欲穷千里目 更上一层楼 ——参与英才计划的体会

辽宁省沈阳市第二中学 张家赫

学员简介：张家赫，2021级英才计划数学学科学员，就读于辽宁省沈阳市第二中学，师从东北大学邵新慧教授。培养期间，完成“会行走的看护者：利用旧手机构建的家庭远程监护机器人”课题，获得沈阳市“十四五”规划高中生小课题二等奖，获得实用新型专利授权1项；提出“利用城市高程图建立积水随降雨变化的数学模型，快速判断区域危险等级”的想法。作为中学生代表，参加第四届世界顶尖科学家论坛。

作为一名喜欢动手实践的中学生，我曾经痴迷于机器人竞赛并获得了多个奖项，其中值得一提的是在2018年获得FIRA中国公开赛虚拟机器人组冠军。在钻研机器人和人工智能时，我对数学产生了浓厚的兴趣。2020年12月加入英才计划时，源于对数学的热爱，我坚定地选择了数学方向，师从东北大学邵新慧教授。

学习数学知识，夯实理论基础

在邵新慧教授的指导下，我手不释卷地学习数学知识，对高等数学、图论、数学建模初步建立了概念。与高中数学相比，这些大学里才讲授的知识很有挑战性，但邵老师风趣的授课方式让我和同学打消了顾虑。在紧张的高中学习阶段，我抽出时间积极阅读和钻研导师指定的数学书籍，逐步让自己的理论基础变得更为扎实。尤其是邵老师定期组织学员开展的研讨式学习，引导我们在知识、能力和思想上得到了全面提升。得益于导师精心设计的学习计划，在经历了无数次的答疑解惑后，我很快进入了状态，开始像大学生一样思考和钻研。从一开始的不敢讲、不知道讲什么，到学会对知识进行凝练和升华，再到后来讨论时能自信地对专业问题侃侃而谈，英才计划的学习历程让我受益无穷。

参加英才计划培养期间，我有幸聆听到了许多专家学者的高水平专题讲座，从探索自然和团队沟通，到大数据和智慧城市，再到激发创新灵感和人工智能时代的创造力培养，学到了很多创新思维和方法，懂得了知识要面向实际才有意义。受到创新实践成功案例的启发，我更加重视在生活实践中发现有价值的问题，在导师的指导下积极开展创新性实践活动。

面向生活实际，探索知识运用

2020年底，我偶然从新闻得知，一位独居老人离世后很多天都无人知晓，非常令人痛心，能不能想办法解决这类问题呢?服务机器人太贵了，一般家庭负担不起;视频监控价格比较低，但很容易泄露隐私。经过反复思考，我终于想到了一个解决办法：将家里闲置的旧手机与移动小车相结合，形成移动式监控机器人，以很低的成本对独居老人进行观察。在导师的指导下，我以“会行走的看护者：利用旧手机构建的家庭远程监护机器人”为主题，申报沈阳市高中学生小课题，并获得了立项。

通过与导师讨论，我和小伙伴逐步把一开始并不成熟的想法和思路变成了现实。由于机器人和数学方向存在较大差异，导师积极联络校内从事机器人研究的课题组为我们提供帮助。2021年6月，小课题顺利结题，并获得沈阳市“十四五”规划高中生小课题二等奖及实用新型专利授权1项。在导师的指导下，我充分发挥了创新思维，避开了Android编程和网络通信，仅仅依靠市面上买到的硬件模块和图形化编程，就实现了预期的功能。通过这个课题，我深深地感受到：仔细观察生活中的问题，中学生也可以动手做出有意义的作品。当然，监护机器人课题也存在一些缺憾，原本应该利用计算机视觉和深度学习进行姿态识别，为老人监护提供更坚实的技术手段。但这些技术涉及更复杂的数学理论，对高中生来讲过于复杂，只好留待以后加以解决。

2021年夏天，郑州市发生大暴雨，给社会经济和基础建设造成了很大的损失，数百人在洪水中失去了生命。看着新闻报道，我在心痛的同时开始思考：是否有办法直观地告诉人们哪里会有积水、哪里更安全?虽然郑州市民知道即将有暴雨降临，但是并不知道该往何处避险。在英才计划课堂上学到的数学建模知识，使我想到可以利用城市高程图建立积水随降雨变化的数学模型，让市民能够快速判断所处区域的危险等级并提前转移。这一思路得到了导师的支持和赞同。在思考和解决灾难逃生问题的过程中，我发现将数学知识和生活实际联系起来，原来可以解决这么多问题。在此过程中，我的数学思维得到了锻炼，数学素养也得到了实质性的提升。

激发内心动力，坚定奔向未来

2021年9月，英才计划全国管理办公室开展“小科学家”选拔，我幸运地入选了。10月底，我作为中学生代表之一，在上海参加了第四届世界顶尖科学家论坛。论坛上，我聆听了关于数学、生物、生命科学的高水平学术讲座，并且有机会向中国科学院院士武向平教授、中国国际科学技术合作奖获得者Stevens教授、原北京大学校长王恩哥院士等国内外著名的专家当面请教，近距离领略了科学大家的风采。同时，也结识了很多其他省份的优秀同学，认识到了自己的不足，明确了未来努力的方向。在“科学第一课”少年科学班班级名册墙贴上自己照片的那一刻，我很激动，那是我人生中一次难忘而又宝贵的经历。

在辽宁省2022届英才计划宣讲会上，我作为学员代表向学弟学妹们发出了呼吁：“如果你有意加入英才计划，请一定要努力学习，因为成绩优异是基本条件;同时，要多观察、多思考，争取用知识解决实际问题。”

英才计划中的学习是快乐而短暂的。我将这1年的体会总结为“欲穷千里目，更上一层楼”。提前接触大学知识，面向生活实际开展创新实践……1年来的学习让我收获了知识、开拓了视野，更加理解了数学的价值，也更加热爱数学。面向未来，我充满信心，希望未来可以把数学与机器人、人工智能结合起来，在解决实际问题的过程中充分发挥数学的魅力和力量。