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清华SRT计划:鼎力暖炉兴意阑 薪火相传犹待后

记者 王冰冰  

  清华大学在国内率先提出大学生研究训练(SRT)计划,自1996年该计划设立伊始,至今已走过17个年头。十余年间,清华大学SRT计划的投入经费持续增长,规模与受益面稳步扩大,参与度和项目水平不断提高,成为本科生参与学术科技活动、培养创新精神和实践能力的重要平台,在清华本科生中已成为拥有良好口碑和广泛影响的、一个独具特色的品牌,在全国高校中影响重大,起到了很好的引领作用。近年来,清华SRT立项数量达到每年1000余项的规模,60%以上的本科生在读期间参加了一项或以上的SRT项目。

思篇—— 

SRT课外发力“做中学”,旨在提升学业挑战度

  国家级教学名师孙宏斌教授给记者讲了这样一段小故事:“几年前,我到美国MIT访问,期间遇到在MIT继续深造的一位清华电机系本科毕业生,他曾经上过我的课。谈话间,这位学生对比起自己所接受国内外教育的差异,最明显的感受就是在国内课堂上学到的东西‘容易忘’,现在基本都还给老师了,而在国外课堂上学的东西‘记得住’。这番简短谈话对我触动极大,这一差异背后的深层原因发人深省。”

  这种差异背后显现的,是国内高等教育在学业挑战度方面的不足。国内很大一部分第一课堂采用单向的知识传授型授课模式,学生“学的容易,忘的也快”。甚至有一些课程,只要学生考前突击几天,就能考个好成绩,可是没过多久就忘得所剩无几。

  为了提升学生学术兴趣和学业挑战度,国内高等教育普遍采用第二课堂的实习实践和学术活动来作为补充。SRT的应运而生,正是其中的一项有益探索,清华大学SRT计划是通过清华第20次教学讨论会确定实施的一项重要教改措施,让学生在第二课堂实践“做中学”,一定程度上弥补了第一课堂在学业挑战度方面的不足。

  就学生层面而言,SRT在“做中学”的做法,是对学习模式的极大转变,对于提升学生的学术兴趣、实践能力和创新精神起到切实的推动作用,并能有效弥补学业挑战度和师生互动性方面的不足。通过SRT,本科生有机会接触到学术前沿,通过团队协作进行交叉学科知识的综合应用,学生与老师也有更多机会面对面互动,老师也能针对不同学生特点因材施教。十余年间,通过SRT不断涌现出具有创新精神的优秀学生。

  就学校层面而言,SRT一定程度上弥补了第一课堂学业挑战度的不足以及师生互动性的不足,对学校看齐国际一流大学的本科教学质量具有重要意义。学校应不断采取举措,加强投入和政策保障,大力推进SRT计划,激励老师和同学更积极投身于SRT计划。同时SRT要进一步在培养学生“崇尚科学、热爱学术”上做深入挖掘,激发学生的学术兴趣和创新精神。

  就高等教育而言,清华SRT的开展对于探索中国高等教育的内涵式发展也是一种有益尝试。SRT实施“做中学”,从以前的关注“教”转为更多地关注“学”,有利于促进人才培养模式由知识传授型向能力提升型的转变。清华作为全国顶尖学府,更要在高等教育中发挥引领性作用,带动高等教育内涵和质量的提升。希望SRT持续发力,使其可持续发展,增大影响辐射面,让更多学生从中受益。

行篇——

姜海的SRT团队与“摇摇公交”

  “可能到达目的地的公交车停在眼前,却很可能错过了,还得去看站牌,怎么办?”清华大学工业工程系副教授、博士生导师姜海带领他的SRT团队所共同开发出一款手机APP应用程序,作为第一个真正实现地点到地点之间离线查询的程序,就能轻松解决这一困扰很多乘客的问题。这款名为“摇摇公交”的公交行程规划移动应用存储有8万多个北京地名,能够提供快捷好用、离线免流量的公交换乘信息查询,为市民出行提供便利服务。从2012年2月立项至今,摇摇公交已开发并上线8个版本,免费下载超过5万次。

图为“摇摇公交”现有用户的分布图。

  为什么这款手机应用这么受欢迎?只要你在这款应用程序的界面上输入公交换乘的起止地点,它就会自动为你选择理想的出行路线,标绿的是推荐方案,标蓝的是可以到达但不建议的路线,标红的是无法到达的路线,你再也不用担心错过能到达目的地的公交车了。而当你最终选择了一条适合路线,展开的地图会详细标划你所要行经的每一站路程。

  从2011年起公交应用开始大量涌现,各种主流公交查询和地图应用大多是依赖在线服务,使用2G网络的智能手机查询速度很慢,用户也往往对产生的流量比较敏感。面对这种局面,研究交通工程出身的姜海萌生了开发一款依靠离线提高查询速度、并可实现地点到地点查询的快捷公交应用。面对手机内存和计算能力有限的挑战,姜海通过SRT立项,吸引感兴趣的同学,组建了自己的团队,开始着手设计高效的算法和数据结构。这些来自工业工程系的同学们各司其职,有做算法实现和地图的,有负责制作官方网站的,还有负责程序logo以及形象设计的,以及数据处理、整个项目的开展的。此外,大家还正在紧张开发和测试Android版本,争取在近期发布。

图为姜海(左一)带领团队进行调适。

  面对缺少开发基础、开发成本相对较高,以及开发过程中的具体调适问题等各种困难,姜海和他的SRT团队不断前行,使摇摇公交从无到有、从小到大,逐渐发展成熟。姜海和团队成员保持每周至少碰一次头,询问程序开发的进展,讨论过程中出现的各种问题。团队中的每位同学也都曾亲身试验过摇摇公交,他们会随机坐上一路公交,跟随地图查看路线的准确性。姜海及其SRT团队的共同理想就是把摇摇公交打造成叫得响的清华品牌,现在他们正在进行后续推广,希望能通过不断更新的版本回馈社会和用户。

  谈到参加SRT计划的体会,戚欣说SRT项目为自己在算法学习上提供了获得锻炼和进步的机会,通过这个项目,他的编程能力得到大幅提高,对自己的工程专业认识也得到加深。胡杨林认为,通过参加SRT,自己得到参与社会、服务社会的机会,让所学知识与社会实际相结合,看到自己和同学们的付出对他人的生活有帮助感觉发自内心的自豪。

赵彬和大型客机内气溶胶颗粒物沉积规律研究

  面对北京日前甚嚣尘上的PM2.5大气污染及雾霾问题,微环境即人工建造的封闭空间如汽车、火车、飞机等,其空气质量问题也日益受到人们关注。清华大学建筑学院建筑技术科学系教授赵彬指导的SRT项目——大型客座机舱内气溶胶颗粒物的沉积规律项目,恰好是对现有问题的一个有益探索和回答。

图为实验所模拟的情景。

  目前,飞机的客流量为四十亿人次每年,根据国际机场协会(ACI)的数据,这个数字将在2025年加倍。在乘坐飞机途中,传染病很容易从一个病人传播到健康乘客身上。这种传播途径一是通过病原体在空气中直接传播,二是通过接触到沉降在表面上的病原体而感染。而这些途径都与气溶胶颗粒物的沉积息息相关。开展这项研究的意义在于,通过研究客机内气溶胶颗粒沉积规律,有效减少密闭空间的空气污染,防止传染病感染和病菌传播。项目设置内容主要是针对实际客座机舱内几何尺寸复杂、传统实验方法在机舱内误差很大等问题,旨在发展一套定量计算分析大型客座机舱内的颗粒物沉降率的方法和模型,并将其实现为便于工程人员实际应用的计算工具。

图为实验推导的示意图。

  赵彬的SRT项目只带了一名本科生,别看只有一个人,但强将带精兵,他所带的建环9字班学生尤若于,已经将这项SRT研究的理论成果集成两篇国际高水平论文,一篇发表在美国气溶胶研究学会(AAAR)会刊:Aerosol Science and Technology期刊上(2012影响因子2.667,是气溶胶科学技术领域的两个国际权威期刊之一),另一篇被空气质量领域的国际著名期刊:Atmospheric Environment期刊接收(2012影响因子3.465,总引频次在环境科学领域排名第5/205),而且两篇论文分别得到三位和两位匿名审稿人的一致好评。

  这个SRT项目起初缘自赵彬所参与的一项由天津大学牵头的973项目。在项目进展过程中,赵彬与尤若于除了每周惯常的碰头,或是电话和邮件的频繁联络之外,就是经常奔波于赴天津的路途中。天津大学引进的一架退役麦道82飞机成为赵彬他们的实验对象,他们将计算、分析、对照的数据与该飞机的实验比对。在实验中,他们常常要面对计算结果推导不出或是需要重新推导的情况,有时实验仪器精度不够,赵彬还要想办法去借更好的实验仪器,也要面对实验飞机开启的高额费用等一系列问题。历经一年,克服种种困难,通过不断讨论、修改方案,多次模型推导和试算以及与实验数据相对比,最终提出了实际大型客机座舱中颗粒沉积率的简易计算方法,并应用于实际机舱中沉降率的模拟预测和分析。

  这次已经是赵彬指导的项目第5次获得SRT一等奖了。从2006年开始指导项目多年下来,赵彬对参加SRT的学生深有感触,更多寄语。他希望同学们首先不要有功利心,要对科学研究有发自内心的兴趣,其次要做好时间安排,保证更加高效的时间投入。

  赵彬坦言,一般来说指导SRT项目的老师多是年轻的副教授,自己现在虽已然是教授,但仍会继续指导学生开展SRT项目,让更多学生参与到科研实践中去。

张驰和欠驱动机器人手

  张弛,热能系热动93班学生,从大一开始跟着师兄们间接接触到机器人手这个科研题目,到大三正式参与到耦合与主动复合抓取机器人手的SRT项目中并担纲主要负责人,几年间,张弛从SRT中收获良多。

图为张驰研究设计的机器人手在进行实验。

  人与人之间的交流以及一些辅助动作的完成都要依靠双手,然而在一些比较危险的作业环境中如拆除炸弹等,或是靠人手难以完成的繁重工作中,发明出性能与人手接近、工作能力更强的机器人手,把人手从危险和疲惫中解脱出来就显得尤为重要。

  这个SRT项目的起源可以追溯到2005年机械工程系的张文增老师所进行的第一代机器人手研究,从张文增所致力于研究的简单稳定的机器手逐渐过渡到张弛现在所进行的耦合与主动复合抓取机器人手的项目。张文增的实验室每年都会有新的本科生加入,这个SRT项目就这样一直延续下来,他们每年的研究在机器人手的结构和功能上都有所改进,对人手的模拟度、可靠度、精确度在逐年提高,控制难度逐年减小。每年也都会取得多项科研成果包括专利和论文等,这个项目的科研成果还连续三年获得美国机械工程师协会颁发的ASME机器人与机构设计奖。

图为张驰在比赛现场。

  机器人手SRT项目团队的同学各有分工,其中有负责外型设计和美化的美院同学,也有机械系、汽车系、精仪系等其他院系同学共同进行机构设计,自动化系的同学负责控制设计。像通过眼睛移动来控制手的移动和抓取,这些听起来就很炫的动作都是在各学科同学共同协作下实现的。

  在他们实验室的一角立着一块小黑板,这就是他们的创新发源地。谁有更好更新的想法就会在这里和张文增老师交流。他们也常利用中午吃饭时间聚在一起,讨论下各自负责部分的最新进展。

  参与SRT项目让张弛感受最深的,一方面是老师的启发,另一方面是学生的自主性。张文增老师常常在项目中对同学进行启发,让同学们自己创新,而不是给定好题目和设计思路去限定同学们的思维。张老师会引导大家思考人手有哪些特点、用机器如何模仿等,让同学们在形成一定思路后再与他进行交流,张老师再进一步提出改进思路,而具体的实现包括机构实现和零件选择等则是由张弛和同学们自己参与组装调适并最终完成。张弛认为,老师的启发对于培养同学们的创新能力和科研兴趣都大有裨益。

  已经大四的张弛已经在等待国外高校的研究生录取通知书了,但他仍驻守在实验室,指导师弟们继续进行机器人手的后续研究。他们所研究设计的机器人手的后续发展方向和目标是,通过在手指的压力触点上加入传感器,通过电脑程序操作,实现更多的控制反馈。具体说就是,让机器人手能感受到抓取过程中的力度大小、抓取物体是否容易滑落,并在抓取过程中进行智能判断,包括采用力度的大小,如抓一个鸡蛋不能抓碎,抓一个铁锤也要牢牢抓住。谈起抓取机器人手的未来,张弛还有更多梦想期待学弟们继续完成。

  2013年,SRT重装登场,扬帆启航。为了进一步提高学生和教师投身SRT计划的积极性、提升计划实施效果,2012年学校扩大了SRT授奖面和授奖额度,共评选出优秀项目奖38项,其中一等奖18项,二等奖20项,5个院系荣获优秀组织奖。与往年相比,评优率由2%增加到4%。并2013年春季学期的院系本科教学院长/主任会上,举行了隆重的SRT优秀项目指导教师和院系的颁奖仪式。与之同时,未来的SRT将改革申报和管理流程,更加方便师生申报。也会更加注重与后续学生课外学科竞赛的衔接。SRT的授奖面和授奖额度也将继续扩大,对于优秀指导教师和项目将给予滚动和重点支持,使SRT优秀指导教师和学生团队获得更多关注和更大支持,走得更高更远。

(清华新闻网4月9日电)

编辑:襄桦

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2013-04-09 13:44:13]
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