英才计划：一段奇妙的“人生旅程”

李仕嘉

初识科研

2020 年1 月，我顺利地通过了英才计划的选拔，跟随南京大学计算机学院博士生导师钱柱中教授开展科研学习和探索。1 年的探究性学习，让我对研究的一般方法论和开展程序有了基本了解，也掌握了一些计算机语言技能和算法知识。2021 年继续参加英才计划培养，除了能熟练使用Java、Python 等语言及一些实验和数据分析软件外，还在某些快速算法的实践中，总结了这些算法的优势与适用特点。高中2 年多的学习，让我能结合地理、物理、心理、环境科学等学科领域探究一些跨学科课题，并在计算机应用方向开展研究与实践。

身边的科研故事

事实上，我们身边有很多课题值得研究，只要你有充分的好奇心和善于发现的眼睛。

我酷爱田径，也有体育训练经历，因此经常观看田径比赛和训练，第一个研究课题“铁饼室内投掷测距技术研究”也因此而生。通过观察和调研，我了解到铁饼运动员投掷训练在冬夏和雨雪天气需要转到室内，室内受场地限制，铁饼不能完整飞行，只能看技术动作，无法判断训练目标是否达成，而且全国普遍如此。由于从小学习制作机器人，我熟悉多种类型的传感器，于是想到能否在铁饼里安装一个陀螺仪传感器，实时记录铁饼的飞行姿态，通过初始阶段的飞行数据，模拟飞行曲线并预测投掷距离？研究据此展开，希望用科技助力体育发展。首先，根据物理学和空气动力学知识及实验研究铁饼飞行的曲线模型;然后，设计系列算法将传感器记录的原始数据转化为测距所需的关键数据;再依据铁饼出手时的物理特征和经验值域识别出手时点; 最后对出手后一些时点数据进行曲线拟合和距离预测。

此外，我还和同学一起，在导师的指导下开展了“企鹅行走步态与能量回收关系”研究。该研究以人和企鹅作为样本，通过将企鹅运动分解，建立刚体运动学理论模型，解析得到不同参数下对应的运动模式，定量分析运动过程中的诸多参数，发现适当的晃动不仅能提高能量回收率，还可以降低能量消耗率，使得生物的行走节省能量。

除了这些系统的科学研究外，我还进行了几项小发明、小创作。2021 年暑假，我设计了碳中和生态智慧垃圾箱和口袋花园。在垃圾箱的构造中引入种植区，以植物的光合作用对垃圾处理产生的二氧化碳进行等量吸收为原则设计自控系统，实现垃圾限量投放;同时，结合雨水回收、太阳能板供电和湿度检测，实现自动化植物灌溉。这个小小的垃圾箱，可以融入城市的GIS 和CIM系统，方便政府部门管理。口袋花园的设计异曲同工。另外，我还制作了智慧闹钟，专门应对起床困难症。参考人们睡醒阶段的生理和心理特征，制作音乐程序，逐步喚醒和调动情绪，让人们愉悦地起床。当前正在进行的一个课题是结合地理信息系统、区域降雨量的统计及雨影效应，通过聚类分析和编程，研究一个算法指导片区种植。

与“科研”痛并快乐地相处

首先是知识的局限，需要时常学习新知识，并在研究中学以致用，否则研究就可能进行不下去。比如欧拉角概念、空气动力学、多变量微积分等的学习。其次，实验中也常常会遇到各种各样的困难。比如：铁饼项目中，数据的采集和处理是非常繁琐和枯燥的，需要复位、拍摄、测量、捡铁饼等，而且还需重复很多次;企鹅项目中，要由人模拟企鹅行走，为了让质心和步态与企鹅更相似，实验中需要捆绑手腿脚模拟行走，另外还有因为3 个方向拍摄的视频时间没有同步、近大远小的误差而导致数次实验重做等。新冠疫情一度打乱了我的学习和实验计划，但也促使我学会了时间管理，以及在实验开始前对意外的考量和预案管理。

感悟与成长

在这2 年的探究性学习中，我受益匪浅。

曾经的我，手比脑子快，而现在，我学会了先思考再行动、体系化思考问题、细致严谨的行为方式。遇到问题不再急于作出简单的判断，而是多说“不一定”和“为什么”，这样思考才不会停下来。回想当初我兴冲冲地拿着铁饼项目初步研究结果去找导师时他提出的疑问：“你的模型是唯一的吗？陀螺仪传感器为什么要装在质心？”“你不要着急下结论，先去了解一些相关知识，再想一想，然后我们再来交流。”“不能只说怎么做，还要能阐述做法背后的逻辑与理由。”导师的话让我深深地感受到什么是科学的研究方法。

英才计划经常组织含金量高、形式多样的学习与交流活动。比如2021 年寒假举办的计算机线上冬令营，国内高校计算机专业大咖向我们传授前沿知识和研究型学习方法，同学们也选择感兴趣的领域分成小组，合作探讨并完成学习任务，分享各自对知识的理解，在这个过程中我不仅学会了团队合作，还与一些志同道合的同学建立了长期的友谊。与优秀者为伍，在超越自我、追求卓越的道路上不断进步。

在培养过程中，对我影响最深的是2021 年10 月底的第四届世界顶尖科学家论坛及T 大会，汇集了国内外诸多领域的诺贝尔奖获得者、科学家和学科领军人物，通过主题演讲和交流座谈，让我不仅有机会了解到世界前沿的学科理论、研究发现等，还让我从这些科学家身上了解到他们面对困难时的坚毅和在科研道路上的执着，让我明白研究的曲折经历与克服困难的过程远比名次重要，要做一个长期主义者，让我受用一生。