.8.3 DAY14
S02 竞赛篇 E08
全国大学生物理
学术竞赛经验分享
马英猷
“CUPT是一个非常广的比赛，你以什么样的心态参加，往往就能决定你能收获什么东西。”
字数 4267
作者简介
马英猷：物理学院级本科生。曾分别以队员、队长、领队的身份带领北航校队参加全国大学生物理学术竞赛及其华北赛区预选赛，获得全国二等奖、全国一等奖和华北赛一等奖。
在我看来，全国大学生物理学术竞赛（China Undergraduate Physics Tournament，以下简称CUPT）是一个非常有特色的团体比赛，而最大的特色在于他非常“广”。
首先，这个比赛的覆盖时间和题目范围非常广。在比赛的足足一年之前，选手们就已经知晓了所有的17道比赛题目。是的，题目足够开放和困难，甚至有些还是当今热点的、悬而未解的前沿问题。他们覆盖力、热、光、电、声等几乎所有基础物理学的内容。选手们需要在这一年的时间里，对几乎每一个题目进行深度的理论推导，每个优秀的团队基本要做到有人能较熟练地运用分析力学、统计力学、电动力学这三大物理支柱（倒是没有量子力学），和流体力学、材料力学等偏工科的理论。此外，CUPT里选手还需要通过实验来辅佐或证明自己的理论，这就需要团队能够自行设计、组建和使用相关的实验器材，在这个过程中往往又会用到电路、探测器等方面的知识。
其次，这个比赛所锻炼的能力，以及所需要打交道的人数，也非常广，这是由比赛的独特赛制所决定的：每一轮比赛，一个赛场里有三支队伍参加，轮流派出一个人扮演正方，反方和评论方。正方需要在12分钟内通过PPT讲述自己的理论和实验，反方则是点评正方的做题水平，并与正方进行讨论，指出其优点与不足，而评论方负责分析正反双方在这一轮比赛的表现。最终，由评委根据他们的做题深度，展示能力和讨论所体现出的物理素养，来打出各自的分数。由此，决定选手们得分的因素，不只在于自己：自己对于题目的分析有多么深刻，还在于别人：他们如何把自己的工作清晰地向别人展示，以及如何理解与点评别人的展示。由此，除了选手自身的物理分析水平，他的展示、倾听、讨论能力，尤其是如何抓住并指出自己和别人重点的能力，都将会得到全方位的锻炼。另一方面，也因为会涉及到大量的选手之间直接对话，评委对选手的当面点评与指点，外加本身这也是一个团队比赛，因此这会创造大量与不同专业、不同学校的同学和大牛们交流学习的机会。
正因为这个比赛非常“广”，因此，你以什么样的方式利用他给你的资源，去侧重训练和利用你哪方面的能力，也就是如何取得好成绩的关键，更是你将从这个比赛收获什么的关键。在我看来，一个能冲击华北赛前二，乃至全国赛决赛的队伍，必须至少着重以下素质：
01
全面完整的解决实际问题的物理能力
由我这些年比赛和科研的经历，我认为通过物理思想处理一个实际问题，需要这么几步：
1.从实际问题提取出你所需要探究的，最好是可观测的物理量；
2.由物理量出发，分析背后的物理规律，并给实际问题添加适当近似，努力转化为自己会用的物理模型；
3.由物理模型寻找所有物理量之间的数学关系，将物理模型转为（尽可能自己可解的）数学模型；
4.对数学模型进行解析或者数值求解；
5.由物理量出发，设计、构建、使用定量实验装置，辅佐或证明自己的数学模型结果。
在我们平时的物理学习和作业中，我们所锻炼的往往只有第3步和第4步，基本上考试和作业题已经把第1步和第2步直接告诉我们了。然而在实际问题中，这两步和第5步，是更展现一个人“做题深度”和物理功底的地方。我们不妨以的一道题目（下图）为例，看看几个不同选手对于其中薄膜振动研究的不同深度：
选手甲:声音的高低、大小是由人吹气带动薄膜振动导致的。我们就用书上一维弦振动的公式来描述薄膜的运动。在实验上，我们做了一个汽笛，让实验者改变吹气的力度，倾听者用手机记下汽笛声音的响度，及对声音高低的感受。
选手乙：我们对汽笛列出气流的Navier-Stokes方程；对薄膜查阅文献，找到他的形变导致振动的方程，并在这两个方程中用流固耦合衔接条件。但是这个方程太复杂了，我们不会求解……实验中，我们用压强计、流量计等来维持和测量人所吹的气流，用Adobe Audition对录音进行Fourier变换，观察声音的频谱随气流压强、流速的变化。
选手丙:我们认为这道题的关键自变量是测量得到的气流的压强、流速，薄膜的泊松比，和中间管的半径（这个是自己设计可控的的），因变量则是Adobe Audition得到的声音基频和几个响度最大的频率。因此实验中我们在选手B的基础上，做了很多不同半径管、不同薄膜的汽笛。而理论上，我们又在选手B的基础上进行了一些近似：由于气流较小，可认为空气无粘且不可压缩，则将NS方程化为伯努利方程；由于很多时候薄膜振动较小，我们采用线性的近似方程；衔接条件上我们用时间平均做近似，转为两个定边界问题，最终求出解析解，和我们的很多实验结果半定量拟合。
选手丁:我们发现选手C的有些实验和理论不符，经过实验的仔细观察发现是薄膜已经是大变形导致的。我们对大变形的振动方程进行了数值求解，并标出不能用线性近似的区域。
由此可以看出，贴合题目的理论，恰当简洁的近似，一目了然的分析结果（数值和解析），精确可控的设计实验，都是做好一道题目的重点。也正由于平时物理教育不太重视这些内容，拥有他们往往就是脱颖而出的标志。
02
有限的时间内深入浅出地展示自己工作的能力
有些人可能会觉得奇怪，自己做的东西肯定自己最熟悉了，怎么会讲不清楚呢？无非是把自己做过的工作全都复述一遍，怕忘词的话就把这些内容都放在PPT上，时间紧的话无非就讲快一点而已……
如果你也是这么觉得，那你和（我见过的）大多数北航学子有着一样的误区，因为实际上一份工作自己很懂，和自己觉得自己嘴里讲的懂，和自己能跟别人讲的懂，可以说是三个不同的境界。可能用一个不太恰当的比方：就像一首曲子，脑子里能复现，和哼给自己听觉得不跑调，和能哼给别人听觉得不跑调，是三个事情。很多同学进行展示的时候，往往自己说的很快，很酣畅淋漓，而观众一脸懵逼……
那么，什么样的学术报告是优秀的，高效的，深入浅出的呢？回答这个问题未免太过困难，我即使到现在也尚在不断摸索中。在这里，我不妨说三个经典的，容易触雷的展示误区：
仪态：缺少对观众的观察和交流
01
学术展示并不是自己的一个show，而是展示者与观众交流的工具。一个普通的交流中观众往往会随时打断，问出自己没听懂的地方，而在学术报告中为了高效，采取先流畅展示，然后提问的方式，但这并不意味着展示中不需要在乎观众的感受和态度。一个优秀的展示者往往非常注重观察他的观众，能够随时判断自己对于某一部分内容的讲解是否过于深奥或者啰嗦，也能为之后的讨论环节做准备。为了让自己的展示不显得过于单调或者更加形象，展示者还应该时不时用激光笔或者肢体语言进行信息的补充或强调。而一般没有经验的选手可能要么因为紧张，全程都在紧盯PPT，要么沉浸在自己的表演里无视观众的反应（北航学子一般尤其如此，毕竟比起大多数学生都技高一筹）。
内容：没有重点地复述全部
02
面对自己精心准备了几个月乃至一年的内容，选手往往视若珍宝，哪里都不愿意舍弃，最后在展示中全程复述。这样往往导致观众疲于跟上选手的节奏，经常听着听着就有“我是谁？我在哪里？他正在干啥来着？”的迷茫。优秀的展示者往往会则安排若干个“爆点”进行重点阐述，其余相对琐碎的内容就一笔带过甚至忽略。
那么，如何判断自己要表述的内容中哪些并不是重点呢？一般来说，是越容易被人想到，越不会改变整体走向和结果的内容，尽管可能他是不可或缺的一步。比如通常来说，采取什么公式，得到什么方程是非常重要的，因为方程的解决定你最后的结论，而公式决定了你的物理思想和可靠程度。相比起来，求解方程的方法固然在“战术”上花费了多得多的时间和精力，但在“战略”上却是谁都知道要走的一条路，相比起来却可以忽略，除非用了非常创新，让人印象深刻的方法。
当然，判断是不是重点的原则都是相对的。可能你今天做的PPT这个内容是重点，但在一个月后他连一页都没占上。而其实有一个相对讨巧，也培养物理嗅觉的方法，就是分析这个题目为什么能够入选CUPT，主办方希望看到你在做这道题的什么内容？很多CUPT的题目本身就是科学前沿的热点话题（仅在我参加的各类学术报告中就至少听到过6次CUPT题目相关的工作），他们为什么会是热点？每一篇文章的创新是什么？思考这些，往往都会带来很大的启发。
PPT设计：罗列大量文字甚至直接念稿
03
有些选手要么不相信自己的陈述能力，要么不相信自己的记忆力，他们会把大量他们要讲的内容都放在PPT上，形成大量乌央乌央的文字。这样必然会导致观众迷惑：我是听你嘴上说的呢？还是看PPT上写的呢？高节奏的比赛中，观众往往选择只看PPT（那还要你何用？）。
一般来说，PPT并不是展示者的提词器或台词本，而是用来给展示者进行补充或强调的。补充的内容，往往就是展示者不容易口头表述的内容，或者不太需要口头表述但却是必需的内容。前者包括照片、图表、公式、数值解等，后者则包括参考文献、部分符号意义等。强调的内容，往往则包括整体框架（如各级标题），所采用的近似，结论等。即使是这些内容，也可以通过符号等方式进行大幅度简化。
我曾经听过一句对做PPT的建议，至今都觉得非常受用：PPT是PowerPoint，是拿来展示有力量的点，而不是展示Paragraph。
03
与其他人交流的能力
CUPT的交流有很多，我最想强调的是比赛后选手与选手、选手与评委的交流，在我看来这是CUPT和其他学科竞赛最大的区别。
由于CUPT几乎每一道题都覆盖了理论、实验甚至工程，因此每一个选手对于一道题的思路、理解与侧重肯定都不一样：有的人擅长理论，有的人擅长实验，或者哪怕都擅长实验的人，他们设计的实验可能也完全不同。因此去与其他（尤其是不同专业的）选手交流，往往能够极大地开阔自己的思路和丰富自己的认识。我曾经做过一道题，探究液滴滴到振荡的肥皂水表面上并不与之相融的现象，这是因为中间存在一层没来得及排尽的空气薄膜的缘故。我曾经想过很多办法怎么验证这层气膜的存在，最后也只是用防水的高速摄像机拍下一个模糊的浅层凑合交差。而当我看到5系的同学通过全反射一目了然地证明气膜存在的时候，那种在自己已经穷尽一切可能而不得，而和别人讨论后获得新思路、新角度的醍醐灌顶之感，在我看来是我CUPT这几年最难忘的时刻。
同理，和评委老师的交流也很宝贵，在其他比赛中很少会遇到评委能面对面地给自己工作提出意见的机会，而在CUPT中至少每轮的正方都会面对来自多位老师的指点。
结语
其实还有很多比较重要的内容，比如如何合作、倾听、时间规划等，但由于篇幅有限，我只重点阐述在物理理解、工作展示和学术交流这三方面写下一点这些年的总结。这些内容很可能也需要大家亲自参与才能有更好的体会。不过总之，我希望大家谨记住一开始说的那句话，CUPT是一个非常广的比赛，你以什么样的心态参加，往往就能决定你能收获什么东西。用一点文艺的话说，你是怎么对待CUPT的，CUPT也会怎么回报你。最后，预祝所有选手都能有一份宝贵难忘的参赛经历！
END
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编辑/柠檬
图片/微言航语视觉传达组
