【MIT夏校纪实】2016美国麻省理工学院(MIT)暑期工程设计研讨会(EDW)四周纪实!
发布日期:2016-08-30 08:56:48   阅读数:1087


2016年上海青少年科学社和美中科技教育促进会合作,选拔学生于2016年6月30日至7月31日赴美国麻省理工学院Edgerton Center参加为期一个月的工程设计研讨会(Engineering Design Workshop )。来自上海市复旦大学附中学的范紫昕同学用四个篇章——校园篇、课堂篇、课题篇以及理念篇向大家分享了她在MIT一个月的学习生活。


校园篇

        走在“理工之最”MIT校园里,不得不说连周围的建筑都由内而外地散发着理科生的crazy。比如标准八分之一球体的礼堂楼和经典的计算机系主楼,还有某三栋楼构成一个顶角为三十度的等腰三角形…… 

图片1.png

        不过最著名的还当属工程系主楼,石柱+园顶,简约庄严。这也是著名hacker“警车鸟栖楼顶案”的“案发现场”。据说“作案手法”是用起重机吊起汽车遂成功,不知是不是我拍到的这个呢?

图片3.png

         走进该主楼,黄色的灯光柔和而庄重,内部设计依旧风格简约,大气的门厅,明朗的走廊,给人一种低调踏实之感。大厅一边的墙上是立体的MIT校徽。

         然后容我吐槽一下MIT的教室与洗手间。这里的教室编号都是印在门的玻璃上,不会有突出的立体标牌,只有洗手间有突出的三角体,上面标有MAN或WOMAM。且不说洗手间也有模有样的标上编号,门长得与其他教室的一模一样,有些洗手间旁突出的玻璃展柜——挡住视线内标牌的玻璃展柜——曾害得我整整一周没找到上课所在楼层洗手间的玻璃展柜——是很绕人的啊。或许可以想象这样的一个场景:某学生兴致勃勃奔向老师办公室,想分享实验结果,结果一拉门“Professor!”,咦画风不对。再看一下门上编号,差了一个数字。于是忧郁地45度角望天,三角体标牌俨然映入眼帘。Lucky dog! 

         不过workshop的教室还是很赞的,各种材料、机器随便用,灵感枯竭时还有废物墙(划掉)"未完待续"前人半成品墙供借鉴参考;无聊时还可以玩玩废物墙(划掉)"未完待续"前人半成品墙或教室内其他还“剩口气”的作品,总之工程味浓浓的,让人看着就跃跃欲试。

图片6.png

 

课堂篇

        总的来说,我参加的这个夏校engineering desigh workshop对于热爱工程、设计又爱好动手的学生来说还是很不错的。从7.5到7.29,整个班21个人,男女生各半(据说挑选时协调过),并配备(教学部)一个教授Professor Ed,(协助教学部)七八个已毕业或仍在校的MIT大学生,(后勤+宣传部)一个帮忙管理器械材料加拍照发Youtube的老师Jonathan,及(外援部)一个有空没空就来瞧瞧并指点一下的(Ed言其上司的)教授和许许多多拜访Ed顺便与我们高中生聊聊人生谈谈理想磕磕瓜子(?)“啊想法不错”一下地交流课题的MIT学生。资源可谓应有尽有。精神层次外,物质层次也很丰富。比如我免费在MIT吃了四周的各种美国风靡(?)零食+甜点,以及风味各异的pizza(真的风味各异cry)。当你擦亮目光环顾教室,无论是欢笑还是悲伤,激动或是无聊,总有老师会不时地关怀你:“Eye protect.”(就是当你偷懒摘掉护目镜时总有小天使老师提醒你一下)但还是很赞啦。

        而上课第一天就差点高能——嗯,就是可能很和谐地微笑自我介绍一下然后不小心被点到报一下全班人名字而已——在只听一遍且其中只有一两个名字是认识的情况下——谁能告诉我为什么local people名字这么不common啊。而多亏了万能小记事本,避免了团灭。之后几天我们交流了满黑板的脑洞,并由老师将脑洞分成四组,每个人根据偏好选组。我选的是energy recovery,该组共六人,五名女生一名男生;此外分别有assistance三名女生,remote control四名男生及audio/sound六名男生两名女生(分配挺和谐呵)。如果早到,则有幸与老师一同思考材料简单(比如快递纸箱)现象奇特(快递纸箱吐烟圈)的物理现象,也许原理并不深奥,却格外有意思。

图片14.png

 

        MIT的老师真的在决定课题方面给我们提供了很多好的建议,他们本身就经常会产生一些奇特脑洞,拥有着看起来与年龄不符却热情非凡的创造力,这一点在Professor Ed身上尤为显著。他是个非常非常有意思的老师,上课画风奇异(坐在摆在桌子上的椅子讲话都不是事),他天天带着他的好伙伴汪汪一块上课,而且两人还红蓝同款丝巾~关键是不只他这样,另一助教Chee也同样如此,更有甚者,Chee的汪汪汪的食盆与毯子还安放在我们小组的旁边。而该两汪也因此位居小心避让之榜首。除了建议,Ed还教了我们一种科学决断方法——就像考试计分一样,影响因素列好,先给每个方案的影响因素积点,再给各个影响因素积点,然后算各个方案总分,分越高则方案越好。这个方法不仅避免纠结一些不必要的因素,又防止因过于看重某一因素而未顾及大局,其结果也十分科学。不知MIT是否也是这么选学生的呢?

图片9.png

        而讨论物理题也算是我个人这次活动最重要的经历之一。说句实活,和美国人讨论学术,只有绕+难。一急起来可能加减乘除都会忘掉,更不要说我要表达抛物线、切线、求导了……于是我的句子变成了定语从句+定语从句+定语从句……的堆砌解释。最泪目的一次,我非常辛苦地跟一个大学生解释完了一黑板的解题过程,结果他告诉我他是中国人,且表情无辜——非常好cry。

图片12.png

图片13.png


课题篇

选题飞起


        没错,我们的选题就是一架踌躇满志的小飞机,总是满怀憧憬地一次次飞向蓝天,然后——1.没油了——2.“妈呀,前面那个云团好怕怕。”——3.小鸟:老兄,省省力气还要着陆了——“颤抖吧小飞机。”“怀抱着梦想坠毁吧。”(好像有什么乱入了)。总结即是要么想法太天真,还未实践就跌在摇篮里;要么就是很难具体做出实物,在制作的一道工序中坠崖了;还有就是老师建设性的意见:时间不够呀,超出能力范围啦,效率太低了呦……毕竟要在四周的时间内完成一个工程项目,时间与难度是不可避免地会扼杀一些好的点子。尽管每个组都多多少少改变或简化了最初的想法,但凭借着对工程的热爱,几乎所有的小组都一致决定之后还会将项目继续坚持下去,说不定哪一天就达成最初的梦想了呢。而我们小组是这一状况的典型——没有谁会最终几乎把自己的整个mission statement都改掉。

Action 1——因着energy recovery,我们最初打算制作一个能利用秋千、滑梯等充电的操场模型。——咔,效率不过关,打算让孩子荡一个小时秋千来给手机充10%的电吗。

Action 2——让秋千泵水,再用水做一些关于音乐的有意思的事情。小球也行啊。——咔,万一孩子荡荡停停一点水也泵不上去怎么办?

Action 3——Ed:鹿威是个好东西,每次敲击搭台木块的声音也很好听啊。Chee:如果是钢琴……“That's it!”——这回不咔,我们确定了一个方向:某物驱动使水流入鹿威,然后鹿威歇在木琴上,随着其上下起伏,每次敲击一次木琴就奏出一个音符。

……

Action x——不同大小、不同水流速都能造成鹿威的频率不同,要不要试试?

……

Action y——现在设计太丑了,我们换个思路吧。(deadline前4天)

……

Action z——好像木琴声音太小了,总被水流声掩去,换个吧。(deadline前2天)

……

Action w——Ed:加上LED灯会更炫呢,Catalina。(于是我开始设计并制作电路。身后一群小伙伴还在搭总支架。)(deadline当天)

……

Action final——我们确定了唯一变量:水流速,因此鹿威的规格(容积)都是一样的,且鹿威选用3D打印。三个彼此相连的同样长度透明PPC管,分别在不同位置上钻有同样面积的小孔以保证水流速不同,随着电动水泵泵水,水升至顶端溢出以确保稳定压强供给。不同流速的水流进相同鹿威使得其频率不同,不同频率的鹿威尾端的小金属块又敲击长度相同、直径不同的风铃管,产生频率不同、音调不同的叮当乐声。

        终于终于,我们的最终选题+设计确定出来了,在deadline前1天。期间不知多少起伏,光总设计早已不只七八稿,更别提无数的各种改进小设计了……但这些都真的是非常宝贵的经历。每一次的小组讨论,每一次智慧结晶的碰撞,每一次的彼此质疑,每一次坚持与解释,都会让我对团队合作、工程设计、实际考量有更深一步的理解。当然还有听力口语的锻炼——美国学生一激动起来语速是火箭啊——关键是你也要火箭速地参与讨论(插话)呀。每次看我们的设计草稿,讨论记录,都是慢慢的成就感。

62.png 

图片22.png

图片23.png

图片24.png


“蓝翔技校”


        没错,我们是“蓝翔技校”MIT分校,欢迎来到机械世界。在这里,你将有幸与各种钻孔机、切割机零距离接触,感受着躲避各种突出金属棒拦路虎的惊险刺激,以及作业时聆听轰隆次啦声的奇妙体验。谨记,若想拍照留念请戴上护目镜,然后再给您的相机戴上护目镜……如果说设计选题只花了我们1/6的时间的话,那么制作则花了我们至少一半多的时间。

        这一体验之旅从选材开始奇妙了,究竟用什么材料做鹿威、搭支架,到底制作多大规模,其经费又是多少……对于我们这种毫无经验的初次尝试者,我们发现很难对设计转变的实物有个整体把握。不知道有多大,不知道用什么材质,因为经验的匮乏,导致一半的经费都用在了摸索、买错误材料上。虽然绕了很大的弯路,但这些都是值得的——我们从对材料的一无所知到初探冰山一角,虽丢弃了很多材料,但通过实践我们都对该些材料有了关于实用性能的新的理解。

        然后就是我的日常了。每天戴着护目镜,一会拿个塑料管出来测量做记号,一会拿着一块画好图案的玻璃板进去切割,有时还要用锯子锯一堆做好标记的金属棒,有时还要徒手把一金属棒扳成90度……对于一个几乎全是女生的小组,我们容易吗我们。面对粗糙的毛胚模型,我们曾一度go crazy,但Chee一直鼓励着我们,给我们各种解决困难的有效建议。其实做工程也是解决一个个实际问题的过程,如果遇问题草草了事,则成品粗糙而后患无穷;而若巧妙解决,成品则精致又长久。我们最后精彩的成品也有赖于全组不怕困难、精益求精的认真态度。就如最后的包装,若只追求结果不做也无可厚非,但我们坚持花一天的时间来涂刷水盆、切割镜面板、接入LED灯来加入美感。多谢这一天的努力,我们的项目得以更加熠熠生辉。尽管遭遇了差点被粘塑料的聚力胶粘住五指的危机,遭受了被电烙铁烫伤气泡的疼痛,但为了最后的成功,这点麻烦又算得上什么呢?

图片26.png

图片27.png

图片28.png

图片29.png

图片30.png

图片33.png

图片34.png


永无止境的调试


        其实鹿威看着简单,实则难掌控的很。我们有太多的变量了:水流速,水流进鹿威的角度,鹿威摆放的角度,鹿威的容积,孔的位置,尾端重物的质量与位置等等等等。而先前没经验的我们用自制的PPC鹿威,随意地包一些金属球往里一塞,随意地旋开水龙头开关就开始测试,也不管每次的流速、鹿威与水龙头位置的不同,也忽略作重物的金属球们在鹿威中前后滑动,只要一次成功就兴奋记下数据,也不再实验几次就秒点作图下结论,结果——实验数据完全无法关联,刚工作的鹿威转身就灵气尽散再也不上下摇摆了。毕竟鹿威也是一个复杂的而且动态平衡的杠杆啊,稍微一个变量的改变就会改变力矩,本身每个人自制的鹿威就有差异,而我们又在放任各个变量跳disco,怎么玩?当我们终于意识到这一点,已是在占领女厕所洗手池三天后了……呵,还不晚,我们终于醒悟搭个毛胚支架测试了。虽然麻烦,却是必不可少的一步。工程无论何时都需要严谨,万万不可嫌烦而得过且过,设计实验时考虑得越全面,后面吃的亏也就越少。之后我们还选择了3D打印鹿威使得测试更为精确,又在鹿威后半部加了一个中间穿洞刚好契合鹿威内围圆柱,也是3D打印,选用螺丝钉作为重物,通过旋进旋出改变位置,既美观又便于调整。一路磕磕绊绊测试路走来,尽管总被水溅的满身都是,尽管在洗手间实验的我们总被投以奇怪又关爱(?)的目光,尽管不得不坐在地上的水滩边,但我们的调试技巧也愈发成熟,调试结果也愈加稳定,耗时也日益减少。以前以为工程不过画画图纸,后来发现要变为实际,选材就是令人头痛的一步,再之后方觉那不过小巫见大巫,暗无天日的实验调试才是最大boss,大概这就是人们觉得工程枯燥无聊的原因吧。但如果能亲身尝试一次,又是真正喜欢的,则会不由自主地沉浸其中,痛苦却快乐着。

图片36.png

66.png

图片39.png

图片38.png

图片40.png

此为打印失败的鹿威


 67.png

各种加班


        因为选题的不确定,曾有一次周六我们小组约好一块加班。步行半小时至车站,等车20分钟,乘车半小时,再步行20分钟,再加上当天阳光灿烂,气温正适合减肥,我凑巧忘戴帽子——一小时三刻钟的经历,很难忘啊。然后Emma就开车带着我们一组先去钢材市场挑材料。一组五个人坐在同一辆车上,喝着同一款咖啡,分享着零食,轻松地聊着天、讲着幽默的笑话,再加上轻松明快的bgm,都是满满的团队归属感,也有几丝郊游的意味,先前长途跋涉近两小时的疲劳感也一扫而空了。

         以上是地狱级加班,炼狱级的当属最后一周——deadline前一周我们没有一天是吃过午饭的,都是靠MIT贴心小点心——美国经典风靡(?)零食充饥的,每次见零食到都跟见亲人一样。当然有时忙着忙着也就忘记饿的,只是来回奔波于各种机器、材料室间。最后一天更是从早上八点半忙到晚上八点半,中午吃零食,晚上吃披萨。那天晚上还有两组也留到了晚八点半,晚饭时各个小组坐在一块,啃着披萨喝着可乐,一群志同道合的人交流打趣着彼此的课题,这种氛围真是令人沉醉又神往。尤其是最终包装好成品,加进又酷又炫目的LED灯,淘气的鹿威终于听话地工作,然后全班人都为我们这最坎坷的一组鼓掌叫好时,我们兴奋地差点把手中的披萨给甩飞了。多亏了几周来辛苦的工作,一再飘渺如浮云的项目终于被我们牢牢地握在了手中。

67.png

69.png

68.png

图片43.png

 

成果展示


        总之,历经百般磨练,我们终于将最终成品做出来了!看着三个工作正常不抽搐不偷懒乖乖一上一下敲击风领管的鹿威,真的是——从未这么感动过。想想过去三周戴着护目镜度过的各种蓝翔之日,测试时各种水花四溅的“MIT水公园”,周六加班的辛苦跋涉,最后一周以工作为食的赶工与忙碌;面对傲娇不听话鹿威的抓狂,确定不了选题与设计的彷徨无措,差点被粘塑料的聚力胶粘住五指的危机,被电烙铁烫伤的疼痛。可我也忘不了deadline当天晚下班时公交车经过的夜晚街景,忘不了deadline当晚在幽暗的教室里炫目的紫光,以及鹿威们叮叮当当的声响……于是presentation当天,我们自信地站在演讲台上,饱含热情地大声地介绍着我们的项目;按下开关,紫光幽亮,水柱泵升,鹿威奏乐,伴随着风铃管叮当乐声的是全场热烈的掌声。这就是成功带给努力者的回报,满满的、感动得要哭的成就感。

图片48.png

图片49.png

 

理念篇

热情


        在MIT我感受最深的便是这里的老师与学生对工程发自内心的热爱。这种热爱可以让他们废寝忘食地去工作,不计利益地去创造他们喜欢的东西,自信地介绍自己的项目。

  最直白的便是上面提到的“每早一道物理题”。如果早到,则有幸与老师一同思考材料简单(比如快递纸箱)现象奇特(快递纸箱吐烟圈)的物理现象,也许原理并不深奥,却格外有意思。而这些东西往往都是他们自己做的,比如那个快递纸箱,比如一个两头画圆与叉的短PPC管。材料简陋,却能做出非常有趣的东西(吐烟圈),这其实也是工程的魅力所在:不关乎材料,只关乎想法。而使这一切达成的,正是MIT一个个聪明又钻研的脑袋。

  如果你去过MIT博物馆,我相信你会更加坚定这个看法尤其是其中的机械工程板块。我曾花好长时间琢磨透每个作品的工作原理,真的不由得赞叹这些作品的构思奇特、设计精妙,实在是非常棒,真不知道他们都是怎么想出来的。令我印象深刻的还有一个平面照相机——想象把你的脸压平再拍成照片——就是那么美。然而一定要确认它们的经济价值,很遗憾,全都是用来玩+搞笑的,纯粹是个人爱好。我先前总认为科学家、工程师造出来的东西就该有实际用途造福人类,如果一个产品构思奇特却经济价值有所欠缺,那这样的产品也是没什么价值的。可这么多天的经历都使我否认了这些看法。从这些教授与学生的身上,你能真真切切地感受到他们对工程的热爱,他们喜欢倒弄那些材料工具去做有趣的事情。也许很多东西都没有实际用处,仅能搏旁人一笑或一声赞叹,但他们仍乐在其中。正如Professor Ed所说,我每天都是来玩的,不是工作。这种爱很单纯,没有功利心。Professor Ed也从不会从一个项目的实用性来评定想法的好坏,说句实话,所有小组的项目都是我们用来玩的。只要想法有趣,就值得鼓励。这也是他为什么那么欣赏我们项目的原因,甚至鼓励我们将其改进后放入MIT博物馆。更令我惊讶的是他对创新的看法。Ed曾说,你拥有与别人一样的想法,想制造他人已创造出来的东西,很好呀,这也正说明你的想法在正轨上嘛。听来真是不禁莞尔。即使目的一样,可想法更出色,依旧是超越了前人。

         热情还体现在说话做事上。就像Ed对我说的那样,“你的内容其实并不重要,关键是要大声地说,让他们感受到你的热情,你的passion,就够了。”放开自己,更加热情也更加自信。


合作


        MIT对于合作的重视我是深有体会。早在北京参加MIT:“minds and hands”工程比赛时,Professor Ed就说过一句让我印象深刻的话:“我们不看重一个人究竟能做到更好,而看重她/他是否能帮他人变得更好。”MIT不欢迎自私的人。而另外一件小事也同样证明了这一点。在Workshop期间,曾有一次我们组里两个人在给孔钻螺纹,可他们很难确定是否垂直钻入;路过的我正巧看到旁边有个带底座的直立直角三角尺便递给他们,工程一下变得容易许多。而这一幕被Professor Ed看到了,他立即停止了手头的工作表扬了我。他说虽然这只是小事,但这种意识是非常重要的。

        一个人的力量是有限的,智者当知借力而行。求同生,方可共生。

图片51.png

图片50.png

 

安全


        早就对与国外对安全的重视有所耳闻。这一次我的亲身经历又一次验证了这一点。上面提过的eye protect就是一个再平常不过的例子了,老师总提醒我们进了实验室就要戴好护目镜,可我们经常偷懒,一没事就脱下。这提醒到什么程度呢?第一次Chee给我们演示钻孔机的使用时隔壁一组在距离我们两三米处讨论。可即使隔着我们这组人墙她尚且觉得不安全,仍让那一组同学也带上护目镜。“Just in case.”她一遍遍说到。还有一次钻孔,我因为单独操作机器而被老师指出违反规定。他说无论何时都不应该独自操作机器,都应有人在旁边监护,哪怕是学生也行,说完便一直在旁边监护着我,直到我完成这道工序。此外,为了课题我特意考察了美国的综合性商场Cambridgeside Galleria,经对比,美国确实在安全出口设置方面做得出色得多;又有校车等各种事件足以佐证美国人的安全意识确实比国人高出不少。安全意识是应从小培养,决不能轻视的,这一点非常值得我们学习。