华中科技大学暑期赴加州大学伯克利大学交流项目总结报告_加州大学伯克利分校

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华中科技大学2017年暑期赴加州大学伯克利大学交流项目总结报告

我有幸在今年大二暑期得到学校与学院资助赴美国加州大学伯克利分校进行了为期两周的以前沿科技为主题的学术交流。如今，距离离开伯村已经快两个月了了。记得与伯克利的分别是在当地八月十四号的清晨，一行人带着连夜打包好的行李，坐上大巴，奔向机场赶赴旧金山国际机场，匆忙之间甚至没有给伯村一个好好的道别。而今，当我再次穿梭在熟悉的校园里，接应着老师同学们的关怀、并回之以笑脸和同样响亮的问候，穿梭在熙熙攘攘的饭堂之中，伯村的一切好像一场并不真实的梦境，可是，每每回忆起来，这份经历却总能带给我一份温暖的感动。在此，愿与大家一起分享。

我们的伯克利小分队共有41人，大家都住在一家叫做Holiday Inn的酒店，专业各异，但是有许多共同的的课，因此大家日常学习生活时常在一起交流讨论。同时我也在上课时结识了许多优秀的伯克利学生，在Sea Borg教室里面遇到的中国phd们，和他们的接触都让我收益匪浅。而我感觉伯克利两周给我最大的收获，就是让我有机会认识这么优秀的一群人，让我认识到原来自己是这么的渺小，原来研究还可以这么做。每每感觉灰心时，就会有一大堆满满的正能量向你注射过来。大二的我，即将迈入大三，对于大学生涯以及未来的道路时常会感到迷惘。但是很多师兄师姐会告诉我，她们的经验，并给我许多建议，免去了我的许多挣扎。同处异国，同样面临着生活和学业的挑战，我们也会有共同的挣扎，在这个挣扎的过程中，我们相互鼓励，一起解决困难。我在这个过程中，也学会了如何协调安排时间，如何关心他人，如何劳逸结合。接下来说一下本次交流项目中最为重要的几个行程安排以及我的交流感想。

一号我们在上海浦东国际机场出发，经过近12个小时的长途飞行，我们终于来到了这块陌生的大陆。出海关。拿行李，合照，几经周折我们总算出了飞机场，迎面扑来的便是清凉的海风，让人精神为之一振。我们踏上了迎接我们的大巴，并一路穿梭过这片育有伯克利，斯坦福的神奇土壤。旧金山正值地中海气候中以干燥为特征的夏季，因而四周草木皆是一片枯黄，城市也是一片昏暗，与想象中的场景有很大的差异，不止如此，旧金山市中心的房子有很多都是年代久远破破烂烂的，很难让人将其和世界著名的科教文化中心之一——湾区二字联系起来。

还没从这种惊讶中反应过来，顾不上jetlag带来的不适感，在吃完就绝对不会再来的美式川菜后，我们一行人来到了我们的目的地——加州大学伯克利分校。老实说，我跟本不知道我们是什么时候进入校园的。只见车曲曲折折穿梭过一条条狭窄的街道并最终停在一块生锈不起眼的刻有Universityof California几个单词的金属牌前，我才意识到我们到达了目的地。伯克利并没有设置围墙或是鲜艳的大门，也无论门卫等保安人员，所谓著名的“学术无界限“之论便是如此。

我们在伯克利本校学生导游的引导下很快地便游览完了整个学校，对没错，是整个学校！相比于其他学校来说，伯克利真的非常的小，而且很多设施非常的陈旧，也难怪学校间流传着“伯村”这样一说。尽管如此，学校的学术气息却依然让人沉醉其中。伯克利的森林覆盖率值得一提，时不时的有小松鼠和小鹿等动物跳跃其间。在各个树荫下都有学生正在看书，或是激烈地讨论着某个话题。伯克利学生学习的氛围非常的自由，他们没有行政班级的界限，在大一大二期间并没有固定的专业，可以选择任何自己想修的专业，只有到了大三才会决定自己的专业，据此来选择专业课，大学毕业只要求修满120个学分。这样的学习模式下，学生在大一大二期间可以有更多机会去选择自己感兴趣的专业，从而在大三更加有目的性的去决定自己的专业。这种可以多选专业的模式让学生有可能在毕业之时拿到多张毕业证书，最高记录是一个人在三年期间学完了五个专业的课程。让学生自己从一开始就自主地选择课程，可以让学习变得更精，因为避开了一些对自己本身而言并不重要的课程。最让人称赞的是，伯克利非常注重学以致用，即边学习边运用。我们的学生导游举了一个简单的例子，他在大一学习了线性代数中的矩阵变换之后，老师就给他们安排下任务，利用矩阵变换采用python实现图像碎片的采集与重整，长久以往，学生的技术能力增长的非常可观。这种学习模式让我看到了我们之间的差异：一直以来我们都是以上课为主，实践为辅，先学完很多基础课，在去学很多很多的专业课，这种模式让我一度非常的迷茫，不知道学习这些会有什么作用。但学生导游非常自信的告诉我们，在边学边用的这种模式中，他非常清楚自己为了什么去学习这些内容，也很有自信去运用自己的所学去做一些有趣的东西。而且，根据他的阐述，我可以明显感觉到，他们作为一个大一的学生，技术能力甚至已经超过了我们国内大部分大三大四的学生，这让我在感受到差异的同时也看到了差距。

项目成果展示

二号上午的课程是由北大过来伯克利的陈晨老师讲授的“Visualizing the Nano-World with Scanning Tunneling Microscopy”,亦即“有了扫描隧道显微镜，纳米世界将不再神秘”。在之前的预习工作之中，我已经提前了解到：扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscope 缩写为STM。作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技中既是重要的测量工具又是加工工具。

记得曾见到一句话，叫“未来的科技只可能有两个发展方向，一是往大了走，再是往小了走。”作为理科生的我们都深知微观领域探索的重要性。而另一方面，在微观领域里进行研究的观察和测量工具有着举足轻重的地位。通常一个全新测量技术的出现往往就标志着一次微观探索里程碑式的突破。

首先，陈晨老师带领我们了解了纳米世界的尺度，从原子到DNA，到蛋白质，再到红细胞和头发丝，纳米技术的特性和相关应用实在是不胜枚举。接着还向我们展示了由STM技术得到的各种晶体的图像。但仅仅停留在表象还不够，紧接着老师就放出了STM技术的流程图。在这里同学们对这种技术展现出了浓厚的兴趣与强烈的好奇心，不停的向老师提出各种问题。老师都会一一耐心地解答，直到没有人有困惑了老师才会继续。这一点上我们也感受到了这里的课堂与国内课堂的差异，在国内老师由于课时的限制几乎不会逐一的在课堂上回答所有同学的问题。接着就是讲解STM技术原理的部分，这种技术的关键就在于设备中TIP的尖锐程度，越尖锐的tip得到的图像就越清晰不会有重影。这项技术应用了量子力学的许多思想，老师在授课中还提到了薛定谔的猫，来阐述量子力学中态的概念。在STM系统中由于tip上电子与样本中电子处在不同的能量量子态，他们的态密度也不同，电子在不同的量子态之间就会发生迁移，进而形成电压电流形成电信号，经过放大器的稳定以及处理输入到电脑中形成图像。老师还展示了这项技术在科研中的应用，在科研过程中这项技术能够对科学家的理论计算结果进行验证。老师举了1D GNRs的例子通过图像的方式清晰的阐释了从合成到最后得到扫描结果并进行验证的步骤。接着老师还列举了2D的一些材料的STM结果是什么样子的，让我们对STM技术有了更深一步的认识。经过老师的讲述，让我认识到当今的研究多是将不同的学科结合起来，今天的老师就是将化学与物理做到了有机结合。用老师的话讲就是各学科之间的相互合作对我们的研究是非常有价值的。课程的最后，老师放了一段短小而有震撼力的视频向我们最后展现了微观世界中的奇妙，视频中科研人员用原子做了一个小男孩玩耍足球图案，并利用技术不断移动原子达到足球与小男孩移动的效果。

而下午的座谈会，作为学生会主席的李学长更多的跟我们讨论的是在伯克利的学习生活心得。他和我们聊了聊他所认为的中美教育的差异，他认为美国的教育更加开放，也更加包容，也更注重跨学科的交流。就比如他就自己调侃说他的导师带的学生做什么的都有，就是没有做和他导师相同的学科内容的，这就和国内学生往往和导师相同方向很不一样。随后，他也给我们介绍了他的教授所从事的研究，负折射率材料的研究。姑且不说这种材料能否达到应用的程度，但这种敢于对固定认知，例如直射率必须大于1，提出挑战就是一件很了不起的事情。有了这种材料，或许隐身将不会成为一件难事。这也让我们了解到伯克利的一些尖端学者都在做的一些研究到底是什么，为我们将来的道路提供一个指引。

三号上午给我们上课的老师是一个非常有魅力的老师——这是我从心底发出的感慨，甚至可以说，我已经很久很久没有遇到一个如此让人感到惊艳的人了。这位老师姓陈，名羽北，正如名字一般，他的人也浑身上下散发出一种诗人的气质。不仅谈吐不凡，他即便是在给我们讲计算机学习如此晦涩难懂的课程时，也是古诗词信手拈来，仿佛这对他来说并不是什么挑战，让人很难想象到他是一名钻研电子信息与计算机科学技术的工科生。上课的主题是“Generative unsupervised learning”，即机器的生成性非监督学习。开场陈老师以费曼的一句很经典的话开场”What I cannot create, I don’t understand”，这是在告诉我们如果对一件事物的理解不够，就无法进行再创造。因此学长其实是想表达我们做学问要沉下心去，读文献、做实验都是如此。这句话用于机器学习是很恰当的，因为所谓机器的学习，便是根据已有的训练集从而获得新的东西，能对未知集进行反应，在监督学习(supervised learning)中,以标签的形式表现，在非监督学习(unsupervised learning)中则是以聚类表现。课堂中主要讲了生成性非监督学习，分为三种形式，数值形式与线性叠加，几何形式与领域扭曲，等级集合形式与信号分析。

实话说，本次课堂涉及到了对我们来说比较深奥难懂的领域，而且全程英文教学，有很多生僻的专业词汇我们并不是很熟悉，因而一堂课下来也是一知半解，只是对这个领域有了一些初步的了解。上课过程中我发现了一个问题，每当老师解释某个东西，最开始的时候大家都很迷糊，因为总会有一些专业词汇跳出来遮蔽我们的视线，但如果老师给我们提示一下这些词的中文意思，我们才会恍然大悟——很多时候不是我们没有能力去理解，而是这些专业词汇阻碍了我们理解的视线。经过这次学习经历，我真的非常希望今后我们自己的教学能够尽量用英语教授，让我们去熟悉各种专业词汇，这不仅方便我们更好的去与国外的大牛交流，与国际接轨，也更加方便了我们今后阅读国外的文献。

四号下午我们坐了一个多小时的车来到硅谷中心GSVlabs参观。GSVlabs是一个创新孵化器，孵化器使用率较高，大批创业公司在此获得加速孵化服务并发展迅猛。我们随从一名当地的工作人员参观了整个孵化中心，随行中为我们解答各种疑惑。从其中我们得知在这里各种new Starters需要在孵化中心租用工作位置，租用费用为每月600多美刀，在接受孵化中心资深mentor的帮助时，也是在等待契机——如果有各种巨头产业公司过来参观交流，对他们来说就是一个很好的合作机会。我们问了一个很有趣的问题——孵化中心很能够保证所有申请者都能成功地开创自己的公司，实现自己的目标，也从导游口中得到了答案——在这里所有的mentor都是非常资深的专家，有着丰富的企业经验，而且GSV的孵化其实是一个双向的选择过程，申请者选择了GSV，同时GSV也会根据申请者的创意去筛选，他们更看重的是idea的创新性。在实施过程中难免会遇到很多挫折，但他们对这种创新idea实现的宽容与支持已经达到了很高的程度，能够有效保证让申请者最后获得回报。在GSV的那段时间内，我们非常幸运的遇到了一家刚起步的公司的CEO正在做路演，他向我们的提问毫无藏私的做了回答。他的公司名为Twic,属于与58同城类似平台性质的公司，这家公司的目的就是为了减少各种小型企业在资源使用时的浪费。根据他的介绍，原本市场中450K美元的花费在他们的策划下可以减少到不到100K。之所以能够达到这种惊世骇俗的效果，就是因为他们准确把握了市场中资源浪费的根本原因。例如以前企业中给员工支付工资都是按人头付给，但其实这些支付的工资并没有实现它拥有的价值，换句话说并不是每个人的工作都是值得这份工资的。现在经过他们的策划，他们需要先对工作者的工作进行评估，根据工作业绩去支付工资，有效减少资源上的浪费。

六号上午的内容是由Christian Dierks老师讲授的、与二氧化碳的电催化再生相关的共价有机结构的知识。由于老师是德国人，所以在听课的时候难免会觉得比以往困难一些，但是这并不能成为自己不好好学习的借口，因为还是有许多的同学听懂同时与老师进行了积极地互动。其实，更多的问题在于这次的课程与化学化工密切相关，而自己已经多年未曾碰过化学，所以听得云里雾里就在所难免了。

首先，老师讲述了共价有机结构的历史发展过程，包括了对于零维度、一维度，乃至二、三维度的结构的控制。接着介绍了原子、分子和共价有机结构的关系和COFs的重构网络合成等知识。之后讲解了应用在二氧化碳电催化再生中的、含钴卟啉的共价有机结构。然而由于自己化学知识的有限，从讲解用于提高效率的、COF催化剂的形态学工程开始，我便渐渐地更不上老师的思路了。好在老师给了我们一些参考资料，对我们课后的自学和复习非常有帮助。通过这次学习，我了解了一些目前用化学方法制造催化剂，从而高效吸收二氧化碳的方法。利用太阳能把二氧化碳固定住，不仅能减轻温室效应，更是一种高效的、把太阳能转化为燃料的方法。这给我们提供了一个新的思路来解决能源和环境问题，也算是开拓了我们的眼界和思路。

下午的分享是由陪伴我们一起在伯克利度过了许多天的张亘学长为我们带来的，主题是“从科学、技术、工程、数学到实习和工作”，这对于正处在学习先进知识、做出人生重大选择的关键时期的我们来说是非常有用的。首先，张学长用中文向我们说明了今天下午这次的分享应当轻松些，让我们不要有心理负担和紧张情绪，有什么问题都主动提出来。好在之前和学长交流了很多次，所以听起课来并不吃力。首先，张学长介绍了他的一些教育经历，重点讲述了他在伯克利做过的事情。接着，学长谈起了在伯克利学习和生活的一些技巧，这让我们生出了许多的向往和期冀。他说，在伯克利生活对于学习、睡觉和社交的侧重比例非常重要，如果想要有个好看的GPA的话，就不得不舍弃社交的时间甚至睡觉的时间。另外有一点也是令我印象非常深刻的，我一直以为伯克利的学生应该大部分都是比较勤奋和认真的，可是据学长说，其实他们中的大多数也是平常不很努力，到了“dead week”才开始拼命学习，突然觉得这跟我们华科的考试月还是蛮像的，可能这个年纪的学生能够沉下心来默默做学术的并不是主流吧。

伯克利大学后山（可以将整个旧金山一览无余）

八号上午我们去了Intel公司的总部，老实说和我想象中的不一样——现实中的intel总部并不是那么气势恢宏，相反撇开大门前的intel标志不谈，看起来和一般的企业并没有什么不同。但就是在这样不起眼的公司大楼之中，工作有世界上最为顶尖的硬件工程师，他们所创造的处理器正在被亿万人使用着。我们进入到intel总工大楼，受到了接待人员的引领。接待人员在会议室中给我们讲解了intel的相关情况，得知到如今Intel已经再慢慢转型，由以往的微电子产业逐渐转移到了如今热门的领域—无人驾驶上，例如早在2016年intel就收购了德国的一家无人机技术公司——Ascending Technologies,今年更是收购了无人驾驶芯片研究公司Mobileye.Intel的转型也是迫不得已——Intel的创始人Gorden Moore在1965年提出了著名的摩尔定律——芯片上的晶体管数量每隔12个月便会增加一倍，虽然这个定律被证明具有很大的合理性，但是现在芯片的制造还是遇到了瓶颈，不是因为造不出更高密度的芯片，而是这样发展的投入会急剧增加，但是回报跟不上，整个产业的性价比会降低。Intel的转型也向我们传达出这样一个信息——硬件的发展如今已经到了瓶颈阶段，我们今后如果想有更好的就业前景，就应该将更多的精力放于软件上，实现人工智能。

这让我对我如今的境况有了一丝明悟。身处于机械这样一个偏向硬件的夕阳产业，我时常会感到迷茫，不知道将来会何去何从。可是最近的一些经历让我感受到了，也许人工智能会成为我的契机。就如前几日硅谷论坛中黄晓庆学长曾经说过的，深度学习将会未来的趋势。就算作为一个机械的学生，我们也应该去跟随这个趋势，不能仅限于传统机械的阴影笼罩中，这样以来，相信未来的科技领域必有我们的一席之地。

九号下午的lecture是由本科于清华精仪系就读、现在伯克利攻读PhD学位的徐卓学长为我们带来的“机器人技术的三生三世”。徐卓学长正在伯克利的机械系统控制实验室学习，师从M.Tomizuka教授。他不仅本科是系里的第一，而且有着多伦多大学和剑桥大学的研究经历。就像之前的陈羽北学长一样，徐卓学长也是带有清华学子的共同特征，那就是自信和儒雅，他们总给人一种不骄不躁的感觉，而且学术功底非常好。与之相比，我真的在很多方面都差了许多。

首先，学长为我们介绍了机器人技术的历史。他说，机器人技术甚至可以追溯到公元前第三世纪。接着，徐学长从公众认识、机器人企业、具体用途和外形等方面为我们讲述了关于机器人技术的现状。并详细讲解了现今机器人技术的一些主要研究主题，比如运动规划、深度学习和相关的工作。为了让我们更加深入地理解之前讲述的知识，学长特地为我们举出了一个“意图推断”的研究实例并详细给出了其中用到的基础理论，更是结合了动画，这让我们一下子就懂得了它的原理，收获到了满满的干货。在许多同学的强烈要求下，徐学长跟我们聊了很久关于国外学校申请的东西，虽然我没有这个需求，但是认真聆听之后还是了解到了许多关于出国深造的技巧和知识。

十一号至十二号我们为最后的答辩做着最为努力的准备，我们抽到的的题目是IOT,也就是物联网。为此我们查了很多相关的资料，最终确定要将主题确定在IOT在交通领域中的应用。虽然最后在答辩中没有取得前三，但我们认为在两天两夜不懈的准备中，我们团队协作，查找资料为自己所用，以及英文演讲的能力得到了很高的提高。

最终获得了伯克利大学暑期交流项目的结业证书

以及我们小组的合照

以上便是这次短期交流项目最重要的一些行程安排以及我的一些看法。最后还要谈及本次交流项目对我触动最大的地方，就是让我对人工智能产生了极大的兴趣，让我有了对此作一些研究的决心，兴许这将成为我今后的研究方向。