成理实验室奇遇记（一）

为深入推进“三全育人”综合改革，进入国家第二轮“双一流”建设高校行列以后，学科专业建设进一步开创新局面。

为使科学研究水平稳步提升，学科优势特色不断彰显，成理不断加强科研平台和一流学科建设，建设了一批批具有成理特色的理论成果。

在成理，每个学院都有各自的实验室（研究中心）。

目前，我校共有67个本科招生专业（类），其中国家级一流专业23个；有近150个实验室（研究中心），包括3个国家级实验教学示范中心、1个国家级虚拟仿真实验教学中心、3个国家级工程实践教育中心、2个国家大学生校外实践教育基地等。

一直以来，高校实验室是实现科研创新的重要基地，也是理论与实践相结合的重要阵地，既承载着学术的深度，也是思想碰撞的热点。本期我们将推出首批各具特色的实验室（研究中心），快来一起领略他们的魅力吧～

那么，在成理的实验室中我们会发现怎样的奇妙世界呢？

做实验枯燥吗？人文社科类专业的实验室是怎样的？

看起来“高大上”的实验室是如何让我们的学业锦上添花的呢？

让我们一起来看看吧！

不来体验一下岩土版时光加速器吗？

【实验室介绍】

地质与岩土工程虚拟仿真实验教学中心

2008年地质工程实验教学中心列入国家级实验教学示范中心建设计划，2012年通过验收。以示范中心网络信息管理系统为基础，同时开展了虚拟仿真实验教学项目和资源库建设，统一管理虚拟仿真实验教学包括基于模拟的物理仿真教学、基于模拟的数值仿真教学、虚拟仪器实验教学等。2014年申请并获批地质与岩土工程国家级虚拟仿真实验教学中心。

【学生介绍】陈明浩

▲陈明浩，环境与土木工程学院2021级土木工程专业硕士研究生

我们平时科研所做的土工离心机试验主要是基于相似理论，比如模拟斜坡自然演变的过程。在天然条件下，重力加速度就只有1g，一个斜坡的自然演化过程可能要经历数百万年甚至千万年，而我们地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室的TLJ-500土工离心机的重力加速度最大能达250g。
通过高速离心模拟试验，能够在短时间内直观地观测到斜坡的变形模式及其破坏发展规律（图1）。这就相当于把千万年的时光压缩到很短，让我们经历了一个斜坡变形的时间旅行。

▲图1 反倾斜坡变形离心机模拟实验

传统大型土工离心机模拟实验时间久、周期长，从准备到完成要一个月左右的时间，并且试验材料等资源消耗也非常大，并不是所有的学生都有机会接触到大型土工离心机实验。

而省级一流课程-斜坡灾害土工离心虚拟仿真实验教学项目，正是对土工离心机模拟实验的虚拟仿真，它的全部流程都可以在网站内进行线上操作。这个虚拟仿真项目还在成都理工大学博物馆（成都自然博物馆）里面展出了。

▲省级一流课程-斜坡灾害土工离心虚拟仿真实验教学项目

首先，系统会告知实验的目的和原理，之后会告知试验流程是什么样，前期需要进行哪些准备工作。也有提供基础知识与实验模型的讲解，它与实物的相似比例是什么关系，甚至它会对基础知识进行考核。如果考核通过，就可以继续按照提示，对离心机模型进行后续操作，进而推动实验的完成。

虽然虚拟离心机系统因为限制了很多步骤、模型和数据，仅能部分代替真正的土工离心机进行研究，但它打破了很多传统实验的长时间、高消耗以及不可逆等限制因素。虚拟仿真是非常好的一种教学途径。

试想一下，仅仅通过移动鼠标与键盘这样最简单的操作，你就可以见证岩土体经历了千万年它的力学行为和演变过程，像是亲自体会按下时光加速键的感觉，这难道不是新奇的体验与经历吗？

行走大疆，做超酷的生态修复材料！

【实验室介绍】

四川省地质环境脆弱区生态修复材料与技术工程研究中心

是我校获批建设的首个省级工程研究中心，由我校生态环境学院牵头实施，并协同海天水务集团有限公司等单位共同建设。

中心聚焦西部地区地质环境保护与生态修复等关键共性技术，突破强震地质灾害地区岩土体加固、矿山开采及资源枯竭区生态修复、重大工程创面生态修复、生态退化区生态修复等技术瓶颈，带动地质灾害防治与地质环境保护材料与技术产业的创新发展，推进自主创新成果转化。

【学生介绍】张宏丽

▲张宏丽，生态环境学院2020级环境科学与工程专业硕士研究生

在实验室，我们主要研发生态修复材料，这是地质环境脆弱区生态修复技术的关键。其中包括岩土体加固材料、植生土壤重构材料、大气集水材料等等，要考虑如何提升“三化一扰”区域生态碳汇能力。我们要通过不断的研发、测试，来实现材料的性能最优化，并最终将其应用于相关领域。九寨沟火花海修复、若尔盖草原冻融环境、雅鲁藏布江水电修复等重大项目，都有我们实验室参与的身影。

我们知道，合成材料是由两种或两种以上的物质复合而成并具有某些综合性能的材料，相对于普通材料，通常具有更优越的性能。试想一下，用几种试剂，或粉状、或液态，依次加入，搅拌，便可能合成一种新型优质材料，或使原材料具有更高的性能，其中成就感可见一斑。

▲实验室学生在做实验

比较典型的有我们团队研究的糯米灰浆材料，被运用于九寨沟火花海的震后修复。

九寨沟火花海的震后修复，预防了未来可能导致的新的堤坝坍塌问题，是对“美与自然”的双重守护。各专家团队经过通力合作，终于完成了既定修复目标，这既是对世界自然遗产的一次保护恢复，又是生态材料修复技术的一次攻关。

但在修复材料的改良实验中，我们也遇到了很多的困难。

每一项实验都是要根据实际条件来制定方案的，我们的传统糯米灰浆材料虽然坚固、环保，但水硬性和耐久性并不是特别好，而火花海又正好具备动水和冬季冻融的特点。这就意味着，我们在实验室需要对传统糯米灰浆材料进行改良，使之能适应动水以及冬季冻融条件。

▲修复前的火花海（图源：地灾国重实验室）

为此，我们在团队老师的带领下，通过实地考察与实验相结合的方式，在九寨沟和实验室两头跑，不断地制定试验方案、研究、测试……

最后，在传统糯米灰浆的基础上，按照比例掺入原料、改性剂以及一定级配的钙华颗粒，终于研究出了一种适合火花海修复的优质灌浆材料。

▲修复后的火花海（图源：地灾国重实验室）

这种改良过的糯米灰浆材料，不仅与火花海地质结构的成分相似，而且解决了传统材料不耐动水、不耐冻融条件的问题，可以在动水环境下速凝，且不污染工作区水体。

除了较为出圈的糯米灰浆材料之外，近年来，我们实验室还关注另一个前沿领域，即研发大气集水材料，将其应用于植生层的构建。

▲植生层

大气集水，顾名思义，即收集利用大气中的水分。据相关数据显示，全球空气中含有超过一万立方千米的水资源，而大气集水（AWH）正是一种极具前景的利用空气中的水分生产淡水的策略，可以解决全球清洁水短缺的问题。

▲复合吸湿水凝胶实物图

所谓“植生层的构建”，就是将凝胶状态的大气集水材料，研磨成粉状，再以适当比例混合土壤。

听上去简明易懂，但大气集水材料神奇的点就在于，这样构建而成的植生层，不需要额外的水分，混合在土壤中的大气集水材料会吸附空气中的水分，从而保证土壤的湿润以及植物的生长。

延伸一下，如果将这一技术应用于淡水稀缺地区，则可以对空气中的水分进行充分利用，在供水领域发挥效益。

▲混合大气集水材料的土壤

目前我们研究中心正将目光聚焦在这一领域，希望能为解决淡水稀缺问题提供新策略。

总体而言，实验室是一个做实验与项目实践相结合的地方，这种方式使我们不仅沉潜在实验室，更翱翔于野外，享受知识与实践的双重乐趣。

▲张宏丽在记录数据（右二）

科幻的高冷外壳，简洁扎实的研究实力

【实验室介绍】

能源学院采油工程实验室

主要用于教学演示，拥有游梁式抽油机模型（俗称磕头机）1套，异型游梁式抽油机模型1套、宽带式抽机油模型1套、螺杆泵采油模型1套、电潜泵采油模型1套、自喷井模型1套。

实验室还有油井采油的各种设备，包括气液两相垂直管流实验装置，演示采油过程中遇到的各种流态，同时还有各种井下采油工具的模型和油气集输模型，充分演示油气开采到分离、集输的整个过程。

【学生介绍】龙国强

▲龙国强，能源学院2019级石油专业本科生

当我知道实验室的设备基本涵盖了理论课程中所涉及的全部仪器时，我非常地惊讶和激动，这意味着我们将会亲身体验采油过程。

实验室的设备都是具体井场中的等比例采油设备，完美复刻了井场中的采油过程，因此，我们在实验室里就可以模拟并实地观看采油现场的具体采油情况。

实验室的“镇室之宝”——游梁式抽油机的启动演示是经典的采油实验。首先我们按照实验步骤，准备好实验试剂，然后启动电动机，电动机的高速旋转通过减速箱的减速会带动游梁的往复旋转，从而引起一系列的连续反应，最终达到抽油的目的。

在我看来，采油实验其实也是一种探索，为我们揭开了埋于地下的各种神秘的流体流态，让我们得以看见藏于地下的秘密。

▲异型游梁式抽油机

除此之外，实验室还为我们提供了充分的想象空间，在实验室里，我们可以拥有“预知”的能力——根据实验室设备的运行情况，我们可以充分设想出在具体井场中发生的各种事情，比如在现场可能发生的危险及后续的处理方案，这可以提高我们在石油开采过程中对危险的敏锐性，同时在危险来临时能够及时做出准确的反应。

在我还没有进入实验室之前，实验室在我的脑海中一直是一个像科幻电影一样充满神秘感、未来感和科技感的形象。

当真正接触到实验室之后，我发现褪去那层神秘与科幻的外衣后，采油工程实验室其实是简单又朴素的，我们所进行的实验都是为了能够将埋于地下的石油经济高效地开采至地面。我觉得正是这种简洁的风格，我们才能更好地从事研究与科学实验。

“仰望星空，脚踏实地”行星科学国际研究中心带你逐梦星河

【实验室介绍】

成都理工大学行星科学国际研究中心

实验平台包括行星超算平台、行星物理平台和元素与同位素分析测试平台。
       行星科学国际研究中心元素与同位素分析测试平台从2020年开始规划，现已建成超净实验室和仪器实验室，超净实验室可分离各种目标元素，仪器实验室可对样品各主微量元素含量以及目标元素同位素组成进行高精度分析。目前，该平台仍在建设完善当中。

▲仪器实验室点样装置

▲TIMS（热电离质谱仪）

行星中心元素与同位素分析测试平台的钙同位素分析方法处于国际领先水平，同时，平台还建有主微量元素和其它同位素体系的分析方法。特别的是，平台一直将根据行星科学国际研究中心的科研和教学需求，不断研发专用的分析技术。

实验平台所分析的样品大部分来自于地外，包括月球、火星、灶神星等陨石样品及其它各类陨石样品，以及“嫦娥五号”返回样品。张兆峰教授和王达研究员近年来分别获批“嫦娥五号”玄武岩岩屑和月壤样品进行研究。除地外样品外，实验平台也开展地球样品元素和同位素测试方面的工作和服务。

▲月球岩屑、嫦娥五号采样地点（图源：行星科学国际研究中心）

【学生介绍】王文科

▲王文科，行星科学国际研究中心2021级行星化学专业硕士研究生

我的专业是行星化学，主要的研究工作是通过分析相关样品获得高精度的元素和同位素数据，了解地球和其它类地行星的物质组成，从而认识地球及其它类地行星形成及演化等诸多过程。

比如，我们可以通过开展月球陨石以及嫦娥五号返回样品的研究认识月球的形成和演化过程。为了进行验证对比，我们还会进一步研究火星、灶神星等星体陨石以及后续的天问系列返回样品。

另外，通过分析地球样品中元素及同位素特征及不同的地球化学行为和变化，追溯不同的地质活动及演化历史，也是我们研究的一部分。

研究过程本质上就是探索世界的过程，哪怕是成功完成一次实验，我都感觉对这个世界的理解更深了一步。

在接触地球化学实验之前，我对超净实验室以及规范的实验操作等没有任何了解。第一次做的化学实验是目前印象中最深刻的一次实验，是在本科阶段。当时为了更好地衔接研究生的学习方向，我选择了调查中国国家地质标样中的钕同位素组成作为本科毕业论文课题。

第一次做实验就要独自同时处理几十个样品，每个过程细节都需要做到严谨和细致，一不小心就会导致实验前功尽弃。现在我依然记得当时那种小心谨慎、紧张却又兴奋的心情。

多次做实验的经历对我现在的工作和学习产生了很大的影响。实验前的各种准备、各方面考虑，实验中的细致认真，实验后的总结分析，让我在学习生活中做事更加有规划，考虑问题更加全面，也更加注意细节和逻辑。实验成功后的成就感也让我对未来在所选专业做出成果的信心更加坚定。

正式踏进实验室的那一刻就感觉正式迈出了科研的第一步。虽然现在已经做了很多次实验，但我仍然为每次都能在实验中有新的收获而感到惊喜。希望我们能永远怀揣热忱，在探索宇宙奥秘的科研路上一路前行。

代入感超强！来VR实验室漫游剧场

【实验室介绍】

VR交互实验室

2021年5月，我校传播科学与艺术学院服务于艺术与传媒类专业的“VR交互实验室”正式建成启用。该实验室孵化了首批国家级本科一流课程《基于VR技术的剧场舞台演艺空间认知与体验虚拟仿真项目》，学生可通过VR实验室进入虚拟情境进行专业课程的实训练习。

VR交互实验室是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，为开设各种虚拟实验项目课程提供了全新的教学环境。这是教学实验室与现代前沿信息技术的结合，是成理“艺术+科技”的探索实践成果。

在VR交互实验室中，学生可以通过学校开发的虚拟仿真实验项目进行特殊环境的体验和各类专业设备的动手操作练习，有利于培养艺术传媒类学生的操作能力、分析能力、设计能力和创新意识。

▲学生使用VR设备

【学生介绍】鲁建男

▲鲁建男，传播科学与艺术学院2019级表演专业本科生

表演专业有一门课是《基于VR技术的剧场舞台演艺空间认知与体验》，我们可以通过线上平台学习，也可以去线下的VR交互实验室体验。

我是第一批使用传艺学院VR交互实验室设备的学生之一；在用VR设备之前我完全没想到，通过VR眼镜看到的剧场舞台竟然能还原得这么真实！戴上之后的感觉和平常走在剧场里几乎没有区别，太神奇了。我还可以通过VR眼镜看到整个剧场的鸟瞰图，通过手柄来控制走向，想去哪儿就去哪儿。

▲VR交互实验室

在VR实验室里，我能清晰地知道上台表演的整个流程。从进入后台开始就会有“进入剧场安全须知”的相关提示，接着根据引导，可以了解到剧场每一个区域的功能特征和使用要求，比如舞台、服装间、化妆间、道具间等等，可以说这是一个很全面的剧场介绍了。用舞台来举例，在我戴上VR眼镜走到舞台时，可以自己选择知识点进行学习，比如舞台构造、舞台九大分区、舞台空间调度原则等。

而且这个虚拟仿真环境是主观视角和全向视角同步呈现的，可以让我们学习到舞台工作的基本原理与技巧，我既能以第一视角看到自己控制的虚拟人物在舞台上的举动，也能以第三视角看到虚拟人物在舞台上的位置变化及表现。

▲学生在VR交互实验室使用设备

除此之外，我还可以通过VR虚拟舞台演艺空间，感受到舞台大小、灯光位置、强弱区域和声音的传递来源等等。在这么多功能里，我印象最深的就是舞台灯光的教学功能，它可以任意切换不同的灯光，让我们了解几种主要的光源及特效光的投射效果，不断尝试来判断哪种灯光效果对角色塑造更合适。

我是表演专业的学生，对于我们这种要经常和舞台打交道的专业来说，熟悉舞台是基本功。但实体剧场开关成本大且具有一定危险性，开放使用需各部门多个工作人员配合，因此VR交互实验室正好能为我们提供一个提前熟悉剧场舞台的空间的机会。这种方式既能减少相比线下前期做排演准备的人力物力成本，也能更加方便清楚演员与舞台灯光、布景、机械的配合以及和观众的交流，减小正式演出时演员面对舞台的压力。戴上VR眼镜、拿上手柄，就能真实感受到舞台。

线上体验VR交互实验室方法

如图

进入“实验空间-国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台”注册并登录，搜索“基于VR技术的剧场舞台演艺空间认知与体验”进入课程后，点击“我要做实验”，即可开始线上VR实验之旅！

特别鸣谢环境与土木工程学院蔡国军老师、生态环境学院周立宏老师、能源学院陈文玲老师、行星科学研究中心张兆峰老师、传播科学与艺术学院熊巍老师的专业指导及帮助（排名不分先后）。

编辑 | 曾灵 吴秋婷