【访学归来】周游:那些康涅狄格教会我的事

从2016年12月1日到2017年5月31日，我在美国康涅狄格大学（University of Connecticut，Uconn）进行了为期6个月的访学。半年时间如白驹过隙，飞逝而过，很多事情当时并没有什么深刻的体会，细细回想才发现更多滋味。

UCONN：温馨而优美的康州小镇

康涅狄格大学（Uconn）是一所历史悠久的公立大学。它成立于1881年，主校区位于美国东部的康涅狄格州、曼斯菲尔德城镇上的斯托斯（Storrs）小镇，这里西邻纽约市、东临波士顿，离康州州府哈特福德也只有40分钟左右车程。除此之外,Uconn还有许多其他校区，如哈特福德市区内的医学院、南部海边的海洋学院等。

康州风景优美、森林覆盖率高、地广人稀，是一个治安良好、人民生活富足的州。另外，这里还是移民最早到达美国的新英格兰地区之一，因此诸多地方都可见移民的历史痕迹：如康州南端沿海的新伦敦（New London）、中部的曼彻斯特（Manchester）等特征明显的英国地名。

2016年11月月底，我乘坐从北京直飞波士顿的飞机，于傍晚时分降落在波士顿东边的洛根国际机场。美东高纬度地区的冬季白天很短，差不多4点半就已经日落。出海关时，天色已经全黑，微寒的气温伴随着绵绵细雨，就是我当时的全部印象。加上还没有从旅途的疲劳中脱离出来，我整个人都有点发蒙。师弟过来接我，公交、地铁、步行，穿过熙熙攘攘的人群，见到异国的风景建筑、听到逐渐喧嚣的人声，才渐渐感觉到：我真的来到了异国他乡。

隔日，我一个人坐着空旷的大巴，拖着重重的行李，从波士顿出发，穿过市郊、小镇、乡村，一路向西。高速公路的沿途都是树林，此时已是深冬，树叶零落，很是萧瑟。丘陵地带的公路起起伏伏，穿过一大片农场后，历时2个小时左右，我终于到达了Uconn校园。踏下汽车，入眼就是Bookstore墙上大大的哈士奇（Uconn的吉祥物）图案，虽身处异国他乡，我仍然感到一种熟悉的校园氛围向我袭来，新的生活就此拉开了序幕。

Uconn的吉祥物哈士奇

美国的地方行政区划与中国大有不同，从上至下主要分为州、郡（县）、城镇、乡村等几个层次。Uconn所在的斯托斯，位于康涅狄格州温德姆郡曼斯菲尔德城镇之中，严格意义上与中国的“镇”概念是有所区别的。

小镇整体依托Uconn校园而建，镇中心在离校园不远的东北方向。Uconn的校门正对着小小的市民广场。环绕广场，周围银行、超市、医院、各类饭店、中小学、教堂等生活设施一应俱全。小镇给人的感觉是干净整洁，建筑设计非常现代，比之纽约、波士顿等大城市毫不逊色，还更显崭新。校园四周的其他方位则主要是居民区、学生宿舍、公共墓地以及特色饭店。

Uconn的校园很大，占地四四方方、连成一片，建筑与树木错落着，还有一大一小两片湖点缀其间。校园里还经常有鹿、土拨鼠、臭鼬、特别是松鼠等动物出没。由于Uconn是农业大学出身，学校的西北边有很大一片自己的农场，养马、养鸡、养羊、养奶牛，一部分搞生产、一部分搞研究。学校还有自己的奶制品加工厂（dairy bar），其制作、销售的奶制品特别是冰激凌更是一大特色，物廉价美，值得专门去品尝一番。

Uconn校门及对面的小广场

科研：活跃而高效的工作方式

我在Uconn的智能成像实验室进行学术访问，课题组的导师Prof. Zheng（我们习惯叫他的名字，Guoan）非常年轻，85年出生，加州理工博士毕业。他做出过很多有意思的工作，包括片上显微、原创性地提出了频域拼贴显微成像等等。他对待工作非常努力，有一种热爱科研的激情。他给我们的感觉是几乎每时每刻都在思考科研，经常能收到他晚上12点发来的邮件，说他突然想明白了一个问题或是发现了之前讨论中的一个错误、疏忽等等。同时，Guoan是一个非常注重时间效率的人，他也会敦促我们投入工作、设置deadline，很好地调动起了我们的积极性和能动性。

Guoan是一个对于光学成像原理的理解非常深厚、光学系统搭建实验经验特别丰富的老师。他对我们非常和善，每天都会跟我们每一个人单独交流，了解项目进度、提出意见和新想法；平时他办公室的门也总是打开的，若有问题可以随时找他交流讨论。我在跟他的交流过程中学到了很多东西，不论是想法的提出、分析理论知识与实际实验的联系和差别、做实验的经验技能、分析出现问题的可能原因等宏观方面，还是论文写作、画图、如何自圆其说地解释实验结果中一些与理论经验不符的地方等等细节内容。

令我最为印象深刻的是Guoan思维之活跃，他的idea特别多，经常跟我们交流一些看似天马行空、但又有理有据的新想法。虽然我博士的年级很高，但实际接触生物光学成像领域的时间还很短，Guoan就会经常引导我、帮助我，一有想法的时候就会跟我们讨论，让我们验证其可行性，对我的科研思维和快速付诸实际的能力是一种很好的锻炼。在生物光学成像领域里，有很多问题是理论上完全可行，但在实际中总会存在这样那样的限制，可能是硬件条件不足，系统对误差的敏感性过大，或是理论模拟的近似与物理实际不符合等等。以往我做光学实验的经验不足，总是在搭建系统的过程中发现这样那样的问题然后再想办法解决，经常性的反复导致实验的效率很低。而Guoan教会了我们如何先从理论的可行性上进行判断，最直观地用数学分析以及计算机仿真进行验证，确认可行之后再进行实际实验系统的搭建，大大提升了研究效率。当然，如果什么事情都找Guoan商量讨论而不是自己积极思考，则会导致分析问题的能力缺乏训练，对导师的依赖性过强。同时，我也认为没有方法是万能的、是适用于所有人的，做研究最终还是需要自己的努力、能动和投入。

我在Uconn半年的研究内容主要是基于编码光照的无镜头成像。系统分为光照端可编程控制的LED面板、生物样本、打印的已知编码掩膜以及一个不带成像镜头的图像探测器等四个部分。基本模型是相干光照射下的自由空间传播，并与上述各个器件相互作用。

仿真建模的过程非常顺利，问题主要还是在实验中，包括：LED点阵的位置标定、光轴的校准、各层间距离的准确确定、重建结果出现很多artifacts以及分辨率未达到理论值等。于是，我们采用了事先采集无样本图像，比对仿真结果和实际衍射图样来确定层间距离；根据实际采集结果与理论值的偏移来计算调整LED位置和掩膜参数等；也尝试了采用球面波模型、平面波模型来分别模拟光照，使得模型更接近实际设置；设计不同的编码掩膜，来观察artifacts的变化，获取更优的掩膜图样；调整实验中设备放置的位置参数来评估分辨率的变化等等。从水平放置的系统到垂直放置的系统，从单波长模型到多波长模型，我们逐一分析找出了问题原因和解决方法，最终获得了预期的结果。

在Uconn的最后一段时间，我们抓紧时间完成了文章初稿的撰写，目前文章正在修改、准备投稿。后续我也还会在这一方向上继续研究，包括多层成像、通过多波长优化和合成孔径来实现分辨率的提高、波长复用成像提高采集速度等等。

交流：“三人行必有我师”

除导师之外，我们的实验室——Smart Imaging Lab有3位博士、4位硕士，除了我以外还有1位交流学者，还有一些做毕业设计的本科生，主要是中国人、美国人和印度人，气氛非常融洽。实验室没有固定的组会，大家经常一起交流讨论，不论是科研内容本身、还是对做科研的理解。由于大家对彼此的课题都有一定程度的理解，因此在遇到问题的时候，就会集中在一起讨论，给出自己的理解和认为可行的方法。

在实验室的这半年时间，实验室的同学给予了我很大的帮助，不管是在生活上还是在课题的研究上。实验室的大师兄Kaikai（其实跟我同岁）是Guoan的第一个博士，在几年的时间里做了很多的工作。在国内时我就经常阅读他发表的文章，包括FPM相关的研究和技术、穿散射介质成像等等，对他非常敬佩。Kaikai在讨论学术的时候有条有理、一本正经，平时生活中却非常幽默风趣。在跟他交流的过程中，我们聊了很多科研、生活、，同时我也了解到了很多他的心路历程，并以此为鉴，对自己的道路选择有了更深入的认识；Zhe是实验室的一名硕士，除了研究方向以外，他对3D制图、设计这方面很有经验。因为在光路的搭建过程中，经常需要把一些器件mount或者转接起来，所以我跟他学习了如何设计这些桥接的器件、以及如何使用3D打印机将这些小器件打印出来，也算是一个小小的收获。

实验室的外部和内部环境

跟我一同访学交流的Zibang，是广州暨南大学的一名在读博士生，回国之后，他直接回校做了副教授。他之前一直在做条纹分析和单像素方面的工作，其中一个非常有原创性的工作——傅里叶单像素成像发表在了Nature Communications上。他跟我详细讲述了FSI的原理的前世今生，对我启发极大的是，许多问题在原理上是相通的、是可以互相转化的；很多看似简单的原理，如果运用得当，就能发挥想象不到的作用。他对我说，做生物光学成像，有时不能只专注于目的直观的研究，也可以多研究一些“原理上需要转个弯、但事实上并没有那么困难”的问题。在与他聊天的过程中我发现，正如他说的那样，每进入一个领域，他都会认真地一一思考。实验中遇到了与理论不符的地方，哪怕再小，他也不会忽略，而是认真地分析原因。只有这样才能从中学到更多，才能真的把一个问题想透，不易忘记、也能触类旁通。而不像我之前做什么都是浅尝辄止，什么都想了解，但什么也没有实质性的进展。

另外，美国的博士生负担还是比较重的，包括课业和研究上的压力。虽然一学期只有两三门课，但是每门课程都会有project和各种平时作业要完成，且常会有随堂考试。此外，做助教也会有额外的压力。我们实验室的一个同学Zichao就在担任助教，他说做助教一方面能够获得一定奖学金，另一方面也提供一段经历，方便未来找教职。我们经常看到他定期抽出时间给学生答疑，一般都是一对一交流。他告诉我，正是这种交流，让他提高了英语水平，也锻炼了讲课能力。

偷闲：美国生活点滴

由于地处美东的丘陵地区，森林覆盖极广，这里大大小小的州立公园到处都是。于是，在校园、住处附近散步就成了我的一大爱好。我常跟实验室的同学一起出去，一边散步一边讨论实验中的问题、解决方案等，换了环境、换了思路，常有收获，一举两得。

我所在的地区离海边很近，大西洋的海一定程度上奠定了我在美国出游的基调。从半个小时车程的新伦敦小海港，到40分钟车程的Uconn海洋学院校区，到1个半小时车程的罗德岛纽波特的峭壁行道等等，都是全方位的海景。跨年时，我在波士顿远观查尔斯河一直汇入海中；暑假，我则坐在曼哈顿的小邮轮上眺望自由女神。

Uconn海洋学院的绝佳海景

生活总离不开衣食住行，住宿实在是访学过程中的一大开销。学校的宿舍最贵，其次是周边的小区。我住的地方是一个5人共享的小house，位于曼斯菲尔德城镇邻近的威利曼蒂克（Willimantic）城镇上，离学校足有10km之距。幸运的是这里有免费的公交车可以搭乘，免去了每日出行的困难。但总体来说，美国的公共交通和设施远比不上国内水平。有火车相通的都是大中城市，一般地区之间只有大巴可乘坐，而且班次不多，价格也很昂贵。此外，美国的路灯很少，即使是在富有的康州，一到夜间，除非有汽车的灯光照明，否则都是漆黑一片。因此，晚上开车是对视力与驾驶技术的考验。美国公路坑坑洼洼的路段不少，每每遇到这种情况，我就笑称，连我们家乡的乡镇公路都不如——事实也确实如此。

美国人开车比较文明，一般都注意遵守规则和礼让行人。美国的道路上基本没有监控，但大部分人仍然每个stop sign都停，鲜有人按喇叭，而且开车互相礼让，有问题会挥手致意。这与交通法规严格、罚款数额大也不无关系。路上很常见行人闯红灯和横穿马路，汽车也会远远避开。我觉得特别好的一点是，私家车会无条件给学校校车、警车、救火车等让路。当然，每个州的法律不一样，不能简单地一概而论。

、油炸食品等高热量食物，又大多不喜欢运动，因此肥胖、有关节问题的人占很大的比例，特别是四五十岁以上的人群。不过与此同时，喜欢“吃草”（各种蔬菜沙拉）的人也不在少数。在美国的半年里，我也难免养成一些类似的饮食习惯，比如喜欢喝咖啡、喜欢吃甜甜圈、炸鸡等等，比原来增重不少。回国后我应该发扬清华的校风，好好锻炼一番。

美国人在穿着方面相对随意，基本都是短袖、衬衫、运动裤、运动鞋之类。国内较贵的品牌在美国大多是一般的价位，所以在奥特莱斯等折扣店里扫货的国人还是非常常见的，导致很多店面里都多出了一些会讲中文的店员。

经过半年训练，我的听力得到了很大的提高。从一开始听别人打招呼、卖东西都要反应半天，到渐渐能够处理各种生活中出现的问题，比如银行业务咨询、网购客服投诉等等；从原来不敢说英语，到不得不自己用英语来处理问题，再到愿意主动反映问题……虽然每次“说英语”还是需要酝酿，但对于比较熟悉的科研内容和生活场景，我已经能够很好地处理。不过，我在与外国人的交流上仍然不够主动，加上接触较多的朋友大多是中国人，并没有真正脱离中文语言环境，因此对美国人生活中更深层次问题的了解还是非常欠缺，也没有交到更多外国朋友，这是一个遗憾。

在美国的半年，我对时间的利用率很高，这一方面是受到大家普遍工作节奏的影响，另一方面则是因为半年的交流时间很短，因此始终有紧迫感。

在实验室时，我基本上不是在做实验室、跑数据，就是在讨论问题、制定下一步的实验计划。周末我也会偶尔出去走走、调节紧张的心情，对工作也有促进的作用。反观在国内时，虽然我每天待在实验室的时间非常多，但相对效率不高，总结来说还是自身缺乏规划。这段时间的锻炼，让我养成了很好的习惯，作息时间也更加规律了，对我今后打下了一个很好的基础。

在具体科研上，通过半年的锻炼，我拓展了思路，提高了对于新点子可行性的分析能力，同时也提高了动手做实验的能力，以及发现问题、分析问题、解决问题的能力；此外，个人心态上也更加平和了：之前由于我读博过程不是很顺利，一直没有什么科研成果，内心非常焦急，实际上欲速则不达，生活中的其他问题也没能妥善解决。而半年的交流生活，远离故乡的同时，有了充足的时间冷静思考，使得自己在面对问题时更加成熟；另外，在美国，我见识到了不少心无旁骛、一心钻研的朋友，他们的经历和意志力也让我受益良多，颇受鼓舞。

如今我已回到熟悉的清华园，开心的同时又有点怅然若失，偶尔也会怀念那里的生活。非常感谢学校和导师给我这次访学机会，让我能够在大洋彼岸进行学术交流。每个人在读博士的过程中都会遇到一些困难，不管是专业研究上的，还是生活上的，而这半年的时间让我找到了一些答案。过程或许艰难，甚至结果可能不尽如人意，但是我们不应该退缩，不能丧失信心、失去动力，要分析原因、制定策略、尽力去做。

本文来源：清华大学自动化系周游同学的访学总结报告

编辑：邵正隆  清华大学研究生院；

            徐思羽  清华大学研究生院学生记者