關(guān)于垃圾分類回收，你一定不會陌生。可你知道嗎？這不僅是社會問題，同樣也是數(shù)學(xué)問題。
近日，在北京舉行的第三屆“登峰杯”全國中學(xué)生學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新大賽全國總決賽上，由進(jìn)才中學(xué)4名新高三學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)，代表上海參賽并奪得數(shù)學(xué)建模競賽一等獎。他們的研究對象正是垃圾分類回收。
全程一等獎實(shí)至名歸
所謂數(shù)學(xué)建模，即根據(jù)實(shí)際問題來建立數(shù)學(xué)模型，并對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，然后根據(jù)結(jié)果去解決實(shí)際問題。通俗地講，我們熟悉的數(shù)學(xué)應(yīng)用題是簡化的數(shù)學(xué)模型，而數(shù)學(xué)建模則是解應(yīng)用題的延伸與擴(kuò)展。相較于單純的理論性分析，用數(shù)學(xué)建模的方法對實(shí)際問題進(jìn)行研究，優(yōu)勢在于邏輯嚴(yán)密、客觀嚴(yán)謹(jǐn)、更具有說服力，即我們通常所說的用數(shù)字“說話”。
由清華大學(xué)教育研究院、中國高等教育學(xué)會學(xué)習(xí)科學(xué)研究分會共同主辦的“登峰杯”全國中學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，旨在更好地銜接高中數(shù)學(xué)與大學(xué)數(shù)學(xué)，提高中學(xué)生以團(tuán)隊(duì)方式解決問題的綜合能力，培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力。這一賽事今年是第三屆，每屆聚焦一個和社會民生相關(guān)的實(shí)際問題，今年的主題是垃圾分類回收。
競賽分初賽、復(fù)賽和決賽3個階段。前兩個階段在全國各地舉行，參賽隊(duì)需在規(guī)定時間內(nèi)根據(jù)命題完成數(shù)學(xué)建模并寫出論文，復(fù)賽還需接受網(wǎng)絡(luò)答辯。由繆昌昊、苗馨寧、申奧和施以恒4位同學(xué)組成的團(tuán)隊(duì)，從全國2000多支隊(duì)伍中脫穎而出，以初賽一等獎、復(fù)賽一等獎的成績進(jìn)入全國28強(qiáng)，獲得代表上海參加總決賽的資格。
初賽階段，4名隊(duì)員受一篇關(guān)于外賣垃圾的新聞啟發(fā)，合作利用數(shù)學(xué)模型就外賣垃圾對環(huán)境的長期影響進(jìn)行評估。他們以浦東一中檔小區(qū)為研究對象，通過問卷和現(xiàn)場調(diào)查，分別收集了工作日和休息日的居民外賣點(diǎn)餐數(shù)據(jù)，由此估算出一個月內(nèi)該小區(qū)外賣產(chǎn)生的固體廢棄物總量，并對垃圾進(jìn)行歸類。通過權(quán)衡了人力、物力、殘留污染以及對環(huán)境的影響等因素，定量分析出不同類型垃圾的最優(yōu)處理方式：紙質(zhì)垃圾最優(yōu)的處理方式是填埋，塑料垃圾適合回收后焚燒，木質(zhì)垃圾和廚余垃圾最適合堆肥。團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，人群居住區(qū)域距離商業(yè)區(qū)越近，產(chǎn)生的固體廢棄物越多；21至27歲之間的年輕人叫外賣次數(shù)較多，產(chǎn)生的固體廢棄物也較多；男性產(chǎn)生的外賣垃圾固體廢棄物多于女性等。
復(fù)賽階段，團(tuán)隊(duì)開始思考“如何利用經(jīng)濟(jì)杠桿促進(jìn)城市生活垃圾分類”。4名隊(duì)員經(jīng)過數(shù)學(xué)建模，評估上海關(guān)于生活垃圾分類的實(shí)施細(xì)則中垃圾處理收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的合理性，以及獎懲辦法的有效性和可持續(xù)性；同時，以戶為單位，根據(jù)居民生活垃圾的產(chǎn)生量和所在城市經(jīng)濟(jì)水平計(jì)算出應(yīng)征收的垃圾處理費(fèi)用，并以此為依據(jù)，估算出上海每戶年應(yīng)繳垃圾處理費(fèi)應(yīng)為54.7元，“我們同步進(jìn)行了問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這個數(shù)字低于居民的意愿繳費(fèi)額，這證明，上海居民對垃圾分類回收利用的繳費(fèi)持積極態(tài)度，我們計(jì)算出的價(jià)格并未超過其承受范圍。”隊(duì)員施以恒說。
數(shù)學(xué)思維和團(tuán)隊(duì)合作并重
相較于在上海舉行的初賽和復(fù)賽，在北京舉行的數(shù)學(xué)建模總決賽更像是一次學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)真人秀。
記者了解到，總決賽不同于一般的封閉式競賽考試，而是講究團(tuán)隊(duì)合作。來自全國的28支隊(duì)伍，在現(xiàn)場同時拿到兩個賽題：“垃圾處理的收費(fèi)制度及其有效性”和“宏觀政策對垃圾處理的影響”。二選一后，只有兩天的時間用數(shù)學(xué)建模展開研究，并提交建模論文，期間還需接受開題和中期答辯，第三天上午就需參加最終答辯，并當(dāng)即公布比賽成績。
與其說，這是一次個人實(shí)力的較量，不如說，這是一場團(tuán)隊(duì)合作的比拼。比賽期間，賽場是半開放式的，所有參賽隊(duì)員吃住都在一所學(xué)校里，白天參賽，晚上回寢室休息，團(tuán)隊(duì)可自由討論。在看似自由的賽場氛圍里，參賽選手卻始終保持高度緊張。進(jìn)才的4名學(xué)生熬夜加班，兩晚一共只睡了約6小時，外省市隊(duì)員還有通宵達(dá)旦連軸轉(zhuǎn)的。隊(duì)員苗馨寧回憶，一天深夜，她和來自外省市的一位室友各自在電腦前趕建模論文，“那鍵盤的敲擊聲，讓我提前感受到了大學(xué)的感覺。”她說。
有意思的是，進(jìn)才這個一等獎團(tuán)隊(duì)里的4位學(xué)生，并非大家想象中的“數(shù)學(xué)學(xué)霸”。團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師孫冬梅坦言，這4名學(xué)生的數(shù)學(xué)成績在年級屬于中等偏上，有的對計(jì)算機(jī)有興趣，有的在口頭和文字表達(dá)方面有特長，“比賽中他們各取所長、默契配合，這個成績是團(tuán)隊(duì)合作的成果。”更讓人欣慰的是，通過這次比賽4名學(xué)生都表示受益匪淺。“數(shù)學(xué)建模讓我感受到了數(shù)學(xué)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，讓我學(xué)會了更加客觀、全面、周詳?shù)厮伎紗栴}。”苗馨寧感言，今后她不一定會從事數(shù)學(xué)方面的工作，但縝密的數(shù)學(xué)思維會讓她一生受益。
