2025年7月14日至18日,中国科学技术大学举办“小科豆”暑期成长营,面向小学四至六年级学生,旨在利用学校资源,增进孩子们对科大及父母工作的了解,培养其热爱科学、追求创新的精神。作为成长营的重要环节,数学科学学院于16日下午在东校区第五教学楼策划并承办了一场别开生面的科学探索活动。本次活动由学院“数学与应用科普基地”(中国数学会科普教育基地)组织,傅孝明副教授及孙天阳、韩嘉程、杜伟、邢思媛、程元元五名研究生共同主讲,包含六场精彩讲座及丰富的动手实践与趣味答题环节。
活动在傅孝明副教授题为“无处不在的几何”的科普报告中拉开序幕。他从古埃及土地测量的实践起源讲起,带领“小科豆”们追溯几何学的发展历程。他通过地球仪、屋顶建筑、虚拟三维模型等丰富实例,深入浅出地阐释了“自由曲面”的概念及其在现实与数学世界中的广泛应用。讲座中通过“橘皮成型”、“镜杯碟艺术”和“纸片阴影艺术”等生动案例,不仅揭示了其中蕴含的数学原理,也为后续的动手实践奠定了理论基础。
随后,研究生孙天阳主持了以3D打印为主题的互动环节。他通过抛出“3D打印机的工作原理?”“与传统雕刻的区别?”“3D打印的应用场景?”等问题,成功激发了孩子们的好奇心与思考。现场气氛热烈,“小科豆”们踊跃发言,分享见解,在热烈的讨论中对3D打印技术形成了直观认识。
韩嘉程同学引领大家体验了基于数学几何原理的鲁班锁。他介绍道,鲁班锁灵感源于中国古代榫卯结构,其巧妙地将三维模型分解为按特定顺序拼接的部件,通过凹凸嵌合形成稳固整体,其对称平衡的设计体现了传统工艺的智慧。在动手环节,孩子们在志愿者指导下亲手拆解和组装3D打印的鲁班锁,在乐趣中感受空间结构与逻辑思维的交融。
杜伟同学带来的“魔镜艺术”环节则展示了光学与几何的神奇结合。他讲解了“焦散设计”的核心原理——通过将光信息“编码”于玻璃的形状中,经加工打磨,光照下便能呈现出特定图案。孩子们拿起看似普通的板材,在灯光下见证了奇妙图案的瞬间浮现,近距离体验了科技与艺术的魅力。
邢思媛同学讲解并指导了“纸片阴影艺术”。这种独特的艺术形式通过精心设计纸片形状,可在灯光下投射出多个不同图案。她简要介绍了GCL实验室开发的算法思路:将多幅图像生成分段可展曲面的问题分解为单幅图像处理,再合并结果并自动优化纸片形状,最终实现特定投影效果。孩子们动手旋转纸雕作品,观察其投影随角度变幻呈现出的多样图案。
最后,程元元同学带领大家进行了“橘皮成形”体验。这是一种将平面设计映射到橘子表面,通过精准切割获得目标立体模型的艺术。孩子们在志愿者帮助下,依据图纸在橘皮上刻画、切割,最终剥下并展开成生动造型,在实践中真切体会了数学映射与艺术设计的巧妙融合。
活动还穿插了充满趣味的数学小游戏。在孙天阳同学主持下,孩子们积极参与“24点”游戏。面对屏幕上的题目,大家踊跃举手,争相给出解法,现场脑力激荡。这一环节有效锻炼了孩子们的心算与逻辑思维能力,让他们在轻松氛围中感受数学的乐趣。
本次数学科学学院承办的科普活动,成功将理论讲座与动手实践紧密结合,让抽象的数学知识走出课本,通过亲身体验变得生动、有趣且富有意义。“小科豆”们在直接互动和探索科研成果的过程中,不仅直观领略了数学与几何的无穷魅力,更有效培养了观察、思考和解决问题的能力,进一步点燃了对科学探索的热情。