由国家级实验教学示范中心联席会数学学科组、全国高等中学实验数学教学研究会、中国数学学会化学教学委员会承办,广州学院主办,《物理实验》杂志协办的2021年全省学院生化学实验大赛(创新)复赛于11月27-28阳线上举办,佛山学院化学大学三支队伍出席赛事,经过ppt陈述、实验演示和问辩三个环节的比拼,最终获得2项银奖和1项二等奖。该项比赛于2021年3月启动,设有命题类、自选类和授课类三个类别,共有来自全省480所院校的1644支队伍参赛。
唐健副院长指导李菁彤和林煜森朋友设计制做的参赛作品“利用锁相放大器的微弱磁场检测系统”,利用锁相放大器和磁光晶体实现了精度为10μT的磁感应硬度检测,从590支队伍中脱颖而出,获得命题类银奖。
借助锁相放大器的微弱磁场检测系统李菁彤和林煜森
王福娟和李佼洋实验师指导党培海、卢宇煌和岳衍锦三位朋友设计制做的参赛作品“基于玻璃球的虹与霓及高阶彩虹实现”获得命题类二等奖。
基于玻璃球的虹与霓及高阶彩虹实现党培海、卢宇煌和岳衍锦
王福娟和李佼洋实验师指导廖乔林、梁子东、刘致远、彭有和刘笑鹏五位朋友设计制做的“迈克尔逊干涉综合实验仪”,实现了白光LED时间相干性和空间相干性的实验演示和定量检测,在614支队伍的激烈争夺中名列前茅,获得自选类银奖。
迈克尔逊干涉综合实验仪廖乔林、梁子东、刘致远、彭有和刘笑鹏
本次参赛得到大学党委、物理实验教学中心和化学学拔尖人才培养基地的大力支持,从实验仪器配件等硬件设施、实验场地和经费,以及师资和技术支持等各方面保证了参赛的顺利进行。
李菁彤和林煜森朋友的参赛过程和心得
五月份得悉有全省学院生化学实验大赛后,我们就决定要出席,选取磁场这一题目后,我们马上开始了文献督查。检测磁场的方式有好多种,如磁路门法,光子晶体光纤法,霍尔效应法等等。在与唐健老师多次讨论,并考虑了可操作性和成本后,我们最终选择了法拉第旋光效应法和磁流体衍射波谱法,并开始打算实验材料。
7月下旬,我们开始搭建实验仪器,进行预实验。
8月初,按照预实验的结果,我们最终选取了法拉第旋光效应法。但因为检测精度不够,我们计划加上磁调制模块,用锁相放大器提高检测精度。
8月底,初步得到了精度为10μT的结果。9-11月,我们改进光路,并将实验仪器放在黑箱中,得到一套较为成熟的仪器。
在改进实验的过程中,我们充分借助周围资源条件解决遇见的问题,如借助3D复印制做晶体支架,借助铝材搭建硅光电侦测器支架,自主设计了大型化的仪器。
3D复印晶体支架大型化仪器设计
在联赛过程中,我们锻练了实践能力,思索能力,拓展了视野。参赛过程中得到唐健副院长的细心指导,也得到王自鑫副院长、文锦辉副院长、赵福利院长、李潮锐副院长及其课题组的仪器和技术支持。陆祐堂的黄臻成、庞晓宁等老师们,在实验平台与技术支持上提供了很大的帮助,保障了实验的顺利进行和答辩的成功演示。在诸位老师的帮助与指导下,实验顺利进展,并取得了较理想的结果。在此,特别谢谢本次备赛过程中提供平台与仪器支持的诸位老师!
廖乔林、梁子东、刘致远和刘笑鹏朋友的感受
廖乔林:借助实验室各类光机电元件从头设计和搭建一个光路是非常有意思的事。在最开始迈克尔逊干涉光路的搭建中,我有了与课程实验完全不同的体验:没有详细的原理和实验步骤提供参考,我们要从零开始借助现有的元元件设计和搭建光路,并按照实际情况不停地更改构建。还记得一开始由于没有经验,我们搭建的光路准直性十分差,因而在相当长的一段时间内我们都是在不断地重复调试光路,对于出现的干涉讯号的调控我们也只能是以一种碰运气的态度进行。而几个月后,我们对于这个光路系统早已是了如指掌,虽然突发意外光路被扯破,我们如今也能在短时间内调节回初始状态。还有一件令我记忆深刻的事是在一开始,我们从波谱数据得出的相干厚度理论值与我们实验检测得到的实验值总是相差大约一倍。我们因此不断优化实验的检测,还探求出借助激光波长标定压电陶瓷联通速率的手段,但仍然未能解决问题。直至后来我们仔细检索文献,才发觉在最原始的那篇文献中相干宽度的定义与我们的定义就是相差一倍的关系,是理论值的问题而不是我们实验检测的失误,我心中的那块石头才最终放下,我也因而对我们的仪器饱含了信心。
梁子东:项目执行期间,给我的感受最深的是要擅于思索,并主动动手动脑找寻最佳的解决方案。因为我们的实验系统后期须要迁往一个封装箱中。假期后半段,为了尽快将实验仪器装箱大学物理实验常用仪器,以便捷后续的数据检测,我几乎每天都抵达实验室进行实验光路改进。这一步是十分花费时间和精力的,常常花了大量时间搭建了光路,却因为位置不够或不够便捷、美观等缘由要将早已搭好的仪器拆卸并重新安装,我假期阶段都在进行将原先实验光路装箱并初步校正这一步骤。虽然这一过程是困难的、繁琐的,也正是由此锻练了我的耐心和毅力,实验常常不是一步到位的,遇见困难和失败不要舍弃,积极主动寻觅解决困难的方式,一步一步摸索到能走得通的公路,就是我们在进行科研工作时应该具备的优良素养。
刘致远:在此次大赛中大学物理实验常用仪器,我最大的收获就是要对自己和团队饱含信心,要与小组成员通力配合。在八强的前一周,我们自觉得对仪器早已有了足够的了解,而且对世锦赛的答辩早已做好了充分的打算。并且,在进行了校内的两次模拟答辩后,我们发觉在一些问题上我们了解地还不够深入。面对老师们提出的一些较为深入的问题还未能立即给出答案。举例来说,我们对仪器的偏差、精度和偏差来源还没有进行透彻的剖析。在经过几个夜晚的讨论后,我们对模拟答辩过程中曝露下来的问题进行了较为深入的剖析并给出了满意的答案,这也促使我们较好地应对了世锦赛的答辩。我负责的是宣讲部份,因为时间紧张但是我这方面的经验比较缺乏,致使我在前几次模拟时都不够自信。在队友和老师的鼓励和建议下,我反复更改建立宣讲用的PPT,不断模拟练习,宣讲的质量有了较大的提高。这段经历也给了我不少的信心,正是由于有了充分的打算和足够的信心,我在八强当日的宣讲中也没有掉项链,高质量地完成了自己负责的部份。在此,我发自内心地谢谢班委们以及指导老师们。
刘笑鹏:此次大赛给我最大的帮助就是我发觉了自己的进步,勇于自己动手去整修光路。世锦赛的前十天,我们在实验室检测数据时,因为发生了一个意外,造成光路出现了一些问题,整个光路的准直性非常不好,无论是激光光源还是待对焦源都显著偏离光轴,这就造成几乎所有元件都要重新安装并校准准直。前面三天都几乎满课,时间如此紧张,我一下慌忙上去,害怕不能挺好的恢复光路,影响数据检测和赛事当日的演示。必须尽早恢复光路,容不得任何迟疑拖延。重新固定好分光晶体,调整激光光源,调节参考臂样品臂准直,调整待测白光源,调节波谱仪、探测器……大概过了三个小时,从早上七点到十点,光路修补完毕,重新检测了一些数据,发觉实验结果挺好,总算成功修补了仪器。这时,我才意识到之前仍然躲在“幕后”处理数据的我也可以调整好仪器,这给了我好多信心,也让我明白不仅理论了解充分外,也要勇于去动手实验,只有当理论与实验相结合,你才是真正把握了这个知识。
经过此次实验赛事,让我们晓得了设计和搭建一套全新的实验装置并没有想像中的这么容易。虽然此次实验的原理不算复杂,而且我们却用了将近两个月时间来调节和校正仪器、测量数据、分析验证结果,有好多次都呆在实验室处理仪器、拍摄视频、分析问题……工作到很晚,也常常在宿舍加班加点处理视频、数据和文档,过程之辛苦复杂超过了最初的预期。不过也正是通过此次大赛,我们学会了分工合作,发挥出各自的长处,协调每位人的工作,群策群力、集思广益,解决了一个又一个的问题,因而愈加高效地完成了各类纷扰任务,我们切身感遭到了团体的力量远远比个人更加大大。
本项目在化学实验教学中心光电信息专业实验室完成,得到王福娟、李佼洋、蔡志岗和王嘉辉老师的细心指导和大力支持。备赛过程中也得到周建英院士、佘卫龙院士、沈韩副院长的赐教和帮助,基础化学实验室的黄臻成和冯饶慧老师也向我们提供了仪器和技术支持,特此向化学实验教学中心和诸位老师表示诚挚的谢谢!
--SP·SYSU--
撰稿:王福娟