深中博士讲堂 | 谭金旺:从坎巴拉到特斯拉——计算物理学的广泛应用

2021-03-08


在建设中国特色世界一流高中的征途中,朱华伟校长提出“让最优秀的人教育下一代,培养出更优秀的人”。近四年来,深中引进了八十余位海内外名校毕业的博士教师,他们在教学一线传道、授业、解惑。

 

为了让更多的同学在老师专业的引领下,激发对学科新兴领域的兴趣,了解学习相关前沿知识,朱华伟校长倡议开设深中博士讲堂。

202134日,在深圳中学新校区成德楼203,首期深中博士讲堂拉开了帷幕。

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本期博士讲堂的主讲人谭金旺老师为美国波士顿大学计算物理方向博士、博士后,曾任深圳大学助理教授、硕士生导师,现任深圳中学信息技术组教师、信息竞赛教练;担任广东省科技专家,深圳市科创委专家,深圳市海外高层次引进人才,主持广东省自然科学基金等多项基金项目。

在一片热烈的掌声中,朱华伟校长宣布首期博士讲堂正式开讲。

讲座伊始,谭金旺老师向大家进行了简短的自我介绍,随后,他谦虚地表示自己是第一次从学术会议的讲台上走下来,以深中教师的身份做“学术报告”,内心颇为忐忑,希望能在博士讲堂起到抛砖引玉的作用。

在讲授过程中,谭金旺老师谈到,计算物理学是一个将计算机科学与数学物理等基础学科结合的交叉学科,有着广泛的发展前景和应用场景。他指出,实时互动的游戏、场面宏大的电影和真实物质世界的科学研究都有着不同计算精度和计算效率的计算物理学的身影。

在讲述游戏与计算物理学的密切关系时,谭金旺老师以游戏“坎巴拉太空计划”为引例,通过游戏视频阐述了物理引擎的重要性。缺乏物理引擎的游戏仿佛与客观世界脱离,其真实性与流畅性将会大打折扣。

反观,具有优秀物理引擎的游戏的设计更加精密,效果更加震撼,更具真实感和沉浸感。以游戏动画中的物理引擎为切入点,谭老师进一步讲解了物理公式的计算机实现,其步骤为建立模型、列出公式、计算机离散化求解,形成一系列画面的迭代和循环,从而模拟出连续的物理过程。

接下来,谭金旺老师揭秘电影中“隐藏”的计算物理知识。他从逼真的动画电影出发,以加勒比海盗中的海水效果和冰雪奇缘的雪花效果为例子,剖析了电影以假乱真的动画效果背后的制作原理和物理模型,讲解深入浅出,趣味横生。

之后,谭金旺老师介绍了科学研究和工业设计中的计算物理学。他指出,特斯拉汽车的气动外形优化离不开计算物理学。正是计算机实现的空气动力学仿真效果使汽车周围空气流动状态可视化,进而指导实验和设计方案,造就了特斯拉汽车实现低能量消耗、高运动性能和优异操纵性的成功。

在首期深中博士讲堂的最后,谭金旺老师分享了毛主席的诗词“雄关漫道真如铁,而今迈步从头越”,与同时踏上基础教育之路新征程的各位老师共勉。

在结束后的提问环节中,同学们求学热情依然高涨,纷纷提出“如何制作物理引擎”与“纳维-斯托克斯方程存在性对流体力学的贡献”等相关问题与老师互动交流。谭老师耐心细致地回答,并鼓励同学们锻炼数学思维,钻研科学思想,形成自己的独特理解。

每一次粒子与粒子的碰撞都是力与力催开的花,每一个原子或分子都是新世界里熠熠生辉的基石,渺小而伟大。而谭金旺老师讲授的计算物理学则是老牌基础学科与新兴科学技术交会时那一抹神秘而绚烂的光,在刹那间点燃了这昂扬的、激情的、充满希望的2021年深中讲堂里的春天。


深中博士讲堂 | 谭金旺:从坎巴拉到特斯拉——计算物理学的广泛应用

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