荀鄧曄 李佳聰

2022 年7 月19—24 日，青少年高?？茖W(xué)營清華大學(xué)分營順利舉辦。300 余名來自全國各地的中學(xué)師生云端相聚，共同參與到分營活動(dòng)中，在科學(xué)的海洋中體悟科學(xué)、感悟人文、領(lǐng)悟科技報(bào)國的愛國主義情懷。本次分營活動(dòng)主要包含多場名師大家講座、科研實(shí)踐、線上參觀、觀影活動(dòng)，既有通過郵寄資源包線上開展“DIY 護(hù)手霜”和“奇妙計(jì)時(shí)器”實(shí)驗(yàn)，又有清華大學(xué)藝術(shù)博物館、科學(xué)博物館的特色“云導(dǎo)覽”與主題宣講，還有原創(chuàng)電影《大學(xué)》、話劇《馬蘭花開》集中觀影與朋輩交流。

2022 年云上科學(xué)營中，清華大學(xué)分營一如既往地以最高標(biāo)準(zhǔn)為營員提供一流的綜合科研服務(wù)，同時(shí)注重科技與人文的融合，籌備了博物館參觀、原創(chuàng)電影與話劇欣賞及多場專題報(bào)告講座，希望引領(lǐng)營員感悟清華人矢志不渝的報(bào)國追求，引導(dǎo)營員立大志、明大德、成大才、擔(dān)大任。營員紛紛表示在科學(xué)營里度過的時(shí)間雖短卻意義非凡，不僅探索了從未接觸過的領(lǐng)域，被各種先進(jìn)的技術(shù)所震撼，深入了解了大型科學(xué)項(xiàng)目，也因此堅(jiān)定了個(gè)人的科研志向。

6 天的活動(dòng)精彩紛呈，比如名師大家報(bào)告：《人工智能漫談》《人工智能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》《追光少年的天格計(jì)劃——粒子與天體物理實(shí)驗(yàn)中的電子學(xué)》《來人工智能專題營：你選對了——從IA 到AI》《病毒與人類健康》《聲表面波智能傳感技術(shù)及應(yīng)用》《神奇的仿生機(jī)器人》等；線上科研實(shí)踐：《星際爭霸2 AI 初探》+ 線上答疑，《機(jī)器人眼中的世界》+ 線上答疑，腦控機(jī)器人+ 線上答疑；以及線上參觀分別走進(jìn)模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等。其中，最受營員歡迎的為2 個(gè)線上科研實(shí)踐活動(dòng)：簡易護(hù)手霜和奇妙計(jì)時(shí)器的制作。

簡易護(hù)手霜

背景知識介紹

主要介紹分散系、兩親分子、乳濁液、乳化原理，以及乳濁液的不穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)材料

純凈水，甘油，杏仁油（主要成分為不飽和脂肪酸），乳化劑。

討論

甘油常溫下為無色黏稠液體，具有強(qiáng)烈的吸濕性，為什么被廣泛應(yīng)用于化妝品中？能否將純甘油直接涂抹于皮膚上以達(dá)到保濕效果？

實(shí)驗(yàn)器材

玻璃燒杯（150 mL），玻璃棒（20 cm）。

注意事項(xiàng)

①玻璃儀器易碎，拿取、放置時(shí)應(yīng)格外小心，輕拿輕放、遠(yuǎn)離桌子的邊緣。②玻璃棒較長，不要單獨(dú)將玻璃棒放置于燒杯內(nèi)，否則燒杯容易翻倒。③一切化學(xué)試劑禁止入口。

制作步驟

①每組4 人，在燒杯中稱量10 g 杏仁油、3 g 甘油與3 g 乳化劑，緩慢攪拌一段時(shí)間，使之混合均勻。②向混合物中加入純凈水，用玻璃棒緩慢攪拌均勻，再加水，最終加入水約80 g。③觀察攪拌過程，嘗試用科學(xué)語言描述攪拌過程中混合物性狀的變化？④將自制的護(hù)手霜涂抹在手背或手臂上，體驗(yàn)其效果。如果有購買的護(hù)手霜或其他護(hù)膚品，可以體會(huì)二者的區(qū)別。

拓展探究實(shí)驗(yàn)

為探究自制護(hù)手霜中各組分量的改變對護(hù)手霜性質(zhì)的影響，可開展以下實(shí)驗(yàn)：取少量自制護(hù)手霜于燒杯，逐漸加入水、杏仁油或甘油約5 mL，每次加入后均攪拌均勻，觀察混合物性質(zhì)的變化情況。①思考哪些物質(zhì)可能對黏稠度產(chǎn)生影響？②思考哪些物質(zhì)可能對透明度產(chǎn)生影響？每組完成1 個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，然后向大家介紹實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并嘗試作出解釋。

總結(jié)與思考

①本次實(shí)驗(yàn)的乳化劑吐溫20 的結(jié)構(gòu)中，哪一部分是親水基團(tuán)，哪一部分是疏水基團(tuán)？②如何判斷本次實(shí)驗(yàn)中制得的乳濁液是O/W 型還是W/O 型？與HLB 計(jì)算結(jié)果一致嗎？③如何改進(jìn)自制的護(hù)手霜配方？可以向其中加入哪些化學(xué)物質(zhì)，分別改善或增加護(hù)膚品的哪些效果？

知識拓展——化妝品中的化學(xué)物質(zhì)

①基質(zhì)，比如本次實(shí)驗(yàn)中使用的杏仁油。②乳化劑，比如本次實(shí)驗(yàn)使用的吐溫20。③保濕劑，如本次實(shí)驗(yàn)使用的甘油，還包括丙二醇、聚乙二醇等具有吸濕性的物質(zhì)。④防腐劑，主要作用是抑制微生物繁殖、保護(hù)某些物質(zhì)免受氧化，如苯甲酸、各種酚類。除此之外，還有色素、香精、紫外線吸收劑等被廣泛應(yīng)用。

奇妙計(jì)時(shí)器

講授環(huán)節(jié)

定時(shí)器是電子電路中一種能夠用來計(jì)時(shí)的模塊，GPS的時(shí)鐘、計(jì)算機(jī)的時(shí)間及萬年歷都是由定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的。講授環(huán)節(jié)主要介紹施密特反相器、RC 電路原理，以及定時(shí)器實(shí)現(xiàn)原理。

同時(shí)，開展multisim 仿真演示，并向營員介紹仿真的意義：電路實(shí)驗(yàn)即使原理沒有問題，實(shí)驗(yàn)時(shí)也可能因?yàn)槔鄯e誤差等原因?qū)е卢F(xiàn)象不符合預(yù)期，可用大量真實(shí)元件的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，初步確定方案可行性。此外，即使仿真檢驗(yàn)沒有問題，在實(shí)際電路搭建時(shí)也可能出現(xiàn)問題，比如仿真中去掉LED 串聯(lián)分壓電阻R2，依然可觀察到閃爍現(xiàn)象，而實(shí)際電路搭建時(shí)，如不串聯(lián)分壓電阻，則LED 常亮，無法閃爍。

動(dòng)手環(huán)節(jié)

營員獨(dú)立進(jìn)行定時(shí)器的制作，志愿者首先講解各器件的使用方法，然后進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，也可在演示實(shí)驗(yàn)的過程中介紹器件使用方法，在營員操作時(shí)隨時(shí)答疑，盡量讓所有營員完成實(shí)驗(yàn)。

Bug處理方法

二極管不亮原因：①二級管接反；②二級管亮度過低，可調(diào)小串入的電位器。

二級管亮了不閃：①電容充放電時(shí)間過長，等待即可，可調(diào)小RC 回路的電位器；②沒有串聯(lián)分壓電阻或串入電阻過小，可調(diào)大串入的電位器。

接插bug：首先檢查是否存在插反、接插不嚴(yán)等問題，如仍不能解決，可求助。

展示交流

讓成功實(shí)現(xiàn)功能的營員在線展示自己的成果，找營員談一談在制作過程中遇到的問題及解決問題過程中的體會(huì)。