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第0教学单元－概论课2013年10月10日第4周星期四今天上了由清华大学基础工业训练中心主办的实验室科研探究的第一课----概论课。课程上老师主要介绍了有关这门课的开办目的与的教学计划和教学流程。总的来说，这门课的目的在于开阔在校本科生的视野，培养学生跨学科学科交叉的思想和意识。这正是我选择这门课程的初衷，我认为在现在这个各个基础学科都有一定程度的发展的社会中，学科交叉格外重要。作为一名刚刚步入大学的大一新生，大学留给我的第一印象便是复杂。首先分院系，不知道自己的专业是否真的合适；再者便是选课，许多课程都是想上但又犹豫的，害怕自己的时间精力分配不好。而实验室科研探究课为我提供了一个更加全面的视角，更加开阔的获取知识的渠道。在课上，我可以听到来自不同院系的老师教授对其任教专业的介绍和理解。这样就让我对部分专业有更进一步的了解，可以最大程度的认知自己的真正兴趣所在。古人有云，三百六十行行行出状元。而现在的社会与古人所居的社会大不相同，现在社会中重大成就往往不在于某一单一学科的单项成就，而在于两个，甚至多个学科交叉时所迸发出的灵感。而且，即使我们以后做不成科学家，而从长远角度来说，一个见多识广的人，一个有更多经历的人，一个视角更加开阔的人，往往能够在处理事务时更加从容，获益终生。听了这堂概论课之后，我更加坚定自己的之前选课时的选择，并且希望能够再剩下的7个教学单元中学到更多的知识。第25教学单元－激光表面改性技术研究2013年10月23日第7周星期三课上，老师首先声明了这节课的重点。重点在于物质材料的表面改性，而不在于激光。激光仅仅只是使材料的表面改性的一种方法和渠道，我们的最终目的是把物质的表面改造成为我们想要的样子。激光具有一些很好的性质比如方向性，单色性，相干性等等。其中它所具有的高能量被人们看重，并且被利用为改变物体表面的技术之一。激光的方向性支持他可以在一个很小的区域里对物质和材料进行操作，而它具有的单位面积上的高能量（约为1000瓦特的电磁炉的3千亿倍）是他的确胜任这项工作。激光在表面技术中的应用主要包括：激光硬化、激光熔覆、激光诱导反应、激光蒸发沉积、激光抛光、激光表面清洗、激光表面织构等等。以铁来举例，当铁被加热到红热状态（即奥氏体占主导地位时）铁易被塑性。之后需要以极快的速度冷却到常温，否则常温下在铁中仍然有许多奥氏体存在导致铁的硬度，强度不能满足人类的要求。如采用这种激光的技术，仅仅对铁的表面进行加工的话，在加工完的瞬间，由于铁的导热极好，铁就会迅速冷却，完成加工。这样的话，不仅加快了加工的速度，而且节约了材料。但对于这种微观的加工，不确定性则会增加，从而在某种程度上限制了这项激光表面改性技术的应用。所以我们是否能够通过大量的实验数据和理论依据对该性后的结果物质进行推断，对性能进行更加精准预测呢。第52教学单元－仿真学，21世纪崭新学科2013年10月16日第5周星期三课上，老师首先通过一个物理上的例子（一个小物体在弹簧阻力和另外一个阻尼力下的运动）对比了真正求精确解与通过仿真学来让计算机求相当精确的近似解的性价比，而引出仿真学的概念与前景。仿真学的关键是模型试验，是对一个实际存在的真实系统建模出来的数学模型的模型试验。在现实的生活与科研中，有许许多多的数据和结果很难通过做真正的实验得到，甚至有些数据或判断根本不能通过实验的方式得到（如核弹的爆发的破坏力，摧毁小行星的实验等等）。在这些情况下，现代仿真学的优势便突出出来：价格低廉，安全性好，可操控性强。然而，我觉得仿真学也是有一定局限性的。因为在某种意义上讲，我们通过仿真学得到的数据永远只是一个近似值或者是一个人们对此的一个预期，他与真正的现实必然存在着或多或少的差距。而这种差距的大小是我们关心的问题。对于开篇第一个问题，当取值越密，结果越逼近准确值，而当遇到更复杂的情况时其结果可能有较大波动性。所以我觉得，在合理应用仿真学的知识理论时，应注重对在仿真过程中与真实的偏差的大小的分析。同时注重仿真模型的优化，找到更好的、产生误差更小的模型。为确保仿真过程的可靠性，我认为还应加上误差分析这一环节，看看所产生的误差最大会有多大，从而决定这种便利的仿真是否真正可行，以确保最后实施的准确性。第85教学单元－演示实验的物理性与趣味性2013年10月31日第5周星期四课上，老师先介绍了这门课程开办的初衷：为了增加同学们学习物理的兴趣，为了改变大家以前几乎一直对物理的偏见。今天我主要学到了几种3D的制作方式，以及，观察并实践了及中小型趣味物理实验（凯尔特魔石，翻身陀螺等等）和超导磁悬浮列车的模型。关于3D，它是通过模拟物体本身的不同部分到人双眼的视角差而使人感觉它是立体的。老师介绍的第一种3D是通过红蓝双色的图片和红蓝眼镜来完成的。人几乎不能从红色镜片中看到红色的图片部分，只能看到蓝色的部分；蓝色的镜片同理，这样便人为地造成了视角差产生了3D的效果。第二种是通过偏振片来构造视角差的。人们通过在投影器上和眼镜上分别安装偏振片是人的两只眼睛可以看到不同的图片部分，从而产生视角差。之后，老师简要介绍了分别由小棱镜和凹面镜形成3D效果的两种不同的方法。之后便是凯尔特魔石（一种可轻易单方向旋转但难以按另一方向旋转的魔石）。虽然其完整的理论体系到现在仍然没有建成，但其大致可以用其质量轴与旋转时的转动惯量轴不重合来解释。我们看了由凯尔特魔石构造出来的物理模型，并从实践中加深了对物理研究及其研究步骤的理解。最后我们观察了受魔石启发制作的翻身陀螺和直立蛋等小型物理趣味实验设施。通过这堂课，我对物理有了些新生的看法，物理并不完全是枯燥的公式和计算，它也可以是从生活中来的一些趣味探究。第89教学单元－光学显微分析及定量金相2013年10月15日第5周星期二今天上了真正意义上的实验室科研探究的第一课——光学显微分析及定量金相。在上课之前我先查了一些关于光学显微镜的资料，包括其工作原理，发展历史等等。在课上，老师也用了很大的篇幅来更加详细的讲解了这一部分知识。公元前一世纪，人们发现通过球形透明物体去观察微小物体，可以使其放大成像，对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。在1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器，此时，显微镜仅仅只是当时上流社会中贵族的玩具。在1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构。1673～1677年期间，列文·虎克制成单组元放大镜式的高倍显微镜，在意味着显微镜不再仅是玩具，而更加面向科研了。在众多诺贝尔奖中，关于显微镜的就有超过5项。之后老师给我们讲解了关于金相的知识，着重以铁为代表，讲解了生铁，熟铁，钢的本质区别，铁与碳不同温度下的不同形态，以及碳在铁中的不同种类的分布。最后，我们亲自观察了蠕墨铸铁和球墨铸铁的表面金相，而且我们还利用该仪器趣味的观察了手机屏幕LED灯的放大图。这节课几乎颠覆了我对铁以往的认知，在学到了更多知识的同时，我也认识到了自身的局限。更深的理解了这门实验室科研探究的意义。第92教学单元－超声加工技术及应用2013年10月11日第4周星期五课上，老师首先对什么是超声，什么是超声加工技术以及超声加工的应用和应用原理给我们做了一个较为细致的介绍。超声波是高于16kHz的声波，人耳听不到，但却是客观存在的自然现象。对于许多许多的材料，由于他们本身过于硬和脆（如一般的玻璃，石榴石，锆质材料等等）。如果用一般的加工方法进行切割和钻孔加工的话，很容易将材料整体破坏，从而造成一笔不小的经济损失和物质上的浪费。而通过这种超声加工技术，在一个很短的时间内，对被加工的材料进行极快的冲击，则很大程度上保证了加工的成功率。虽然这种加工技术的加工对象较为局限，但他对这些特定材料的加工的几乎独一无二的能力使其极有发展前景。根据老师上课所讲，这种超声加工技术的关键在于设备中变幅杆。变幅杆是一根上粗下细的杆件，他可以通过减小振动的面积的方法将振幅扩大，使其满足超声加工的要求。但同时对变幅杆的要求也极为苛刻。要求变幅杆整个杆件其中不能有缝隙，否则，因其缝隙的存在，则会出现杆的上部加工杆的下部的尴尬情况，而且，变幅杆的成本极高。所以，我比较关注一些关于变幅杆的保护措施和变幅杆的回收再利用的有关环节。超声技术的确有很大的发展前景，在生活中的许多方面都有它的应用，如超声波清洗等等。第93教学单元－揭开发明创作的面纱,由科研项目专利带来的启发2013年10月24日第6周星期四课上,老师先讲了他这项科研的发明专利的来由。老师的这项专利是关于军用拉伸已骨折的骨头的设计。该项专利仅仅用了两周的时间便完成了从产品设计到制作样品的所有工作，并且以其质量轻，强度大的特点很好地满足了军方的要求。然而，这项看似高深莫测的科研发明专利的原理竟是取材于人们日常用的拉杆箱。这个牵引器将拉杆箱的拉杆部分换为只可单向移动的的牙状齿（用线切割技术完成），来保证被拉开的骨头不会再度相互摩擦造成二次损伤。可见，许许多多的科研专利都是来自生活的。科研发明专利本身应用的技术也许高深，其中涉及的许多理论也许是我们还没有掌握的，但其原理，决定这项专利的灵感往往是来源于生活的，来源于人们对实践的理解与认识的。人们之所以区别于动物，在于人不仅仅能适应环境，当环境不够适宜的时候还能够尽力改造环境。我们在课上看了一些几乎是完全出于实践中的专利：因高层擦玻璃的危险度高而发明出来的磁性双面玻璃擦、因洗澡后玻璃上布满雾气而创造出来的涂层玻璃……同这节课的标题一样，我觉得我现在对于科研专利有了更深的理解。人们搞科研的原因是现实生活中存在或大或小的局限，不尽合人意。人们希望通过科研的方式来进一步改善生活。所以我们应当更加注重生活中的局限，同时留心关注与其类似的事件，这样的话，科研专利至少会离我们更进一步。第98教学单元－医用高场磁共振成像仪探索人体生命奥秘2013年10月21日第5周星期一这堂实验课由老师给我们讲解磁共振成像的原理和它在临床上的应用。首先是它的原理，医用高场磁共振成像是利用质子在极大磁场中的类似于陀螺般旋转完成的。该磁场的发生原理是电流的磁效应。在医用高场磁共振成像仪的圆柱筒外层，有用液氮封存的导体（以此来实现超导）向其中通入较强的电流，由安培右手定则，产生沿该圆柱筒形仪器的强磁场（现使用的仪器中，该磁场强度可至5特斯拉）。除了这个沿向强磁场之外，在这项技术中还需要一个指向圆筒中轴的径向磁场。考虑到如果用同样的方法，则产生径向磁场的强电流会受到沿向磁场的作用，而且这样的能量消耗太大。所以医学上采用了类似于共振效应的技术，加上一个能够旋转的磁场，使质子在旋转的时候会不断的收到磁场的作用，从而达到理论所想的径向大磁场的效果。之后，我们对比了通过医用高场磁共振成像仪所成的患者患病部位图片和通过CT所成的X光片的区别。在其中可以明显的看出磁共振影片的优越性。现在，高场磁共振成像技术在许多许多大型医院都有应用，它正处于平民化的阶段。那么，如何降低这项技术的使用成本，增加这项技术的普及率令人关注。我们知道，磁共振的机器由于液氮的缘故，正常情况下人们是永远不会关闭它，让它停下来的。那么可否通过增加它的利用率，来变相降低其使用成本呢？简要总结：通过这八次课的学习，我对实验室科研有了更深一步的了解，同时视野也被开阔了不少。例如：学习完金属金相之后，我对铁（铁碳合金）的不同种类和不同结构有了一个简单而初步的了解，接触到了一些平日从来没有思考过的问题，我觉得这对我来说是一种提升；学习过趣味物理之后，我对物理的看法或多或少的改变了些，那节课的魔石实验和超导磁悬浮的的确确勾起了我的兴趣，我从中感受到了物理的吸引人的一面；学习过激光表面改性之后，我不得不感慨于激光所带有的高能量，以及人们想到利用这样蕴含高能量密度的激光的智慧；上完医用高磁场之后，我对其磁共振的原理以及其成像方式有了一个较为初级的理解，在临床实验中，我们亲自看到了清华大学实验室中高磁场对人的实验，感受到了科研技术的重要性……正如第一节概论课所言，现在的时代更加需要拥有更加开阔视野的人，