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上实剑桥动态 | 学科活动:知行合一,走进复旦大学实验室
2023-12-08  
近期,我校对物理、工程、化学、生化抱有极大热情的同学们,在路鹏老师的带领下来到复旦大学物理、化学实验室,学习了电子元器件的识别和套件焊接,进行了阿司匹林的合成实验。

物理学科活动

电子元器件的识别和套件焊接

 

 

在开始实验之前,老师首先对常见的电子元器件工作原理,性能及应用进行了简单介绍,演示使用万用表判断电子元器件类型,并进行测量。

接下来,老师开始演示电烙铁的使用,讲授电烙铁焊接电子元器件的技巧,并提示同学们在焊接过程中经常会出现的问题,如虚焊,焊接不均匀,焊接过热等。

在老师讲解完成之后,同学们开始进行焊接操作的练习。“看人挑担不吃力,事非经过不知难”,看似简单的操作,同学们一上手却并不太顺利,实验过程中除了遇到老师提过的问题以外,还遇到了握不稳仪器,电烙铁不挂锡等各种各样的问题。

在基础的焊接练习完成之后,同学们的手艺大有长进。检验操作技能的时候到了,同学们开始对照电路图进行声控灯的焊接。

在焊接完成之后,老师对同学们的作品一一进行检验,提出实验过程中出现的问题,并帮助同学们进行完善。

虽然几经波折,但在老师和同学们的共同努力下,同学们都顺利地完成了声控灯装置地焊接。

在实验完成之后,在老师的带领下,同学们又参观了复旦大学物理系其他的教学实验室。

4K高倍工业电子数码显微镜

每秒50万帧的高速摄像机,

记录物体运动形态,轨迹等细节

 

复旦大学的同学组装的3D打印机和其他实验装置

在实践活动中,同学们深切体会到了大学物理研究性学习与中学物理刷题式学习的巨大差异。

在平时的课程中,更加注重原理的讲授,同学们并没有很多动手实操的机会,在刚开始进行实验时,同学们都会显得比较紧张,操作也不是很流畅。但在老师的指导和鼓励下,同学们渐渐放松了紧绷的神经,都能够按照规范使用仪器,完成相应的实验操作。

 

通过线下实操,对很多平时在教材上学到的理论知识,同学们有了更加深刻的理解和感悟。同时,通过实验操作,遇到了许多在课本上不会出现的问题。经过思考,试错来解决问题的过程磨练了同学们应对实际问题的能力,也激发了想要深度探索学习的兴趣。 

知行合一,期待同学们的梦想之花在科研探索之路上璀璨绽放!

 

同学感悟

 

 

A1-2  袁 涵

 

 

科研不是书上简单的做题而是到真正的实验室去做那些真正有意思的事情,两次探访复旦大学本科实验教学中心,了解了很多和书本上不一样的知识点。有关于物理问题如何思考,有关于物理问题探索基本的步骤,以及科研基本的实验室内所需要的技巧。印象最深的是上周实验室里做电烙铁焊接声控灯的实验,看起来简单的步骤,实际上亲自操作起来,有很多细节要注意,比如说一不小心温度过高就会烧毁电路原件,又或者说锡量过少导致虚焊,往往这些科学实验中重要的细节或者必不可少的过程,书本中是无法体会到的,只有当你亲自体验操作之后才能领悟。

 

G2-2  宋展宇

 

 

首先,我觉得这个活动非常有趣和有意义,让我体验了一下电子厂工人的工作和乐趣。我学习了如何使用电烙铁、剪线钳、电阻、电容、二极管、三极管等元件,搭建了一些简单的电路,比如发光二极管、音频放大器、闪烁灯等。我还了解了一些基本的电路原理和计算方法,比如欧姆定律、基尔霍夫定律、分压分流等。我觉得这些知识非常实用和有用,可以帮助我更好地理解电子设备的工作原理和设计思路。

其次,我觉得这个活动非常有挑战和创造性,锻炼了我的动手能力和思维能力。我在搭建电路的过程中,遇到了一些困难和问题,比如电路不工作、元件损坏、接线错误等。我不断地尝试和调试,寻找问题的原因和解决办法,最终都成功地完成了任务。我觉得这些经历非常有助于培养我的创新精神和解决问题的能力。

总之,我觉得这个活动非常值得参加,让我收获了很多知识和技能,也拓展了我的视野和兴趣。我希望以后还有机会参加类似的活动,继续学习和探索电子工程的奥秘和魅力。

 

A2-5  郭政烨

 

 

在参加这个活动之前我对于物理学仅仅只能算是学了,并不能说完全掌握了。直到参加了这个活动我才明白了知行合一的重要性。在试卷上给出的一些物理问题,往往都会忽略许多的影响因素,我们只需要考虑题目给出的数值,然后把它们套进公式里就可以解决了。其实关于一个简单物理问题,它背后涉及到的原理往往是十分复杂的,通过这个活动,我学会了如何使用我所学的物理知识真正的去解决一些生活中的物理现象。

 

G2-2  顾林丰

 

 

星期六下午,我与另外几位同学一起拜访了复旦大学物理系的老师。在一整个下午中,我们学习了一些科研与工程上基础且实用的技能,并用剩下的时间去实践这些技能,这次活动充满了乐趣,并且让我们对物理实验与设计有了全新的理解。

 

G2-2  倪天启

 

 

第一次进入大学的实验室,见识到了许多前所未闻的实验仪器。在听完老师介绍的CUPT(大学生物理学术竞赛)之后,对物理这门学科的理解又深了一个层次。原来物理不只是解题,还有设计实验,论证理论。

这次主要的学习方向是关于各类电器上的元件,以及如何自己焊接电路板。在老师细心的指导下,我成功自己焊接了一块声控灯的电路主板。虽然在焊接完成后,有一盏灯没有成功点亮,但在老师的指导下,最终成功找到了问题原因,也成功点亮了那盏灯。

在实验结束之后,老师带我们参观了其他的实验室,里面许多学长做的实验器材都很有吸引力,让我们领略到了物理的魅力。

化学学科活动

退热镇痛药阿司匹林的制备

 

 

阿司匹林学名为乙酰水杨酸,是一种常用的非处方药,具有镇痛、退热、抗风湿和预防心血管疾病等多种疗效。

阿司匹林的合成历史可以追溯到19世纪末。在1897年,德国化学家费利克斯·霍夫曼(Felix Hoffmann)工作于拜耳公司时,一直致力于寻找一种缓解他父亲关节炎疼痛的药物。当时研究人员已经知道水杨酸(salicylic acid)具有镇痛和退热的效果,但它会导致胃肠道刺激和不良反应。

霍夫曼的团队试图通过对水杨酸进行化学修饰来减轻其不良反应。霍夫曼最终成功地合成了乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid),即阿司匹林的前体物质。随后,拜耳公司将阿司匹林作为一种药物投入市场,并在1899年开始批量生产。阿司匹林很快获得了广泛的应用,并成为世界上最常用的药物之一。迄今为止,阿司匹林已应用百年,被广泛用于缓解疼痛、退热和预防血栓形成等多种病症,成为医药史上三大经典药物之一,被誉为“世纪神药”。

在实验开始之前,老师对反应的整体流程(合成,结晶分离,除杂,还原结晶,产物分析)进行了细致的讲解。

随后,在老师的指导下,同学们开始展开实验。

 

在平时的课程中,更加注重原理的讲授,同学们并没有很多动手实操的机会,在刚开始进行实验时,同学们都会显得比较紧张,操作也不是很流畅。但在老师的指导和鼓励下,同学们渐渐放松了紧绷的神经,都能够按照规范使用仪器,完成相应的实验操作。

使用电磁搅拌装置完成反应的合成步骤

完成结晶步骤的操作。温度降低,物质的溶解度降低,晶体析出

在老师指导下使用真空泵完成减压抽滤操作

 

将晶体从滤纸上剥离,开始收获成功的果实啦

 

最后将得到的晶体通过红外灯进行烘干

 

经过一个下午的努力之后,同学们终于拿到了辛勤努力的成果,通过指示剂检验原料已经完全反应,产物具有较高纯度。四位同学脸上都洋溢着成功的喜悦!

通过线下实操,对很多平时在教材上学到的理论知识,同学们有了更加深刻的理解和感悟。同时,通过实验操作,遇到了许多在课本上不会出现的问题,比如反应过程中可能出现的副反应,如何提高过滤的效率等。经过思考,试错来解决问题的过程磨练了同学们应对实际问题的能力,也激发了想要深度探索学习的兴趣。

知行合一,期待同学们的梦想之花在科研探索之路上璀璨绽放!

同学感悟

 

G2-2  王 震

 

 

在化学学习中,我总是在阅读书籍和听老师授课的过程中遇到一个相同的困难:一些反应过于抽象,我无法直观的了解到反应的经过,所以时常会采取“背书”的方法来记录下一些少见的现象。同时在我更加深入的学习之后,我了解到的学科细分越来越多,我无法做到面面俱到,但也不知道自己的兴趣究竟在哪里。周日的实验室的活动,让我有机会见到了业界的专家,解答了我平时无法解决的问题。同时也让我开拓了眼界,了解到了大学学习的具体内容以及非常多专业的实验器械,有助于我以后选择我感兴趣的专业方向进行深入学习。

 

G2-2  张赵恒扬

 

 

上周日我们在复旦大学化学实验室进行了退热镇痛药的制备,整个实验时长约四个小时,用2.76g的水杨酸,8ml的乙酸酐及十滴浓磷酸制备了阿司匹林,出货率约为66.1%,利用氯化铁溶液测试所得产物溶液显黄色。在实验的过程中以及实验前的准备工作中,我了解到了水杨酸与乙酸酐反应的机理,实验中会产生的副产物,以及如何分离产物与副产物。

实验结束后,我总结了实验中的几个问题。一,在进行抽滤时没有及时检查装置气密性,导致第一次抽滤未成功。二,将滤纸放入抽滤瓶时,没有及时润湿并压实滤纸,导致在抽滤的过程中有乙酰水杨酸的损失。三,将减压过滤完的乙酰水杨酸晶体转移至烧杯内时,有部分晶体撒在了实验台面上。四,在“反应物冷却至室温后,边搅拌边缓慢加入13~14ml冰水”这一过程中滴水的速率过快,导致反应的副产物增多。以上是我在本次实验中获得的收获以及实验中的缺点,会在下一次实验中积极改正!

 

G2-1  刘亚涵

 

 

上个周末,在路鹏老师的带领下,我和同年级的三位同学前往复旦大学参加生化类拓展项目—退热镇痛药阿司匹林的制备。

因为是第一次进到实验室里跟着教授做实验,我一开始有些紧张,动作也比别人慢,心里不免担心起来。受益于教授的讲解和耐心的指导,让我渐渐放松下来投入到实验过程中,最终成功制作出阿司匹林的结晶。

这次活动让我深刻感受到理论与实践相结合的重要性。阿司匹林的制备用到了减压过滤和结晶两种方法,而这些恰好是我在近期的化学课中学到的。尽管课本上印有实验的步骤与图解,但我发现只有实际观察才能最直观地感受到晶体的析出;只有体验实验室中最基础的工作(如剪滤纸,搅拌,清洗实验器材等)才能使学习过程更完整。此外,我也很高兴能将课本中看到的方法运用在更为复杂的实验之中。

我很感谢学校和老师为我们提供的宝贵机会,这次活动让我对实验的过程有了更深的认识,也感受到了研究人员工作的辛苦。期待以后能参与更多实验室项目。

 

G2-6  卢奕晨

 

 

这个周末,路鹏老师带领着我们使用乙酸酐将水杨酸转化为阿司匹林——治疗多种疾病的药物。起初,老师先是讲解了操作原理以及注意事项,并一再提醒我们何时要的是晶体何时要的是溶液。这让我们知道了每个步骤重要性,也让我在处理这些小量无害但误用可能危险的物质时,感到了一种沉甸甸的责任感。现在我都还记得在滴浓磷酸时的微微颤抖的手;在加热混合物的过程不断检查温度;以及在加入乙酸酐后,被混合物外观的立即变化所吸引的神情。反应物转化为新化合物的过程几乎是魔法般的。当液体开始结晶的那一刻,就是我们在白板上讲到的理论知识的直观展现。当我们看到白色的阿司匹林晶体时,那种成就感无与伦比。最后的过滤和干燥步骤感觉就像胜利的一圈。

我身旁的同学经检验成功后也不禁喊道:“我们做的阿司匹林,包纯!”真是难以置信,我们合成每天有数百万人使用的药物!我想这应该就是对化学实际影响力强有力的提醒。那时候的我也早就从最初的紧张转化为深深的满足感和对实验室的新认识以及对化学反应的新理解。

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