有方探究项目 | 物理方向

探究项目适合有志于申请TOP50大学,计划申请的专业与特定行业有关的9-12年级学生;适合零基础学生,学生对编程、数学有兴趣即可参加。

Description

关于探究项目

1. 探究项目适合有志于申请TOP50大学,计划申请的专业与特定行业有关的9-12年级学生
2. 探究项目对学生的编程能力不作要求,适合零基础学生,学生对某一领域有兴趣即可
3. 探究项目是有方科研教学体系中的一个重要环节,主要帮助学生在其感兴趣的领域中,完成有一定难度的研究项目(关于有方科研教学体系的详情介绍,请见文末)

有方探究项目

教学成果

成果一:个性化个人网站展现学术研究成果

有方探究项目为学员制作个人网站展示学生的项目成果。网站展示包含项目课题介绍、研究过程、研究结论和学生学习心得等个性化内容,真实完整的反应学生的学习过程和个人学术成长与收获。同时,有方探究项目的项目成果还可以投放到计算机行业交流平台GitHub等业内人士交流平台中,让更多人关注到学生的学术成果。在申请过程中,招生官极其重视学生的科研项目经历,个人网站可以作为重要成果展示,帮助学生在诸多竞争者中脱颖而出。
成果二:能力提升

学生顺利完成有方探究项目的所有课程学习后,相当于达到美国优秀大学本科三年级计算机学科方向课程项目或独立研究项目要求。在大学申请时,独立项目的研究经历将极大的展现学生的学术积极性和独立解决问题的能力。

 

适合学生

1. 有志于申请前50名美国大学的9-12年级学生
2. 有一定的英语阅读和写作能力
3. 有较强的逻辑思维和抽象思维能力
4. 对于物理感兴趣
5. 对于学生在专业领域的基础没有要求,我们会提供学术知识培训帮助学生入门相关专业

 

教学安排及费用

每位学生27,500元,包括:

1. 预备课程
2. 核心科研
3. 全程督导跟进

(1)时间跨度:2 - 4个月
(2)每周投入:2 - 4小时
(3)授课形式:线上授课,督导全程跟进
(4)授课地点:线上授课,没有授课地点限制

有方探究项目

 

有方根据不同的学科和研究方向,准备了物理方向的不同课题,以下我们选取了其中三个课题作为示例,可供参考:

探究项目 | 课题示例一

基于机器学习的引力波信号分类

康奈尔探究项目

 

课题概览

1. 引力波天文学是观测天文学今年来逐渐兴起的一个新兴分支。与传统天文学主要使用电磁波观测不同,引力波天文学是通过引力波来观测发出引力辐射的天体系统。由于引力波特殊的性质,引力波探测器不仅能够观测到电磁辐射无法观测到的天体如黑洞和暗物质,还有可能捕捉到宇宙诞生时形成的引力辐射。另外,天文学者可以兼用电磁辐射、引力波等信号来做天文观察,就好像同时使用视觉、听觉、味觉来品尝食物一般,这门学术领域被称为多信使天文学。

2. 2016年2月11日,LIGO与Virgo科学团队宣布人类首次探测到来源于双黑洞并合的引力波信号(该工作荣获2017年诺贝尔物理学奖)。这一成功为多信使天文学观测双黑洞并合提供了可能性:在双黑洞并合前的大约100秒会发出不断增强的引力波辐射,引力波探测器在捕捉到该信号后需要立刻向全球各个波段(包括光学,红外,射电等)的望远镜发出警报,随后所有望远镜在短时间内快速指向警报对应的大致天区,分别记录下各个波段并合的完整过程。这一艰巨的任务将会为研究黑洞等天体的性质与演化过程提供重要的观测数据,因此会是未来全球引力波天文学家的工作重点,而其中如何快速准确地从各种信号与噪声中分类识别出双黑洞并合产生的引力波信号则是决定这一任务是否成功的关键之一。

3. 本课题旨在运用机器学习算法解决这一关键问题,过程中会让学生学习到反向传播和梯度下降等神经网络原理,并有能力解决实际应用中容易遇到的数据过拟合,准确度不高,训练时间过长等问题。

 

相关学科

1. 计算机视觉   引力波天文学   多信使天文学
2. 计算机   人工智能   机器学习
3. 应用数学   统计学   数据科学

 

导师介绍

康奈尔大学 硕士
(1)曾多次以第一作者身份在国内外知名期刊上发表学术论文,包括Computational Statistics & Data Analysis等
(2)研究方向:统计学

 

探究项目 | 课题示例二

模拟凝固态惰性气体的原子运动和相变

斯坦福大学探究项目

 

课题概览

1. 计算材料学是材料科学和计算机科学的交叉学科,是一门正在快速发展的新兴学科,也是材料科学中一个重要的研究方向。它一方面从实验数据入手,通过建立数学模型模型,使用计算机进行模拟计算出实际过程,另一方面是材料的计算机设计,即直接通过建立材料的理论模型和计算,预测或者设计材料的结构和性质。计算材料学既可以解决理论方面研究体系的复杂性,又可以解决实验室无法具备的一些特殊环境,例如超高压,超高温等极端环境。

2. 分子动力学是计算材料学的计算模拟方法之一,该方法主要通过牛顿力学来模拟实际分子体系的运动,是一种多体模拟方法。该方法通过对分子在一定时间内的运动状态的模拟计算,引入统计物理的概念,计算出该材料的宏观热力学性质以及研究系统的演变过程。

3. 蒙特卡罗方法,是一种统计实验或随机抽样的方法,属于计算数学的分支。该方法从物理系统背后的数学模型出发,引入随机数和概率统计方法,进行一定次数的模拟计算得出计算结果。在计算材料学的应用中,该方法同样可以模拟分子的运动(随机扩散,相变等)。

3. 本课题旨在让学生了解计算材料学,深入学习分子动力学和蒙特卡罗方法的基础理论,结合惰性气体的相关材料学知识,使用计算机实现该模拟,计算原子体系的部分基础性质,并且让学生进行对比试验,了解两种方法的优点以及缺点。

 

相关学科

1.分子动力学   计算材料学
2.物理   材料科学   力学
3.计算机仿真模拟  应用数学

 

导师介绍

斯坦福大学 材料学硕士
(1)在斯坦福大学担任研究助理,研究方向为二维材料的模拟计算
(2)本科时独立研究预测氮化铬的性质和锂电池结构问题

探究项目 | 课题示例三

关于自动驾驶控制算法与运动规划的探究

密歇根大学探究项目

 

课题概览

1. 机器人学作为新兴的综合性学科,正在悄然影响着社会生活的方方面面。智能化的工业机器人在工厂流水线上执行分类、摆放任务的效率已超过人类,雄安新区已经建设了无人车专用车道,美团、京东甚至腾讯都在布局无人机相关业务。
2. 本课题旨在运用机器人学的基础知识,制作物理仿真环境,设计自动驾驶汽车的运动规划算法,并在多种仿真环境中检测评估该运动规划算法的性能。
3. 本课题是在实践中学习机器人学和人工智能基础知识的良好机会,研究者将在探索过程中掌握欧拉积分、RK4积分算法、碰撞检测、刚体力学等物理引擎相关的知识,以及基础的搜索算法和中等水平的python使用经验。学有余力者有机会接触RRT,KD树与强化学习等科学前沿的相关知识。

相关学科

1. 机器人学   计算机视觉   人工智能
2. 拓扑学   物理学   心理学
3. 计算机仿真模拟   应用数学

 

导师介绍

密歇根大学 硕士
(1)丰富的机器人学和人工智能领域项目研究经历
(2)研究方向:机器人算法

 

关于 有方科研教学体系

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有方科研教学体系 是有方教育与麻省理工、加州理工、斯坦福大学等众多美国顶尖大学的科研团队在深度合作的前提下,为国内初、高中生提供物理、化学、生物、工程、统计、经济、金融等领域的探究课程和科研项目。

 

成功案例

美国本科录取
1.2017年,第一届学员七位中有六位被全球排名TOP 35大学录取,包括一位同时获得哥伦比亚大学、宾夕法尼亚大学两所常春藤大学录取通知的学生。
2.第二届学员的申请尚未结束,目前已有一位学员被斯坦福大学录取,一位学员被加州理工录取,此外两位被麻省理工顶尖暑期项目录取。

 

丘成桐中学科学奖获奖概况
1.2018年全球金奖(全球第一)
2.2017年全球铜奖(全球前五)
3.2018年全球优胜奖(全球前3%)
4.2018年全球总决赛入围(全球前第5%)

 

HiMCM美国高中数学建模竞赛获奖概况
1. 2017年 Outstanding 特等奖(全球前1%)一组
2. 2016年 Outstanding 特等奖(全球前1%)一组
3. 2016年National Finalist 特等奖提名奖(全球前2%)一组
4. 2017年Finalist 特等奖入围奖(全球前9%)一组

 

顶尖期刊发表
1. 多位学员以第一作者身份在 SCIE, EI, CPCI 所收录的期刊或会议上发表论文。

 

课程体系

1.第一阶段:科研集训营
(1)以 “PBL” 项目制学习的方法,
(2)掌握 “AI+X” 科研的核心知识和技能
2.第二阶段:探究项目
(1)在学生感兴趣的领域中,
(2)完成有一定难度的研究项目
3.第三阶段:学者项目
(1)在学生感兴趣的领域中,
(2)获得原创性研究成果,
(3)发表论文或参加科研科创竞赛

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