科研——我们走过的路2017.04.27 5576

基础的工程素养,强大的自学能力,钻研精神与恒心,是科研中不可或缺的品质。

——郭志嘉


大二时,我参加了精仪系的SRT项目“自然光室内照明系统的研制”。这个项目的背景在于现在的照明又浪费能源,而且对眼睛有伤害,时间长会引起疲劳。因此我们希望能把自然光引入室内,合理分布光线,从而进行室内照明。我们利用滤镜和光电传感器制作了一个阳光收集装置,再通过一个机械装置和单片机控制收集系统的角度等参数,最后把自然光传导到室内,观察光线怎样分布,亮度是否能达到要求。

在我们之前已经有一些类似的室内照明系统,但它们体积大、能耗高,效率也比较低。而这个系统可以做到自供能,不需要电驱动,从而实现绿色能源;照明效果也足以满足日常工作的要求,并且体积比较小。这个系统现在是作为基础系统,用于给精仪同学进行后续系统的开发,比如在太阳追踪、光热联合发电等项目上进行应用。

作为工业工程的学生,我参加这个项目相当于是一次基础工程能力的训练。对于我们系的同学,基础工程能力很重要,比如说机械设计基本素养,信息科学基本素养,虽然不是专精,但多少要懂一些,以后无论看别人做还是自己设计模型,要知道可以用什么技术做什么样的事情。尽管工具不是我们主要研究的东西,但我们需要有一个系统的概念,至少要能够了解并能够应用现有的技术。如果知识面不够宽广,对于已经有的技术不够了解,真正要应用的时候目光就会比较短。因此,尽可能早地加强这一方面的训练是有好处的。

最初我是在网上看到的这个项目,之后给老师发邮件询问了具体的情况,觉得有意思就参加了。当时这个项目要求简单的单片机编程、机械设计、光学物理方面的先修知识,但我当时还没修大物,这些知识也不大会。但SRT主要是做应用,理论层面比较少,其实不需要太多的基础知识,很多东西都是边做边学的,老师也会教给你。当然,这也要分情况。对于有一些外系的项目,它们要求一些非常专的知识,比如流体力学、有限元分析,这些对于我们系的同学就算了。但是对于像数学、编程这些在我们系知识体系中很重要的学科,它们在实际中是很好学的,而且在网上社区中都有很多共享的资料可以自己参考。在应用中学习虽然可能不是那么系统,但是由于有自身的应用,理解往往更深刻,掌握得也比较快。所以说先修要求不应该成为一个阻碍的理由,对于编程知识,早学比晚学好;对于一些不搭边的与以后专业发展没有太大关系的知识,不想学就不要去碰,因为会比较占用精力。

我参与这个项目,一般每周花一个下午去老师实验室做,在宿舍一般不做,自己也买了芯片平常会摆弄,但不会做实质性的东西。不过暑假比较艰难,因为当时遇到瓶颈做不出来,所以常常一天就呆在老师那了。其实SRT不要急着出成果,只要自己上点心,慢慢来就行。平常的主要精力还是放在课堂内,不要耽误了课内的学习,不然就特别不值当。时间上其实它其实是很灵活的,因为没有需要交接项目的严格时间限制,如果中间很忙没时间做,就直接跟老师说,后面有时间了再做。

项目中最困难的事,主要在于做到一半靠后,各个子部分都比较清晰了,但对于怎么把它们组织在一起、怎样进行协调工作,这是比较困难的。对于SRT来说,如果它可以分成很多子部分,一般都是已经有人做过的,我们往往是有一个新的点子,把前人的研究结合在一起并进行试验、分析,以期产生新的成果,或者则是在别人已有的基础上进行创新。其实SRT整体来说要求不是很高,可能中间会因为没有经验而出现一些意想不到的问题,但只要有耐心、能坚持下来,到最后往往发现其实没有想象中的难。

对于有参加SRT想法的同学,我建议大家能早参加就早参加,不要担心先修要求。尤其是大二时,如果有时间精力自己又有感兴趣就赶紧去,因为SRT有老师指导,有资金设备支持,比自己研究要好得多。在这个过程中,老师只是指导你,而不是手把手地教你,这跟以后做毕设、课设以及研究生阶段的学习很类似,可以提前熟悉这种学习过程。无论是想在本专业深造还是有跨专业的打算,通过本科生阶段的科研提前了解这些方向并参与到具体的研究中去,这是很有好处的。


IE综合技能挑战赛获奖的激励,学姐的推荐,以及对这片未知的领域的强烈好奇心,让我走进了科研。

——席与焜


我做的项目和咱们大部分参加SRT的同学做的项目性质不太一样。一般的SRT项目都是老师有一个项目团队,里面有博士生和做毕设课设的大四学生,还有就是低年级的SRT学生。在这个团队里,你做的东西大多会是比较琐碎的。但同时这样的团队也很容易能做出一些不错的成果。而我跟着姜海老师,他的项目更多像是对我们SRT学生的训练,而不仅仅是让我们做出点能发表的成果。这一点真的十分难得,我也十分地感谢他。我在这两个项目里都是除了姜老师外的第一个参与者,因此“做什么”、“怎么做”都可以任我自己设想与实践,姜老师更多就是一个指导者的身份。这样虽然可能出不了什么太好的成果,但这个过程让我锻炼非常大。具体的项目,一个是“基于餐馆点菜数据的菜品推荐模型”,另一个是“公交车到站时间预测模型”。前一个项目是我自己为姜老师提供数据,然后出于兴趣自己去分析,最终得到一定的有价值的结论。后一个则是用姜老师拿到的一些数据,我们来对其进行分析与建模。

我们做的事情主要集中在数据清洗与标准化、统计分析、数据挖掘与机器学习、建模与模型检验这样的一些内容上。这个过程中所需要前期准备的,主要是把一些基础课程上好,比如C语言、数据结构与算法、概率统计、建模仿真等等。其他的其实不需要额外准备什么。

学习到的新技能,比如数据挖掘的方法、时间序列的方法这些都是次要的,关键是学会了怎么自己独立地去研究一个问题,以及对一个现存的问题,怎样判断应该选用什么样的方法,预计能做出什么样的成果,怎么样在科研中和同伴有效地配合,起到1+1>2的结果……这些“道”比那些“术”重要太多了,因为无论我以后去什么领域、做什么工作,这些能力都是用得到的。”

在立项上,我认为有两点值得注意:一个是多思考,在平时生活多看有什么地方可以被优化,这也是工业工程的核心思想。找到了一个合适的优化点,先去仔细研究现在这个地方为什么不优化,如果按你说的去优化是不是真的会更好。等到都想明白了再动手,才会事半功倍。另一个是多借鉴别人的思想,争取站在巨人的肩膀上更进一步。像我把公交车那个SRT做成了挑战杯,其实就是先复现了当前通用的方法在这个情境里的效果,再在前人基础上研究更好的方法。这个过程是要强于自己盲目去做的。其实这些研究和专业知识没有太大关系,想要真的在一个领域做出点新东西,肯定还是要重新一点点学的。科研的第一推动力永远是兴趣与求知欲,而不是已有的知识。

至于科研带来的收获,言语或许不足以表达丰富的感受。

参加科研,最大的收获是知道怎么带一个团队(或者跟随一个团队)完成一个指定项目,并积累了很多经验。怎么协调团队意见、怎么制定有效的制度、怎么合理安排进度与任务、怎么保持团队积极性、怎么能有效控制团队情绪、怎么能营造良好氛围……这些技巧与经验我相信是很有价值的。其次,科研教会了我一种严谨与踏实的态度。科研做的很实际,并且易受挫败,因此在科研领域锻炼过,一般做事情就会更加严谨、踏实,我觉得这是一种不错的锻炼。第三,科研让我更深地认识一些自己感兴趣的领域与知识。比如数据挖掘纵然很火热,但只有自己实践过了才知道它真正是怎样的。第四,科研锻炼了我独立解决问题的能力。经过科研训练,你会不再惧怕任何一个领域的专业知识,因为你有能力在短时间内学会所需的东西,然后应用并得到你需要的结果。第五,科研帮助我结识了一批非常好的朋友。科研团队中的人,因为在一起奋斗过,真的会一直关系非常棒,这样的一群靠谱朋友,真的很重要。

对于参加有意愿参加挑战杯的同学,我有这样几点建议:

首先,挑战杯是一个比赛,不是一场科研,这个希望所有参加的人都能认识清楚。这就意味着,第一,它不会等你,时间不够的项目只有死路一条;第二,它不在乎你做了多少,只在乎你给评委看到了多少;第三,我们应该衡量好背景知识在展示中的比重。

因此你的团队需要以下素质:第一,有一个强有力的领导者,能推得动进度,能当机立断快刀斩乱麻;第二,其他队员能配合,愿意配合;第三,有展示能力非常强的同学;第四,选好题目,又靠谱又容易理解又工作量不太大又让大家有动力。

另外,还需要跟所有做挑战杯的同学说一点:这件事,付出和回报很可能是不成正比的,相比于个人科研能力,它更看重团队合作能力、执行力、创造力与运气。因此,做挑战杯,目的最好不要仅仅只有得奖。通过挑战杯不仅仅锻炼了做项目的能力,而且研究了自己感兴趣的领域,尝试了自己很多正确或错误的狂想,还和队友们加深了友谊。这些事情每一件都比几等奖重要太多了,也正是因为这些,挑战杯将会成为让我们一直铭记的一段有笑有泪的有趣时光。




一群并肩作战的兄弟姐妹+一段刻苦铭心的回忆+一些见证当初共同努力付出的荣誉,是我在科研中的收获。

——杨路


我接触科研的原因很纯粹,就两点:对科研的好奇和对荣誉的渴望。怀着这样的好奇心与上进心,我参加了机械设计大赛、数学建模大赛和SRT项目,并获得了两项大赛的一等奖,挑战杯的三等奖。

参加机械设计大赛时我们完全没有经验,完全凭借着团结的精神相互支持着坚持了下来。我们队里5个同学都来自工业工程二字班,当时机械设计原理刚上一半,连solidworks都是从安装学起。我们的任务是设计制造一款除雪机,遇到了很多困难,开始的设计方案反复推翻重做,第三遍才过,制造图画了半个月,有时在紫荆地下从上午开始开会画图,中午累了就躺沙发上小憩一会儿下午接着画,晚上大家还会各自回去继续熬夜。好不容易出了3D模型,但之后的制造零件很耗时,后来装配调试更难,每人每天都花三四个小时蹲在制造中心一遍又一遍地拧螺丝。现在想想很感谢耐心负责指导的程嘉老师,和我当初那些拼命的队友,新宇当时差点被逆变器电死,嗣佳和萍姐也都因为压力太大退了工程制图,星汉社工也牺牲了很多。当初无数次失望或绝望中,就是凭着一股韧劲儿,大家互相鼓励挺了过来,现在回头看,很欣慰。

我还因为在建模大赛中取得了一些成绩并被推荐代表清华大学进入了全国大学生数学建模夏令营,那是我迄今为止第一次也是唯一一次代表清华,迎战全国各高校选拔出的几十支队伍。一直欣享学校赋予我的荣光,这一次能为捍卫学校的荣誉而贡献自己的一份力量,真的很自豪也很激动。经历了一起奋斗的阶段,我和队内的成凡和子江结下了深厚的情谊。至今犹记得当初一起研究时默契的分工配合,获得校内晋级推荐和全国夺冠时的欣喜若狂,还有那些在深圳的快乐时光

对于科研,我想并没有那么遥不可及,只需要有一个热爱和愿意投入的心就好,相关领域的经验或知识并不必要,因为所用的知识通常都是需要重新学习的,只要学习能力强、肯下功夫快速学习就好。跟老师做科研和自己立项还是有一些区别的,跟老师做项目通常是通过SRT或自己参与老师的课题。低年级往往是跟老师做SRT,老师把他的科研课题中切分出一小块交给你来做,自主性有限,工作基础,但能得到前辈较多的指导,整体难度和投入相对不大。高年级或部分大神会选择一直跟老师做项目,这个自主性很强,往往都想做出一定成果,挑战也很大。而自主参加比赛的话,自主性非常强,如果想得奖,对团队的要求也很高,很可能是确立一个目标无条件付出时间,有些比赛也不配备指导教师,挑战很大,但如果真的能坚持下来,走完整个科研流程会很有收获,如果能幸运得奖不仅鼓舞士气,对日后各种荣誉、机会及申请都有帮助。个人建议是,初次接触科研可以通过比赛完整走一遍流程,而且要投入,有了成果正反馈,你会逐渐爱上科研。如果是日后希望能读博一辈子从事科研,可以考虑高年级跟老师做项目求成果。

我在参加科研的那段时间投入的时间和精力很多。我们当时做机械设计大赛5个人,42天,共计工时超过800小时,平均每人160小时,摊到每天就平均4个小时。做数学建模大赛的时候,跟成凡、子江也不知道熬了多少次夜。科研肯定会占用很多时间,影响学习、社工和日常娱乐,但是它会激发你的潜力。大二是我科研社工最集中压力最大的时候,但也反而是我成果最丰硕,学习成绩最好的一年。大三逐渐事情少了,腾出的时间反而被游戏、懒觉和发呆吞噬了。现在想想很怀念那段时光,颇有当年万里觅封侯,匹马戍梁州的自豪感。


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