案例来介绍控制系统的基本概念和方法，更具有说服力。”
　　新民晚报记者 易蓉 通讯员 高璐