志在力学万里程

“给我一个支点,我将撬起整个地球.”两千三百年前,伟大的古希腊哲学家、数学家、力学家阿基米德的一句名言彰显了力学的神奇魅力.

力学之美在哪里?从孩子们手中玩耍的陀螺,到杂技演员展现的各种技艺,力学之美存在于我们的日常生活中；从潮汐的形成到天体的运转,力学之美隐含在自然界的规律中；从国王浮起的“”到“牛顿看到下落的苹果”,力学之美存在于各种充满着趣味和智慧的科学小故事中等

看上去,人们好像都知道一点力学,但您知道吗?“力学作为自然科学的第一个定量学科,发展至今,其现状与以前已大不一样,尤其在研究的深度与广度方面.今天我们的很多工程设计与对自然灾害发生发展规律的揭示及防治都需要高水平的力学研究去支撑,而不仅仅是弄几个力学专业词汇以至于没有深入的力学研究就能有效推动的,它需要创新来促使旧貌换新颜.”兰州大学土木工程与力学学院院长周又和教授一席话,代表了中国力学研究中坚力量的思考方向.

登上塔尖可以看到广袤的风景,站上巨人肩膀可以推动科学研究的快速前行,无论如何都要用尽全力向上攀缘才行.尤其在科学研究方面,更要用功、用心、用智,才可发现攀缘的阶梯.周又和与力学的渊源已30年有余,在力学的天地里不断地攀缘.追本溯源,他的历程是一条汗水凝聚着收获、前行伴随着思索、创新驱动着发展的奋发有为之路.

立志为学――开启人生精彩梦

周天寒彻何所依,又见彩虹艳阳起.和煦春风遍地吹,馥郁桃花满山.

诗言志,一首诗能够折射出一个人的所感、所想.2011年1月6日,周又和闲来写下了这首诗,以总结自己多年来的人生感悟.诗如其人,可以感受到,周又和在用心参悟生命,在用汗水铺就人生的精彩之旅.

周又和,1957年5月出生于湖北汉川的一个普通农村家庭.家中有兄弟六人,周又和排行第四,他上面还有一个姐姐,全家日子过得十分清贫.在上世纪60年代初,大哥考入初中学习,毕业前夕父亲突发重病,亲友们力劝父亲让大哥回家务农以缓解危难,但父亲不忍心让成绩优秀的大哥辍学.为了减轻家庭负担,大哥以优异的中考成绩考取了能提供生活费的孝感师范学校,毕业后当上了一名人民教师.但受温饱问题和“”的影响,大哥之后的两兄一姐的读书都止于小学.到周又和及其两个弟弟读书时,家中困境略有缓解,父亲就坚持让他们多读点书.所幸的是,他们因亲历农村的穷苦生活,所以立志发奋读书以改变贫穷面貌.这样,他家共有兄弟四人实现了读书的梦想,这在当地也算是一段佳话.

对周又和人生成长影响最深的是他的父亲与大哥,他们对于人生乐观向上的态度、敢为人先的干劲一直深深地扎在了周又和的脑海里.在当地,父亲周协堂是种田能手,上世纪50年代初期曾担任过合作社的蔬菜排排长,对于在何时何地种什么庄稼他都了然于心,精心耕作,成为生产队种田的“高级参谋”；那时,自留地是全家人生活的主要依靠,他也敢在自留地里种当地人没有种过的生姜与花菜等,并能获得好的收成.大哥周运和对工作一丝不苟,通过不断努力,能力持续得到提升,在上世纪70年代后期,他通过报考函授大学班获得了大学文凭从而圆了他的“大学梦”,从一名小学老师迅速提拔到初中、高中任教,恢复高考后成为县里有名的高中数学老师,90年代还出任过县重点高中汉川二中的副校长.父亲经常以大哥的优异成绩为自豪,并用大哥的范例来引导与教育其它小孩.受此影响,大哥带回家的数学书籍,周又和“偷偷”拿去学习,因此他从小数学成绩就拔尖.在“教育回潮”的1972年,周又和于当年春季进入高中学习,有幸遇上了抓基础教育质量的好时机.那时学校狠抓基础教育,经常进行课程单元考试,他的数学与物理成绩总是名列年级前茅.为此,任课老师还给他开小灶,将“”前高中课本中的一些较难习题给他做,他总能做出,深得老师的喜爱.得益于扎实的基础,在年底学校举办的高中一年级数学竞赛中,他以满分第一名博得头彩,由此奠定了他的自信心,“立志读书”的信念也在这时候悄然种下.1973年夏天起,受“”干扰,全国遍地搞“开门办学”,学校不敢再抓学习,但周又和始终坚守对学习的信念,支撑着他走过人生不平凡的岁月.哪怕在盛行“读书无用论”的年代,他也从未在学习上有过动摇,一路向上,翱翔书海.

在“”那个风雨飘摇的年代,除了生活困苦的磨难外,周又和遇到的更大苦恼是他继续深造的梦想遥遥无望.1974年7月高中毕业后,周又和回乡务农,这一“停滞”就是近四年.在此期间他干过各种农活,当过大队加工厂的“技术工人”,做过生产队的会计,还当过高中民办教师.一步步,他靠的都是自己的实力,小小的改进也给他以慰藉.对于能当上教师这一事,周又和还有一段“励志”经历.那是1976年,他当会计时,因为对数学的兴趣,一次在县城偶然写到一本西安交通大学编写的《高等数学》,喜不自禁.于是,就开始自学,认真做题.他发现书上多处习题答案出错,但又不敢相信会有此事.“初生牛犊不怕虎”,带着疑惑,他就大胆地给教材编写组写信求助,最终得到回复,他的解答竟是正确的!一名不到20岁的高中生敢于“挑战”大学教材,这在当时可是少有的事.这件事不仅让他极受鼓舞,也给了他很大的影响,以至上大学后,他凡事不崇拜、不盲从,养成了独立思考、敢于挑战的科学精神.也因为这件事,周又和引起了当地有关部门注意,1977年6月,他当上了一名高中民办物理教师.

科学的春天带来周又和命运的转折.深受“数学上的明珠”――陈景润的故事影响的他,在恢复高考的1977年,成功地考上了大学――踏上了恢复高考的“第一班车”,1978年春季进入大学学习.

结缘力学――奏响扬帆学海歌力争上游竞扬帆,学海行舟引潮掀.前程宽广护天地,沿峭硕果令神叹.

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2011年3月17日,周又和又写下这首诗,以纪念自己力学学习与工作的34年,表达他对力学的赞美及对工作的总结和展望.有谁能知道,这样一位与力学有着深厚渊源的学者,与力学结缘,却是“机缘巧合”.

向来成绩优异的周又和如愿考上大学,进入华中工学院（现为华中科技大学）力学专业学习.这一专业并非他所填报的志愿,只因学校要加强力学师资培养,就在所报相近专业的优秀考生中挑选,这样他被调剂进入力学专业的师资班.周又和说他当时对力学知之甚少,幸运的是这一专业与数学有着紧密的关系,也算是能发挥他在这方面的特长,为学好专业课程发挥了作用,从此就开启了他的“力学人生”.

周又和抓住来之不易的机遇,发奋学习.当他得知数学和物理对所学专业的重要性后,除了学好力学课程外,也着力学好数学与物理课程,这为他日后的发展奠定了坚实的基础.还在大一与大二期间,学校先后组织了大学生数学与物理竞赛,他都积极参加.在数学竞赛中,他为班级获得数学竞赛三等奖,这是按班级参赛前五名考试成绩的总成绩确定的,他是其中五名之一.在物理竞赛中,周又和获得个人三等奖.他取得的这些好成绩,使他在大学期间开始崭露头角.在毕业前夕做本科毕业论文的四周内,指导老师让他就皮带弹簧振子系统自激振动极限环的存在性开展定性分析研究.周又和在得知该问题还没有解决后,他饱满,通过严谨的力学和数学分析,使这一问题得以解决,他的科研能力深得老师的赞誉.这一研究论文投到学术期刊《华中工学院学报》,并于1983年发表.这在当时的本科论文中并不多见,也让他初尝到研究成功的滋味.到大学毕业时,师资班中的学生只有成绩好的才可被选留任教.加上他的获奖与毕业论文研究所埋下的良好伏笔,他有幸留校任力学教师.

“前程宽广护天地,沿峭硕果令神叹.”正如诗中所描述的一样,随着研究的深入,周又和越来越深刻地体会到力学的博大精深与无穷奥妙,探求的也日渐强烈.在不断攀爬塔的过程中,累积了让他享用一生的宝贵知识财富.

1987年9月,周又和从华中工学院慕名来到兰州大学,在知名力学科学家与教育家叶开沅教授的指导下攻读博士学位.叶开沅教授是著名力学科学家钱伟长院士的得意弟子,我国第一个力学专业――北京大学力学专业的五位创办人之一,1956年获首届国家自然科学奖二等奖.此前,周又和参与的圆薄板大挠度非线性问题各种解析解法的收敛性证明与定量研究获得突出进展.由于求解非线性问题的解法都涉及到无穷展开或无穷迭代,其收敛性是判断和保证求解方法有效性的基本数学课题,当时没人做过这方面的研究工作,成为非线性科学的一个难题.他与郑晓静一道迎难而上,针对圆薄板大挠度非线性问题,寻找到严格的数学证明途径解决了这一棘手难题,使这一研究获得重大突破.这些研究成果赢得了非线性力学领域的著名科学家钱伟长院士与郭仲衡院士的高度赞誉,被认为是该领域“国内外少见的优秀工作”,“已处国内外领先地位,是五十年来该课题最完备的一项研究”.周又和的能力由此也深得叶开沅教授的赏识.在此基础上,叶先生安排周又和就航空仪表中的谐振压力传感器的力学特性开展研究.针对这一非线性动力学问题,周又和提出了自己的研究方法.首先将非线性动态解分解为静平衡部分与在此基础上的动力扰动部分,从理论上证明了静态解对小扰动线性自由振动固有频率的影响,从而确认了谐振压力传感器工作原理的可行性；随后,以静态非线性问题级数解法的高精度解为基础,对小扰动线性自由振动的振型函数采用幂级数展开后,提出的展开系数线性变换格式将所导出的无穷阶代数特征值问题转化为有限阶,从而使解的精度得到提升且计算量大幅减小；最后,采用奇异摄动法讨论了大振幅非线性振动的振幅对固有频率的影响.在这一研究路径下,他定量给出了振弦式与振膜式谐振压力传感器的高精度压力-频率特征关系,并给出了圆板受均匀面内压力的屈曲失稳临界值及后屈曲力学特征的定量结果等.周又和的博士生将这一方法还推广到热弹性非线性梁板结构与非线性功能梯度材料梁板结构的力学特性分析中.他在这一领域的这两项研究成果先后获1992和1996年度甘肃省科技进步奖二等奖.

“机会总是留给有准备的人.”这句话用在周又和身上再合适不过.很多人在看到他的骄人成绩时,总会认为他的机会太好了,想啥有啥.但他心里很清楚,为了这些收获,他常常加班加点超常工作,付出了艰辛与努力.40岁之前,他很少在凌晨一点前睡觉,有时甚至通宵达旦.而每一项研究,都会遇到不少困难.对于困难,他敢于面对并给予有效化解.他说,“对于一名科研工作者,找可做的对象是困难,寻求解决途径是困难,学习新知识是困难,解决问题仍是困难,表达科研成果还是困难,周而复始.然而,人的能力就是在克服各种困难的过程中得以形成与发展的.”正是这种敢于直面困难的态度和乐于钻研的拼搏精神,使他打响了研究生涯的“重炮”――建立起了独立从事科学研究的能力.

跨出国门――攻坚克难勇往前

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光阴如箭穿心过,明媚日月照人还.

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1989年年底周又和获博士学位后留在兰州大学任教.随着薄板非线性力学研究取得重要突破带来的科研能力和自信心,他接下来的研究便一发不可收拾.1990年前,周又和就在思考转变研究方向.1985年美国机械工程师协会应用力学分会围绕“固体力学的未来发展趋势”撰写了十余篇综述论文,其中4篇提到电磁固体力学为今后固体力学的新方向,指出“必须发展电磁力学理论”,“磁与力学耦合问题将是一个重要的研究领域”.在国内,当时这方面研究尚未展开.1991年,时任中国力学学会理事长的王仁院士在兰州参加全国现代数学与力学学术会议期间,得知周又和与郑晓静要开展这一领域的研究,就对他们的这一选择给予了极力支持和鼓励,使他们更坚定了信心.此后,周又和的科学研究也就是围绕这一与高科技密切关联的新兴交叉学科有针对性展开的.当时,电磁固体力学遇到的主要问题有：铁磁梁式板结构在横向磁场中的磁弹性失稳临界磁场的实验结果远低于理论预测值,致使理论预测偏于不安全；铁磁壳的力学实验结果远低于理论预测值,且不同理论模型预测的结果相差很大；针对仿托卡马克聚变堆实验中超导磁体的磁弹性失稳临界电流的理论预测也与实验有较大偏差；上述两类磁弹性力学问题从弯曲发展到失稳的弯曲路径没有理论上的揭示；多场耦合非线性的定量分析方法很少,商业软件不能实现其定量分析等等.周又和围绕这些基础问题开展研究,逐渐发展到包括压电智能结构的动力控制,超导悬浮与断裂力学、超导交变损耗与磁通跳跃失稳、超磁致伸缩智能材料与控制等的建模及多场耦合非线性力学特性分析,小波方法及其在强非线性问题中的应用等等,均取得了突出成果.而这些新的前沿科学研究的成功探讨,要得益于周又和的“走出去战略”.

走出国门,是周又和实现科研跨越的一个重要历程.1993年9月至1994年7月,他作为访问学者在美国肯塔基大学从事合作研究.1994年7月至1995年7月,作为外国研究员在日本大学核工程研究实验室与国际电磁固体力学知名学者KenzoMiya教授在电磁固体力学领域开展合作研究,取得有实质性进展的创新成果,促成日本应用电磁材料与力学学会于1995年和2007年两度向兰州大学捐资共400万日元设立优秀研究生奖励基金.1998年6―12月和2002年3～5月,他作为高级访问学者两度赴美国加州大学河滨分校与Q.Jiang教授开展合作研究.

从美国到日本,从压电智能结构的力学研究到铁磁、超导等电磁固体力学研究等周又和马不停蹄,尽自己最大可能扩展着前沿知识,丰富着所涉及的先进领域.很多人会诧异地问他：“只见过从日本转到美国学习深造的,为什么你要从美国这样好的环境跳出去到日本呢?”周又和的回答表明了他自己的态度：“当时纯粹从学术角度去考虑问题,从哪儿到哪儿无所谓,哪里能促进发展就到哪里,出国是为了增强能力、扩展视野.”

“认真钻研、敢于挑战”的科学精神和品格贯穿于周又和的整个求学生涯中.初到日本时,恰逢他的合作教授Miya出差欧洲,他没有因此受到影响,而是整日埋首于Miya教授研究组的书房中,阅读各种学术书刊.当时,一本国际学术会议论文集上发表的关于铁磁板在面内磁场作用下振动频率上升的实验研究,引起了周又和的关注与兴趣.在此之前,他对此也有过理论分析,所得结果为对应于固有频率下降的失稳,而实验结果却是频率上升.对于一位以理论研究见长的年轻学者来说,这是极好机会,因为实验结果是不容否定的,问题只可能出在理论模型或定量分析方法上.两周后,Miya教授从欧洲回到大学,周又和就向Miya教授提到了这一实验.在得知相关研究没有给出理论解释后,他表示想做这一问题的研究.对此,Miya教授既没有表示支持也不反对.因为Miya教授知道,这一研究难度相当大,他的研究组拥有最强的计算程序,曾开展过这一问题的定量计算,却屡试都没有进展.但周又和并不因此而退缩,反而更来劲,开始寻找突破口.不到三个月,他通过建立新的磁力表征模型就把这一问题解决了!当周又和将整理成的研究论文拿给Miya教授时,Miya教授十分惊讶：这位既不是学电力工程、也不是从事电力工程工作的中国年轻力学学者如此快速地解决了这一难题,所写论文中涉及的电磁学部分是如此严密和准确!而这一快速突破和严密准确的背后,是周又和在大学期间良好的电磁学与数学知识积累,当然更离不开他持续的付出和努力.回国后,周又和通过系统深入研究基本模型与定量方法,完全解决了这类铁磁材料结构磁弹性力学研究中所存在的基本问题.乌克兰力学学者Podilchuk等人在2005年发表的论文中对这类模型的研究进展进行评述时,将周又和的完整模型与这一领域的国际知名学者的其它模型并列给出,由此评述展示了周又和的模型是自Maxwell提出电磁应力张量以来该领域几项代表性发展中最新的一个.意大利学者Nobili等人在2007年发表的论文中评述这一磁固体力学研究的线性化处理所存在的缺陷后,采用了周又和发表论文中的观点指出“最后也是最重要的是线性检测设导致刻画磁性体内的分布力有众多表征方式”.国际学者Soh等人在2007年发表论文的评述中指出,日本学者“Takagi等人完成了软铁磁板在沿长度方向的磁场中的振动,结果显示为磁化影响使得频率增加.”并通过引用周又和的发表论文,指出周又和发现了“经典磁弹性理论得到的由磁效应引起的频率是下降的.”随后又进一步指出,周又和建立的完整模型是“放弃了磁弹性应力张量,发展了一个类似于弹性应力的新的理论.由这一新的理论得到的结果可解释这一实验结果.

周又和研究组后来在超导力学方面的研究也是源自于在大学的工作.日本作为新能源装置的磁约束热核聚变反应堆开发研究的主导国家之一,对相关研究投入很大,大学在东海就建有一座小型的实验聚变反应堆供研究使用.虽然此前周又和知道一些这方面的信息,但身临其境更加深了认识,加之Miya教授继美国康乃尔大学的Moon院士后,也做了仿托卡马克装置中超导磁体磁弹性失稳的实验测量和理论研究.周又和在发现理论预测与实验结果有偏差,且弯曲过程没有给出理论揭示后,也同时开展了这一问题的理论建模和分析方法研究,追踪出磁弹性弯曲路径并得到失稳临界电流,所得结果与实验十分吻合.随后他又将这一研究推广到与日本名古屋在建螺旋型聚变反应堆相关联的超导磁体的磁弹性力学分析中.相关的2篇论文均在国际期刊FusionEngineeringandDesign发表.回国后,除了将这一研究推广到动力特性分析外,周又和研究组还开启了超导磁悬浮、超导块材断裂、超导变形与超导特性的相互作用、超导交变损耗与磁通跳跃失稳、超导CICC导体复合股线等的力学理论与实验研究,取得了显著成效.有关超导磁悬浮动力特性的理论研究论文在学术期刊IEEETrans.AppliedSuperconductivity发表后,2008年获IEEE超导委员会这一国际学术组织授予的最佳贡献论文奖,他指导的超导悬浮力特性实验研究的博士论文于2010年获全国优秀博士论文奖.此外,在日本期间,周又和对新兴学术前沿的敏锐能力也值得称道.Miya教授除了电磁固体力学研究外,开展的另一研究领域为无损探伤检测.当时,Miya教授的一名博士生正在采用刚刚形成的最新数学方法――小波理论来从事核电工程中金属结构无损检测方法的理论研究.由于小波理论对短时信号处理的有效性,这一新的数学方法得到了不同领域学者的广泛关注,以图改进和解决工程应用中的一些遗留问题,提高其有效性.但是,对小波理论的理解,需要有良好的数学知识,多数非数学专业学者刚入门时就往往被难住,加之当时数学界知道这一理论的人也不多.在此情形下,Miya教授虽已多次听取博士生的汇报,却一直没能理解和接受.1994年11月,周又和在得知这一情形后,以他数学知识的优势,结合傅里叶分析方法的相关特性,先从不同简单小波的特点、计算格式及应用举例出发,再到小波理论的一般框架及小波应用进行介绍,就容易理解了.在短短两周内,他写出了50页的英文小册子,Miya教授看后很快就理解了,随后安排他在研究组讲授.周又和回国后,将这一新的数学方法及应用给予了有效拓展.他与研究生一道将小波方法最先运用于梁板结构的力学分析以及压电智能结构的动力控制特性研究中,提出的延拓技术解决了小波方法应用于初、边值问题时的边界跳跃问题.基于小波理论建立的计算量小且精度高的拉普拉斯数值反演方法及改进的小波生成方法获得了英国、波兰、国防科大等国外国内动力学与控制学科学者的多次大篇幅采用,近期所提出的求解非线性问题的小波方法成功地解决了求解非线性问题的封闭性问题,为求解强非线性问题提供了通用方法.控制理论和控制工程知名学者柴天佑院士在发表的论文中指出,周又和他们“将小波理论中的函数逼近方法引入到压电智能结构的动力控制问题之中,得到了该领域理论研究的一种新思路”.

在去日本之前,周又和先是在肯塔基大学土木工程系从事其合作教授交给的扇形板力学研究,在不到二个月的时间就得到了满意的结果,其论文后来在ComputerandStructures发表.一个偶然的机会,使他能师从压电智能结构动力控制的国际知名学者H.S.Tzou教授.1993年的10月下旬,周又和参加了肯塔基大学华人留学生会举办的一次聚会,认识了Tzou教授的一名博士生,得知Tzou教授正在物色合作者以开展非线性压电智能结构的力学特性的定量研究.结合到自己正要开展的电磁固体力学研究,他也想在这方面有所拓展.他也得知,Tzou教授已出版了几部专著,3篇论文获美国机械工程师协会授予的“BestPaperAward”奖励,要求的门槛很高,一般不轻易接受,因为要他提供资助.在周又和简要介绍了他在薄板非线性力学方面的研究工作后,该博士生答应转达周又和的意图.11月初,Tzou教授约周又和去面谈,当即答应次年起开始在他的研究组工作.到1994年5月底,周又和接到大学Miya教授的邀请函,欢喜不已.当时,Miya教授是日本应用电磁材料与力学学会的会长,Int.J.Appl.MagicMaterial&Mechanics国际学术期刊主编,国际著名电磁固体力学学者.出国前,周又和就与Miya教授联系过,想去他那里做研究,但一直没有收到回复.到7月上旬办好手续后,周又和于7月中旬中断美国的工作去了日本.这期间他与Tzou教授合作完成的三篇论文日后在国际期刊上发表,首次给出的非线性压电结构力学特征与控制特性的定量结果被后来的同行学者大量引用,其研究也为周又和回国后将小波理论运用到压电智能结构动力控制的理论研究和开展压电梯度功能材料的断裂力学特性研究奠定了基础.

在美国加州大学河滨分校机械工程系学术访问期间,周又和与Q.Jiang教授就旋转压电体表面声波的传播力学特性开展合作研究.这是Jiang教授正在开展的一项研究工作,主要为寻找新的旋转体转速测量传感器在力学原理上进行探讨,即建立表面波传播速度随转动角速度的变化特征关系.周又和进入后,针对这一力学问题从数学上证明了表面波的存在性,给出了波速存在范围的判别公式,定量给出了波速随转动角速度变化的特征关系,相关合作研究论文在TheJournalofAppliedMathematicsandPhysics（ZAMP）学术期刊上发表.

从本科生到一名高校教师与在职硕士生,从华中工学院到兰州大学师从叶开沅教授攻读博士学位,从兰州大学留校任教再到赴美国肯塔基大学合作研究,从美国到日本,再到回国后又赴美国加州大学等周又和用近20年的时间画了一个“圆”,而这一“圆”里有丰硕的果实.周又和的科研之路,是一条伴随着面对一个又一个科学问题的挑战并将它们加以解决的绵延起伏之路.这样的循环在外人看来也许充满艰辛和挑战,但对他来说,正是这一次又一次的挑战成就了不一样的风景,使他的人生更为丰厚和挺拔,也使他的科学研究“开枝散叶”,“旧貌换新颜”.

立足国内――开疆拓土竟驰骋

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似曾相识非旧貌,锦色百花开满园.

1995年7月底回国前夕,周又和在日本突然接到大哥的信,告知父亲病重,于是返回国内就从上海直接赶往家乡看望父亲.看到父亲的重病不可逆转时,他伤心不已.陪伴两周后,在父亲坚持的下,他回到了兰州大学.8月底,父亲离世,这给周又和带来了沉重的打击.父亲在世时,周又和因工作太忙又远离家乡,没能尽到陪伴与照顾之责.对此,父亲总是说这没有什么,只要他们在外面好就可以了.在周又和的境况刚有好转时,父亲却离他而去.周又和每每想起父亲的谆谆教诲、养育之恩与大度情怀,就使他的内心不能平静.2011年1月11日,他还为父亲写下了题为《育儿成才之艰难岁月》和《思念与感激》的两首诗,用来表达他对父亲的思念与感激之情.他用繁忙的工作来减轻悲伤之情并用工作成绩来告慰父亲的在天之灵,进而使他的内心能得到安慰和平静.

周又和在处理完父亲的后事后,就立刻进入到工作状态,通过长期的持续不断努力,他推动了电磁固体力学中的压电智能结构与控制、铁磁、超导悬浮与断裂、常导磁悬浮、超磁致伸缩材料等先进材料结构的多场耦合力学研究的发展,解决了这些材料与结构多场耦合力学中存在的一些理论与实验不符问题,建立了有效的理论模型与多场耦合定量分析方法及程序,揭示出了一些规律.到1999年,周又和研究组在电磁固体力学领域的研究取得了显著的实质性进展,在总结这一阶段性研究成果后,他们撰写的《电磁固体结构力学》专著获国家科学技术学术著作出版基金资助由科学出版社出版.王仁院士欣然为这部专著作序,指出“近十年来,他们经过坚毅的摸索,已经深刻掌握了这门学科的全面情况,做出了许多创造性的成果等这方面的专著在国际上也少有,本书无疑将对我国开展这方面工作起到重要的作用”.周又和的这些研究成果也得到电磁固体力学的两位开创人、美国工程院院士、康乃尔大学理论与应用力学系的两任系主任Y.H.Pao教授及其学生F.C.Moon教授的高度赞誉.世纪之初,两位院士应邀到兰州大学讲学与学术交流.后来,Pao院士在给周又和的信中指出“兰州大学力学系,近以电磁力学之研究闻名国内.经与师生座谈,果然名不虚传”.

截止目前,周又和已主持各类研究项目30余项.正是他的这些丰硕研究成果,使他于1999年入选为第二批教育部长江学者奖励计划特聘教授,2000年获国家杰出青年科学基金,他领衔的科研团队于2006年入选教育部新世纪长江学者创新研究团队,2011年入选国家自然科学基金创新研究群体,2012年主持申报的“大型超导磁体结构力学分析”立项为国家磁约束聚变能发展规划专项的“托卡马克聚变堆关键技术研究”项目的一级课题,目前还主持超导力学研究的国家自然科学基金重点项目.已在Appl.Phys.Lett.、《中国科学》等国内外学术期刊和学术会议上表学术论文360余篇,其中SCI收录论文180余篇.主持的“电磁结构非线性力学”研究项目于2005年获教育部自然科学一等奖,参与的研究项目“中国北方沙漠化过程及防治”获2007年度国家科技进步二等奖；2007年发表在国际学术期刊IEEETrans.AppliedSuperconductivity上的研究论文于2008年获IEEE超导委员会授予的最佳贡献论文奖即VanDuzerPrize,研究项目“电磁材料结构多场耦合非线性力学行为的理论研究”获2008年度国家自然科学奖二等奖.

在不断推动电磁固体力学深入研究的同时,周又和研究组还结合我国重大风沙环境问题,开拓了风沙环境力学的研究.直到上世纪末,周又和他们的研究难度虽然不断加大,但主要还是在固体力学范围内.1999年,在强沙尘暴刮到北京引起高层重视后,科技部就此研究专门立项973项目.在加强力学基础研究的需求下,经过近十次会议论证,周又和最终争取到将他研究组主持的“风沙环境力学及土壤风蚀的定量研究”课题列入这一项目.

从力学层面上讲,风沙力学研究的主要难度在于沙粒散体与大气流体的相互作用还没有成熟的力学模型可资利用,从而使可控条件的风洞实验测量与野外观测之间无法关联,加上沙粒粒径与风速等的随机性、风流动与沙粒运动耦合作用的非线性,使这一研究难度剧增.针对这些存在的问题,周又和研究组同时从理论建模和实验两方面来展开研究.此前,周又和的研究一直在理论方面,使用国外的实验结果.随着研究的深入,开展实验研究进入了他的视野.兰州大学虽有一些力学实验设备,也只能供本科生教学用,少且老化,达不到科研的要求.同时,他还苦于实验研究人员的缺乏,虽有想法却一直没能展开.

周又和涉入力学实验研究是从参加一次风沙运动的风洞实验开始的,没想到也是一发不可收.2001年暑检测,他带领两名研究生到离兰州几百公里的沙坡头开展风沙力学的风洞实验测量,中科院沙漠所也派了一名博士生协助实验操作,实验是在40℃的沙漠地带进行的.在开始实验前,需要对风洞进行无沙风速廓线测量的校准工作.哪知一连几天,计算机上显示的测量结果均不对,无论协助的博士生采用何种手段检查与调试,都没找出问题所在.就在学生们几乎要放弃的情形下,周又和以他在调试计算程序中排查错误的经验,提出检查方法与步骤,按此进行后,再开机测量,结果就正常了.随后,在了解实验规程的基础上,他对风沙力学测量的实验流程作出安排,在两周的实验测量后,回到兰州进行数据处理与分析.在这一过程中,周又和他们通过对输沙率廓线的实验数据经拟合再沿高度积分所得到的单宽输沙率公式,不仅可以提高实验结果的精度,而且还能给出这一物理量实验值随摩阻风速变化的关系式,这在以前是没有做到过的.单宽输沙率是土壤风蚀研究中的重要物理量,其随摩阻风速的变化关系一直是学界关注的话题.在当时,这方面的关系式已多达50余种,或经验的或半经验的,对于同一情形,这些公式的预测结果之间相差很大,可达2～4倍,这就需要高精度实验结果来检验它们的适用性.当周又和的研究生将数据处理结果提交到他手上,并报知可拟合出手头的全部实验结果但却不能反映风沙运动中实际存在的临界启动特征时,周又和对此不满足,亲自改进拟合函数的选择,使之能拟合出全部实验结果及特征.就这样反复尝试,一周后就得到了结果.这一研究成果于2002年发表在国际物理期刊PhysicalReviewE上,评阅意见指出“这是一项引人关注且完整的研究,作者们给出了一系列给人印象深刻的实验,并积累了大量好的数据.受本领域经典工作的启示,他们拟合得到了切实可行的公式”.这一发表在国际物理期刊上的实验研究论文,既为他们日后的实验室建设及实验研究的展开,也为日后在国际物理期刊上发表近百篇研究论文开了好头,积累了经验.在此过程中,实验研究队伍也得以成长.兰州大学的风沙环境力学理论研究也取得了长足的进展,这里我们介绍周又和在其中的一个方面――碰撞接触力学.风沙流中的沙粒在重力作用下落到沙床面经碰撞后的起跳初速度分布函数一直是风沙物理（即力学）研究中的基础物理量.周又和他们在立项973项目的课题时,就敏锐感知到这一力学问题的重要性.由于沙粒-沙床面碰撞过程具有随机性,此前他没有涉足过随机性问题的研究,一时难于下手.于是,他一方面找来随机过程与数理统计教科书学习,另一方面与在美国从事非线性随机动力学与控制研究的Sun教授联系,于2002年通过国家自然科学基金海外青年学者合作基金的立项来开展合作.2003年暑检测,Sun教授应邀来兰州大学讲授《随机振动基础》40小时,周又和除了将这一英文讲稿复制给所有听课人员外,还坚持全程听课.此后不久,周又和就弄清了研究颗粒随机碰撞的方法与途径,与研究生一道成功地建立了这一问题的唯象模型,给出的理论预测结果能很好地对实验给出有效预测.除了采用唯象模型的方式来研究沙粒碰撞起跳初速分布函数外,2003年周又和还安排他的一名博士生采用离散动力学方法在大量随机碰撞的数值实验基础上通过统计方法来给出.除了对所研究问题给出了一新的统计公式外,获得的一些起跳特征整理成论文投送到地学权威期刊JournalofGeophysicalResearch,评阅人在同意接受发表的同时,提出了所采用的最基本两颗粒碰接触力模型中的等效参数如何得到的问题.此前,博士生曾告知这是程序中的,文献中也是如此.虽然论文得以接受发表,但周又和对此要弄个明白,于是就自己推公式.真是不推不知道,一推放不了.他调阅文献发现,目前宏观离散动力学方法（也称离散单元法）具有广泛的应用,包括岩土、泥沙、风沙、水沙、建筑桥梁结构接头处受强地震的连续碰撞毁损、粒料输运等领域都在应用这一方法开展研究,其中所采用的碰撞接触力模型为线性刚度线性阻尼模型,输入的碰撞恢复系数为常数,后者在所有的物理与力学教科书中也是如此表述的.然而,周又和从《弹性力学》教材中很早就知道,两圆球（或颗粒）静态接触力在线弹性范围内于100年前就由德国学者赫芝给出了解析解,其接触力随接触位移的变化呈3/2次幂的非线性关系,即刚度是非线性的,从而引起了周又和的兴趣.与此同时,他还得知,从上世纪40年代后期开始,就有实验结果显示出恢复系数随碰撞速度的增大而减小,即不是常数.直到2005年,美国、德国和波兰等国学者还在开展颗粒碰撞恢复系数随碰撞速度变化的基础实验测量和接触力表征模型的理论研究,只是各碰撞模型的预测结果与实验相差太大.到2006年,周又和针对碰撞的力学基本过程,在考虑弹塑性变形后,成功地建立了一碰撞接触力模型,使现有恢复系数随碰撞速度变化的实验结果得到了很好的预测.这一研究结果被德国佛莱贝格工业大学岩土工程研究所所长、欧洲离散动力学方法及程序应用推广中心负责人Konietzky教授知晓后,主动与周又和联系开展合作,2007年专此来兰州大学讲学.Konietzky教授是采用离散动力学方法从事岩土力学研究的国际著名学者,2010年他申请到德国科教部的国际合作项目,用于与周又和开展学术合作与学术交流.2011年11月,周又和率团赴德国报告了这一工作,后经Konietzky教授推荐,周又和于2012年10月在该校召开的国际学术会议上作大会报告.

最近,周又和研究组将离散单元法的研究拓展到复合超导CICC导体的横向压力-位移特征的理论研究中,成功地对实验结果给予了理论揭示.CICC导体是ITER核聚变新型能源装置中产生超强磁场的大型磁体的基本结构,目前,ITER建堆与运行预算投入100亿欧元,我国是这一大型新能源实验装置国际合作研究的七方国家之一,承担10%的费用.因为ITER装置内要求达到11特斯拉的超强磁场,超导磁体在强磁场作用下的力学变形与超导性能退化就成为这一装置的设计功能能否实现及其后功能提升的主要课题.经对超导CICC导体样品在类ITER磁场环境条件下的实验测量表明,目前设计制备出的样品只能运行6000次左右,远低于预期要求的2～3万次.其次,目前针对提高运行次数的力学设计理论所得结果也与实验结果相反,即理论预测为增大绞缆节距可升高运行次数,但实验却是降低.为此,相关工程界与理论界正在寻找新的有效力学方法,以期希望能解决这一问题.在2012年5月他们将这一研究论文投到国际期刊SuperconductorScienceandTechnology后,论文送到国际ITER超导磁体设计总负责人Around教授评审.Around教授看到针对这类问题研究的这一新方法后,主动与我国科技部ITER中心联系,希望进行直接交流.经科技部ITER中心的协调与安排,在Around教授的技术代表Denis博士来甘肃白银检查超导绞缆制备工艺期间,7月2日,周又和带领七位教师与研究生前往白银长通电缆厂,与Denis博士、中科院等离子研究所的研究人员、长通电缆厂的技术人员、科技部ITER中心的管理人员一道就这一研究的深入展开进行了交流与研讨.2012年10月,这一论文正式发表.

目前,兰州大学在电磁固体力学与风沙环境力学两个研究领域都建立起了能开展实验研究的实验室,还建有风沙野外观测台站,累积设备费2000多万元.相关理论与实验的基础研究已纳入到周又和主持的“复杂环境与介质相互作用的非线性力学”国家创新研究群体,并获得国家自然科学基金重点项目等的资助.在科技部相关重大研究计划的支持下,他们正紧密围绕国家重大需求来展开这两大工程领域的关键力学研究.周又和研究组仍在不断努力,以期通过他们的研究来提升我国在这两大工程领域的科学技术水平.

夯实基础――教书育人谱乐章

甘坐板凳十年冷,追求一流代代新.

何惧征程险难阻,收获自有后来人.2011年4月24日,周又和赋诗一首,表达自己在办学上的所思、所为、所获的心路历程.从1989年底博士毕业后留校任教至今,周又和在兰州这片热土上,见证了兰州大学力学学科发展历程；同时也作为重要推动者之一,亲历了这一学科的重塑、发展、强壮.

兰州大学力学学科创建于1959年,在叶开沅教授带领下,1981年固体力学硕士与博士学科培养点获国务院学位委员会批准设立,1986年独立建系.叶开沅教授相继培养出刘人怀院士、郑晓静院士、孙博华院士等杰出人才.

“江山代有人才出”,“长江后浪推前浪”.到上世纪90年代中期,一批教师相继调离或退休,兰州大学力学学科的发展也一度成为关注的话题.1995年7月,周又和从国外返回兰州大学,开始了推动力学教学与科研工作的发展,并逐渐发展成为这一学科的领军人才,建立起了一支队伍.

“高水平的科学研究需要高素质的人才,而高素质的科研人才则有赖于高水平的本科教育与研究生培养,这就需要将本科教学、研究生培养、科学研究、队伍建设作为统一的整体来综合考虑与实施”.周又和不仅这样讲,而且着力用心去实践.在总结现代高等教育成功经验的基础上,面对西部的现实环境,将本科教学、研究生培养和队伍建设作为统一体系来实施,从而在教书与育人两方面都取得显著成效.

30年的教师生涯,周又和边走边看,边学边思,总结出了一套属于自己的“教学经”.他把最美好、最宝贵的时光奉献给了大西北,奉献给了高等教育和科学研究事业.他用自己丰富的智慧、渊博的学识、坚定的信念和无私的奉献,引导学生树立报效社会的责任、敢于担当的志向和坚实深厚的能力.他对待教书和育人始终一丝不苟,将科研精神与科研成果有机地融入到教学实践中,培养学生的创新能力和科学精神,不断激发他们的学习.

早在1982年周又和任教于华中工学院期间,他除了教师职业的自豪感外,更多的是深感责任重大,至少不能误人子弟.为此,他在任《理论力学》课程辅导老师的三年中,除了完成好辅导老师的任务、从老教师那里学好教学方式方法外,还主动做完了原苏联《理论力学习题集》中的4000多道题,从而对这一课程的掌握有了全面的提升.周又和备课认真、推导严谨、思路开阔、深入浅出,加上热情辅导和作业全批,教学效果深得学生好评.1986年,教研室从北京弄到一份《理论力学》教学评估的统考试卷,用于同期四个大班的期末考试.考试下来,按大班与小班成绩排名的第一都在周又和主讲的班上,在四位主讲教师中他是最年轻的.这一“果实”的得来,与他对这一课程的用心钻研分不开.此前,他认真参考不同教材,从各章节内容的衔接、体系布局、例题与作业题精选,到斟酌有关内容表述的科学性和可接受难易程度,都细致过滤了一遍,获得认可后形成自己的讲稿与讲授方式.就是在此期间,他发现教材中多个地方的表述不精确,就写记一直保存着,直到2006年他在兰州大学再讲这门课程时又进行修改,并于2009年发表在《力学与实践》上.也是在华中工学院期间,他看到《力学与实践》上就动矩心的动量矩定理的公式如何正确表征开展持续讨论,但没有达成统一认识与表征公式.他就从严格的矢量表征方式出发导出了统一的表征公式.这一教学论文投到《力学与实践》后,于1990年发表,从此这一问题就没有再讨论了.这些,也为周又和主讲的《理论力学》在2007年入选国家精品课程和他本人于2008年获高等学校“国家教学名师奖”奠定了基础.

截至目前,周又和已为本科生主讲8门课程,累计3000余学时；为研究生主讲7门课程,累计2400余学时.在主管力学系后,周又和在坚持为本科生讲课的同时,还按力学学科的认知规律,主导了本科生培养方案与各课程教学大纲的修订,加强了实践教学、实验教学和科研训练各环节,增设《力学与工程概论》课程并制作该课程的PPT为学生讲授,提出由硕士学位以上的新留教师担任班主任,设立本科生科研基金,亲自听课并奖励优秀授课教师,要求教授与副教授既要做科研也要为本科生讲课,等等.正是这些得力的措施和实践,使得培养的本科生成为优质研究生的主要来源.在研究生培养中,他将科学研究与研究生的科研能力、科学精神培养紧密结合在一起,从研究生培养方案制订到培养过程各环节,他都亲历亲为,给出有见地的建议性意见,鼓励学生要敢于创新和善于创新.正是这样,周又和的研究范围越扩越大、越做越深,研究队伍也日益壮实.

“春播桃李三千圃,秋收硕果香满园.”周又和多年在教育上的努力和付出换来了硕果满园.2000年获宝钢教育基金会“全国高校优秀教师特等奖”,2006年被中国科协授予“西部开发突出贡献奖”,被中国教科文卫体工会授予“全国师德标兵”称号.主讲的《理论力学》于2007年入选为国家精品课程,2008年获国家级“高等学校教学名师奖”,主持的“理论与应用力学创新人才培养团队”于2008年入选国家质量工程的教学团队,2009年获教育部授予的“全国优秀教师”称号,主持的本科教学研究项目“高水平力学人才培养与教师队伍建设的互动模式及实践”于2009年获国家教学成果二等奖,他指导的20篇博士学位论文中,有两篇分别于2010年和2012年获全国优秀博士论文奖与提名奖,直接培养和协助培养的博士中7人入选为教育部新世纪优秀人才支持计划、8人成长为教授,成为兰州大学力学的骨干力量等

回首30余年的教书育人工作,面对一张张年轻探索者的面孔,周又和一直告诫学生,要想发展、做出成绩,就要敢于超越前辈老师,至少要敢于超越眼前“高不可攀”的老师,无论何时、无论何地,都要有这股劲.看到学生们一个个成长成才,他欢喜着,更期待着.

扎好围栏――领航管理出奇效

听天门长啸松涛依旧

凌绝顶远眺风物日新

2011年6月23日,周又和就他领衔申报的国家创新研究群体现场答辩完后,他等待着.次日上午得知成功后,就利用空出的一点时间去登泰山,抄下了山顶南天门的这幅楹联.想起自己的点点滴滴,他感慨良多,哪样的进步不是蕴含在这绝妙的楹联中!人生中的种种“风物”,又何尝不是阵阵“涛声”的回响!眼前“涛声”的喜悦,更让他深感寻找“绝顶”去发现新“风物”的重任.“要将一个学术单位搞好,尤其作为高校,形成良好的学术氛围对于快速发展是极其重要的.这就需要我们的管理人员懂得教学、科研与人才培养规律,具备公心和敬业精神,在吸取现代高等教育成功经验基础上,面对遇到的现实问题提出切实可行的办学思路和采取行之有效的措施,才有可能带好队、办好学.”周又和如是说.周又和进入管理并不是他刻意追求的.在2000年他获得国家杰出青年科学基金并担任长江学者特聘教授后,学校为结合应用研究发展的需要,推动工科发展,决定办土木工程专业.2003年学校准备成立工学院,请他出任院长,被他婉拒.这样,从2002年开始招生的土木工程专业就只好挂靠在力学系.此前的1999年6月,他接受了没有行政级别的管理工作――力学系主任.他从本科教学各环节、研究生培养模式的改进、科研氛围的形成、教师队伍建设的思路、实验室建设等方面,都提出了新的有效办法,并逐渐得以推进实施,不仅使力学学科得到了快速发展,而且也使后来学院的其它学科得到了有效提升.

周又和出任力学系主任后,改变了力学学科长期没有扩展的局面.1999年底,他主导申报的固体力学成为甘肃省重点学科,2003年新增工程力学硕士学科点,2004年新增力学一级学科博士后科研流动站,2005年新增工程力学博士学科点,同年力学一级学科硕士点获批设立.

2005年6月,面临新办土木工程专业急需步入正常的迫切要求,兰州大学最终做出决定：将力学学科与地质工程学科、土木工程学科一道成立土木工程与力学学院,让周又和出任院长.他从学校大局出发,接受了这一任命.对周又和来说,这绝对是个挑战.新组建的学院面临重重困难,尤其是新建土木工程专业缺少足够的师资和设备.当时,学院教师只有31人,实验设备老化,连本科实验教学都不能维持.周又和面对的首要问题是如何撑起学院并使之发展壮实.他说,“在其位,就要谋其政,而且要谋好政、善于谋政”.周又和接任院长这一重任后,就一直思考着学院的发展方式与实现途径,在不同阶段提出相应的发展措施.通过深思熟虑,决定采取逐步发展的长远策略,并将队伍建设始终放在首位.他通过主持的211工程和985工程的建设项目,将学院的其它学科纳入到力学的建设平台,使它们也能得到发展.2005年下半年,学校投入400多万元建设教学实验室以备国家的教学检查,他综合考虑三个学科的本科生实验教学需要,领衔组建了工程实验中心.在他的建议下,有些设备选择了较高性能,可开展一些科研与社会怎么写作的实验测量.建成后,他亲自带领全院教师参观实验室,让实验人员讲解各仪器设备的功能,以便老师们使用.就这样一步步,在保持力学学科发展的同时,也使原本基础薄弱的土木工程学科和地质工程学科通过夯实基础,呈现出阶梯式良性发展的格局.

周又和主持学院工作以来,学院的学科建设、科研平台、教师队伍、科学研究、人才培养各方面都取得了骄人的成绩.在本科生人才培养方面,2005年底申报的“理论与应用力学”本科专业成为甘肃省人才培养与科研基地,2009年工程实验中心成为甘肃省本科实验教学示范中心,2010年“理论与应用力学”本科专业入选国家特色专业建设点,此外,还建成国家精品课程1门、省级精品课程4门,获国家教学成果二等奖1项.在学科建设方面,2005年底力学一级学科成为甘肃省重点学科,新增防灾减灾工程及防护工程硕士点,2007年固体力学成为国家重点学科,2008年新增结构工程硕士点,2009年新增地质工程学科博士后科研流动站,2010年力学一级学科博士点、土木工程一级学科硕士点获批设立,2012年新增地质工程一级学科甘肃省重点学科.在科研平台建设方面,2005年凝聚学院力量申报的“西部灾害与环境力学”教育部重点实验室被批准建设,周又和任主任；2007年协同甘肃省地震局一起申报的“兰州地球物理”国家野外科学观测站被批准建设,周又和兼任副站长；2007―2008年由周又和领衔协调校内其它学院一起申报的“特殊功能材料与结构设计”教育部重点实验室（B类）被批准建设,周又和任学术委员会主任；2009年学院协同敦煌研究院等单位一起申报的“国家古壁画保护工程研究推广中心”被批准建设,周又和兼任副主任.在教师队伍方面,目前学院有教师54人,含教授15人和副教授16人,其中2位院士、10位教授、13位副教授是在建院后成长起来的,并建成一个国家质量工程的教学团队（2008）、一个教育部长江学者奖励计划科研团队（2007）和一个国家创新研究群体（2011）,国家教学名师1人（2008）.在科学研究方面,建院来3项科研成果获国家自然科学或科技进步奖二等奖、2项获省科技进步奖一等奖,承担国家与地方的科研任务都显著增强增多,2012年的科研经费较建院初的2005年增长了2倍多.在研究生人才培养方面,培养的两名博士分别于2010年和2012年获全国优秀博士论文奖与提名奖.这一系列办学指标,已使土木工程与力学学院名列兰州大学的前列.

如果说教学与科研为“双肩”,那么管理与教研又为“双栖”.事实上,无论是教学、科研还是管理,无非是能力的使用与贯通.对周又和来说,自己就是一粒“种子”,放到哪里,就要在哪里好好“生根”、“开花”、“结果”,而“收获自有后来人”.

立身桥头踪影不随流水去处地异乡梦魂常往故里驰

2011年1月2日,周又和在武汉天河机场候机室将他大哥所写的这幅楹联略加改写,借以写照他三十年来的现实生活境况,也表达了他的心路历程和对未来的期盼.回顾往事,他干的一件件事,都是尽力地在“异乡”新天地里去走上“桥头”,通过不懈努力去发现新的“踪影”,从而使他“梦魂”里的成果能不断地驰骋到他心中的“故里”――国家、学校、家人和学界.而今,周又和还在寻找新的人生“异乡”,走上更多“桥头”,发现更多“踪影”,使他新的“梦魂”能成为“中国梦”的一份子.

记者后记：在近一年的时间内,周又和始终不愿意接受采访,认为自己做得还不够,不宜写他.直到记者与兰州大学宣传部联系征得同意后,周又和才接受.在记者的两度采访过程中,周又和饱含深情地讲述了很多学界前辈、领导、同事、家人、亲友和研究生在他人生发展过程中给予关怀、支持、合作和帮助的感人事例.受篇幅所限,这里不能一一提及,仅择选了少量部分.成稿后,周又和对于没能提及的人及事例表露出了深深的歉疚与遗憾.与此同时,周又和的同事与研究生也帮忙提供资料、对文稿进行斟酌修改,周又和的大哥也提出了修改意见,在此一并表示感谢!