专题 | 优秀项目展示（下）：2021年立项“本科生科研训练”项目
专 题
WECHAT ID: DEANPKU
关键词：本科生科研 优秀项目
科研训练
本科生科研训练是北京大学创新性人才培养的一个重要部分，是北京大学本科教育中开展实践教学的关键手段。为鼓励学生积极参与本科生科研训练，学校开展本科生科研优秀项目评选，经过导师推荐、院系遴选、学校统筹，2021年立项“本科生科研训练”项目中共遴选出优秀项目55项。
学生名片
基本信息
学生姓名：罗伟梁
导师：来鲁华、裴剑锋
就读院系：化学与分子工程学院
立项课题名称：预测药物小分子半衰期的可靠图神经网络方法
资助基金：北京市创新计划（理）
立项课题介绍✦
有机小分子的代谢半衰期是药物设计中饱受关注的性质。本工作使用机器学习方法研究了药物小分子半衰期预测任务中面临的困难。我们指出了公开数据集中的问题，研究了流行的图神经网络方法在面临全新分子结构和“活性悬崖”时的失能现象；并利用贝叶斯推断和特征去相关等技术，结合药物分子实际化学特征，设计了分子图增强手段来改善图神经网络在上述问题中的泛化能力。
科研心得体会✦
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这项课题出乎意料地让我认识到了看似简单的分子性质预测任务中深埋的隐患。在这个深度学习大放异彩，人工智能逐渐瓦解传统学科边界的时代，人们越来越相信大数据和大模型能够覆盖一切知识和经验。然而，生物化学领域中的大量实际问题中，数据的积累仍要依赖于成本高昂、效率低下、结果良莠不齐的实验，而模型的评估又常常片面、空泛、与应用场景中的标准相脱节。因此，对“刷点”的偏执会让我们有意无意地忽略了数量和质量皆有限的数据上训练出的模型在茫茫的分子海洋中的适用范围。对于诸如药物研发之类注重可靠性的领域，这样的算法很难赢得社群的信任。
在这段为期一年的本科生科研中，我大部分时间都踌躇于把点刷到“可用水平”的幻想中，直到最后才对刷点和可用的关系有所反思，找到了当今主流算法的一些弊端，并尝试做一些修补性的工作。这种修补甚至不能说是通向深刻理解或彻底解决的正路，然而，它给我留下的反思和疑问将会延续到更长的科学生涯。
我很感谢来鲁华老师、裴剑锋老师及这个深耕药物设计多年的课题组给我的指导，这使我能够对化学结构和性质的关系，对药物领域关切的问题保持敏感；我也很庆幸我能得到智能学院张牧涵老师的点拨，他向我传达了AI研究者在此类问题上的工具和思想，让我免于闭门造车。这段经历让我尝试着像陌生学科的专业人士一样思考，而不是假借学科交叉的名义杂糅方法、浮于表象，而放弃了对问题本身的真诚。
时至今日，我依然愿意在AI for science的田野上继续耕耘——保持对数据分布和模型可靠性的关注，更关心扎实的第一性原理为数据驱动方法提供的保证。本科生科研对我而言，并非是通过“做到了什么”来给我信心的奠基石，而是一段悠扬的童谣，成为了我未来成长中的底色。
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基本信息
学生姓名：王蕻荃
导师：沈睿文
就读院系：考古文博学院
立项课题名称：北朝至隋入华粟特石质葬具所见亭、帐图像研究
资助基金：钟夏校际科研资助基金
立项课题介绍✦
本课题对北朝至隋入华粟特石质葬具所见亭、帐图像开展系统研究，填补了既往认识的空白。首先，本课题将亭、帐图像分为A型圆形帐篷、B型方形帐篷、C型圆拱顶建筑、D型亭式建筑四类。进而，本课题探讨了每类建筑的文化因素及源流，认为A型、B型建筑更多地具有北方游牧民族的特色，C型建筑主要吸收了粟特本土元素，同时个别结构带有中原属性，而D型建筑主要是中原式的。在此基础上，本课题以不同石质葬具中建筑的选用为切入点，探讨北朝至隋入华粟特石质葬具图像的汉化程度及其影响因素，认为汉化程度与墓主人的入华时间、官职、葬地皆无明显关系，而更多地出于墓主人的主观意愿，在中原制度的框架下对图像进行有机调整。
科研心得体会✦
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“本科生科研”是本科阶段提高学术能力的绝佳机会。体验从选题到撰写中期报告，再到结题、答辩的全过程，不仅能作为毕业论文的“预演”，更能了解前沿动态、拓宽学术视野、提升学术品位、精进各项能力，最重要地，能培养对学术的敬畏之心。
自2021年6月至2022年10月，有刻苦也有怠惰，有顺遂也有迷茫。在这场一年有余的“学术马拉松”中，历经搜集资料、描图制表、雕琢字句等过程，所获之经验、教训不胜枚举。大抵而言，以下三者令我印象尤深：
其一，在开展研究的过程中，应树立整体意识，并时刻铭记于心。一方面，需对研究计划有整体的感知、安排，细水长流式地完成各项步骤；另一方面，应对文章有整体的规划，大到整体结构，小到配图的处理，力争落笔成文，减少后期工作量。
其二，需有意识地培养整理、分析大量数据的能力。一般而言，墓葬图像的研究涉及横向与纵向的比较，这需要相对大量的考古材料的支撑。与此同时，单一考古材料中蕴含的信息量也不在少数。以高效、准确的方式提取单一考古材料中所需的信息，并在不同考古材料间进行各维度的比较，是做好墓葬图像研究的基础，也是考古学学术研究必备的基本功。而文献综述的写作，实际上就是一种针对“大数据处理能力”的锻炼。因此，平时应重视文献综述的阅读、写作，详加揣摩如何提高文献综述的条理性、简洁性。经此过程所获得的能力，对进行考古学学术研究将大有裨益。
其三，应重视利用“文献树”的研究方法。所谓“文献树”法，即从一质量较高的文献（一般为硕士、博士论文或专门的文献综述）入手，考索其引用了哪些相关文献，在阅读时考索其又引用了哪些相关文献。经此过程，所阅之文献便如同“滚雪球”般积少成多，最终得以大致遍览重要的相关研究，构建基本的知识框架，并为学术创新点的找寻奠定基础。
以上所论，悉可归为“形而下”者。至于“形而上”方面，姑妄言之，我对以下两个命题有了更为深入的认识：
其一，考古学研究是以局部的完整性复原整体的残缺性。纵观考古学的所有资料，可以说是一部残缺的历史。就本课题而言，公元3～8世纪，大批粟特人沿丝绸之路进入西域、中原定居，但经科学发掘的北朝至隋入华粟特石质葬具目前仅有5座。如何利用有限的考古材料，尽量客观地对历史真实作尝试性的复原，是我一直思考的问题。在类型学研究与文化因素分析的基础上，我尽可能最大限度地利用所有已知信息，以不同石质葬具中建筑的选用为切入点，探讨入华粟特人的在地化问题。通过这种尝试，我更加深刻地意识到，考古学研究者应当做的，是以科学的方法和审慎的态度“半先验地根据远不完整的材料推导结论”，尽可能地以局部的完整性复原整体的残缺性。这为不同观点的争鸣、研究层次的推进留足了空间，也是考古学研究的魅力所在。
其二，考古学研究是“透物见人”的研究。以“不会说话”的考古材料复原“活”的古人的所思所想，这是一个从和考古材料打交道至和古人、古代社会打交道的过程，也是一个关怀古人的过程。就本课题而言，除尝试分析入华粟特人的主观选择外，我也试图探讨了隐于石质葬具背后的刻工对石质葬具图像中建筑的影响。虽然由于历史的逝去与记载的缺乏，已无法揣测刻工的真实想法，也暂且不必在研究时过分重视这些因素，但将它们纳入考虑的视野，正是“透物见人”的一种彰显。在我看来，“透物见人”是考古学研究的必由之路，是考古学学科属性的体现，也是我在今后的研究中将始终予以关切的视角。
“黄沙漫漫，驼铃阵阵，我时常想象粟特商队悠悠前行的样子。既然道阻且长，便需兀兀穷年，在此等意义上，我同他们一样。”这是我的论文后记，也是我对整个“本科生科研”过程最直观的体悟。
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基本信息
学生姓名：杨文予
导师：刘颖
就读院系：元培学院
立项课题名称：
去泛素化酶STAMBPL1通过调节Sestrin2泛素化水平调控mTOR活化和肿瘤进展
资助基金：校级经费
立项课题介绍✦
细胞需要根据营养状态改变自身的代谢进程和生长状态。mTOR作为细胞中营养物质的感知及调控枢纽，在这一过程发挥了重要作用。本项目主要解释了去泛素化酶STAMBPL1 通过调控亮氨酸响应蛋白Sestrin2的多聚泛素化修饰，从而参与细胞亮氨酸响应及mTOR活性调控的分子机制。同时，本通路的失调可能导致mTOR过度激活和细胞癌化，抑制这一通路则使肿瘤生长受到抑制；这暗示此通路可作为部分癌症治疗的潜在靶标。
科研心得体会✦
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我的本科生研究课题探究的是细胞中营养物质的感知和调控机制。可能很多人难以想象，在构成我们身体的小小细胞中，竟有着这样精妙的运行系统，可以精确地感知细胞的营养和能量状态，来协调细胞内整体的生理活动，进而帮助人体保持稳态与健康。在某种意义上，我们正依赖于我们尚未能完全理解的事物在生活，而构成我们自己的每个细胞，都比我们更加“有智慧”。我想，生命系统是美的，而理解自然、理解我们自身是有趣的。我的本科生研究项目使我更加相信这一点。
同时，在本科生研究训练中，我也获得了很多实质性的成长。我仍记得最初进入实验室接受科研训练时，一切对我都是新奇的——高级的仪器，复杂的实验，深奥的术语···而我就像一个什么都不懂的孩子，无比忐忑，却也无比渴望走进这个“新世界”。从基础的实验技术、实验习惯到进阶的实验设计、课题规划，我一点一点地学起，一点一点地实践，一点一点地尝试提高。适应一个新环境是不易的，但每个学有所获的时刻都是快乐的；平衡课业与本科生科研是不易的，但每次课题有所进展的时刻都是快乐的。当我慢慢熟悉实验室，深入课题，我感叹于教科书里的知识如何在教科书外被证实，被应用，被拓展，或是被推翻；也感叹于科学研究相较于教科书知识的鲜活和立体。科学研究就像是一种探险，“危险而美丽”。前方或许是一个令人激动的发现，却也很可能是又一次的挫折。我想，在这场探险中走得更远的人，往往有着走向未知的勇气，敏锐的洞察力，细致严谨的思考，以及百折不挠的恒心。而这些品质，除了天赋异禀，更需要在科研训练中逐渐培养，不断打磨。我虽初入此“门”，但也受益匪浅。
我非常感激刘老师在2020年夏天接受我进入实验室学习，并在两年来的本科生科研训练中一直支持、指引、关照着我。刘老师是我的第一位科研引路人，也是各种意义上我所尊敬和仰望的人。同时，也非常感谢实验室的师兄师姐，在我完成这一本科生科研项目的过程中，给予了非常宝贵的指导和帮助。最后，想谢谢我的家人和朋友们，在许多脆弱迷茫的时候，是你们陪伴着我，激励着我，继续我的追梦之旅。
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基本信息
学生姓名：秦昊
导师：杨川川
就读院系：信息科学技术学院
立项课题名称：毫米波智能超表面室内部署策略初步研究
资助基金：校长基金
立项课题介绍✦
可重构智能表面（RIS）技术具有无源、部署灵活等优点，能够对电磁波进行定向操纵，是一种很有前途的室内毫米波通信辅助技术。由于毫米波信号容易被阻断，以及室内环境的复杂性，不同的RIS部署策略会显著影响系统性能。然而，现有的室内部署研究忽略了人类移动对室内信号覆盖的影响，因此一种实用的室内部署策略仍然有待研究。在此，我们在考虑人体对毫米波信号的遮挡和用户位置概率分布的基础上，提出了一种以最小化中断概率为目标，基于人类移动模型的室内RIS部署策略，该策略更适用于真实的室内环境。针对单个RIS和多RIS部署，我们提出了一种在给定室内布局下计算中断概率和最佳RIS位置的算法，并研究了多RIS的协同部署问题。仿真结果表明，正确部署RIS可以显著降低室内通信中断概率。
科研心得体会✦
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参与本科生科研，是我在本科学习阶段的一项十分宝贵的经历，也帮助我逐渐完成了由本科生到研究生学习状态的转变。得益于学校对本科生科研项目的支持，以及班主任、导师对于本科生尽早参与科研训练的鼓励，我得以在大二就开始了解各个研究所、实验室的科研方向，最终寻找到自己感兴趣的领域着手参与一些初步的科研工作。经过一段时间的学习交流，导师为我寻找到了难度适中又不乏创新性的研究方向，带领我走入科研的大门。在参与本科生科研的一年中，我体验了文献调研、确定研究题目、挖掘创新点、算法实现、仿真实验验证、论文撰写与投稿等科研内容，几乎覆盖了日常科研工作的全部阶段，使我对科研有了亲身的体会，提高了我的科研能力。
除此之外，进入实验室参与本科生科研，让我有机会接触到许多优秀的师兄师姐，感受到了实验室良好的学习氛围。在与师兄师姐的交流中，我不仅在学习上获得了许多有益的经验，更是能够了解本科的课程学习与研究生科研工作以及就业的联系，使我从不同角度看待本科阶段的学习目标，也帮助我对于未来的发展规划有了清晰的认识。同时，与师兄师姐的亲切交流也在一定程度上缓解了我的学习压力，减轻了许多独自面对困难的烦恼。在参与本科生科研之前，我也曾担心科研占用的时间会影响我的课程学习和绩点，但事实是，科研和学习二者相辅相成、相互促进，大大提高了我的学习效率，我的生活状态也得到优化。
最后，感谢学校对于本科生科研训练的鼓励和支持，感谢我的导师杨川川老师以及实验室的师兄师姐们对我的帮助，也希望更多的学弟学妹们能够参与本科生科研项目。“消除恐惧的最好办法就是面对恐惧”，只有大胆尝试，亲身体验，才能有机会突破自我，成为更好的自己。
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排版 | 苟钟月
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