陈斌 陈斌 （ （左 左） 、 ） 、 郭艳军和学生在日内瓦国际发明展览会现场
郭艳军和学生在日内瓦国际发明展览会现场
第二代样机 第二代样机
创新发明大致分为两类，一类是前沿技术的创造与突破，另一类则聚焦于对现有先进技术的优化整合，最大程度发掘新技术的应用价值。前者主打高精尖领域的攻坚克难，往往具有里程碑意义上的质的突破；后者虽然看似平淡，然而却能通过富有创造力的新方式将现有技术、新技术或新旧技术分别结合在一起，创造出全新的价值，其意义在先进技术的成果转化方面尤为突出，在实践应用领域建树颇多。
北京大学地球与空间科学学院陈斌副教授研究组的发明成果“一种基于无线网络技术的分布式信息采集与检索系统”，便属于这后一种的发明创新类型。该发明成果是结合地空学院学生实验教学需求开发生成、专门面向学生野外实习的实验教学系统。
在学校科技开发部的组织推荐下，该发明团队参加了今年4月举行的第44届日内瓦国际发明展览会，与来自45个国家和地区790个参展单位的1000余项发明同台竞技。在经历了评审会专家的数轮“明询”与“暗访”审查之后，这一发明从“跨学科Compu?ter”类别中脱颖而出，荣获银奖。“跨学科Computer”类别中包含大量为时下热点的软件、硬件和通讯创新发明，竞争尤为激烈。
一个神奇的盒子
基于该发明的无线信息检索服务器适用于野外无信号区域的各类情境，发明的初衷是为了用新技术来解决地空学院学生野外地质实习查询资料和交流沟通的困境。陈斌介绍，每年暑期，地学专业的学生都会有一周左右的野外实习，在山区通常没有信号，实地考察时很难即时查阅资料，专门的手持机设备也难以保证人手一台。因此，学生们看到了陌生的地质现象或有了其他发现，通常只能用相机或手机拍摄下来，晚上回到驻地后再询问老师或上网查询。“于是我就想做一个能在无信号状态下供大家查资料的装置。首要的一点是便携性，放在背包里就能走，通过手机就可以实现连接、随时查阅资料，不需要特殊的手持机。”
在计算机专业背景出身的陈斌眼中，最初的设想很简单，就是想结合计算机技术对学生的野外实习应用做一些实实在在的改进。经过两年左右的探索，这个源于让实验教学更便捷的想法从萌芽到雏形，不断突破完善，在日内瓦发明展上的作品已经是陈斌团队该项目的第二代样机。
整个发明装置完美体现了便携性：装置以一组方方正正的彩色模块组合形式呈现，重量只有约500克。样机整体包括三层四个部分，最上面一层由服务器和显示屏构成，服务器是一个微型计算机，起到了信息中心的功能，是装置最为核心的部分，里面存储了大量的资料，可以结合每次野外实习或者实验的需要定制内容；显示屏模块上包含了一系列操作按钮，犹如一个微型掌上游戏机。中间一层的组块起到的是无线路由器的功能，作为WIFI热点(无线局域网络热点)，在野外无信号区的联网和交互全靠它来实现。最下面一层是可充电电池，可以轻松更换或是不断在下面叠加多层，使整个装置具有不间断的续航功能，支持野外的长时间使用。
在装置完善方面，陈斌表示，第一代装置的各模块之间靠一个固定架子来实现搭建。研发至第二代，产品融入了工业设计的考量和改良，目前模块可以实现快拆功能，像积木一样，各个模块之间并非通过连接线路，而是用磁铁相吸，以精密的探针对接。这些包装着精密电路板的彩色模块在制作的时候还应用了智能制造技术，所有的模块外壳都通过3D打印生成。研发制作模块通常需要不断地试验和磨合调整，往往一个微小的偏差就能导致无法严丝合缝地组装，需要返工重做。如果委托外部厂家，加工周期过长，加上调整的时间则效率更低，浪费更多的时间和经费。3D打印技术的运用可以确保在研发过程中快速调整，可以极大程度提升制作的精度和效率。
目前，该发明成果已经取得了国家实用新型专利，发明专利也已进入实质审查阶段。
实验教学的探索之路
这项发明是陈斌团队下的一个实验教学改革创新项目，依托于北京大学地球与空间科学学院、地球科学国家级实验教学示范中心和地球科学国家级虚拟仿真实验教学中心。
“学校和学院这些年尤为重视实验教学改革，真的是全力支持我们的实验教学中心建设，在软硬件方面都给予了特别多的支持。”地空学院高级工程师郭艳军表示。
地空学院正在进行持续的课程与实验教学改革，促进学生的创新创造能力，该改革得到了学校多部门的大力支持。教务部从课程建设方面鼓励支持创新做法；设备部全力扶持实验教学改革项目的立项，并资助了3D打印机等器材；科技开发部帮助创新项目报名申请参加国际展示，指导鼓励项目申请国际专利等。
此外，地球科学国家级虚拟仿真实验教学中心已经将虚拟仿真系统融入地质野外实习课程，以及实习中所涉及到的观察点、手标本等的图文、视频信息中。同时，虚拟仿真了显微镜，并采集了镜下薄片的图像、视频等放入系统中。这使得虚拟仿真教学资源互相关联、互相依赖，形成一个有机的整体，构建了一套虚拟教学生态系统，极大地提升了教学开展的吸引力和有效性。
在学校和学院的日益重视和鼎力扶持下，教师们也更加积极地探索实验教学改革卓有成效的实施路径，取得了不俗的进展和成果。主讲普地野外实习的张志诚老师认为“实验教学本身即是通过动手、接触真实的东西来帮助学生加深理论知识，教学改革就是通过设计融入新的技术来对传统的操作手法和课程展开形式予以改进。”因此，他和陈斌、郭艳军合作把地学专业每年固定的西山野外考察路线的地形地貌地质现象全部虚拟到三维空间里面。这样，课前可以带领学生在虚拟仿真场景里“预习”，再到实地进行考察学习，考察结束还可以登陆系统进行复习。
教学相长的创新氛围
在这些实验教学改革项目中，学生并不是单纯被动的接受者角色，而是主动参与到项目中来，发挥了非常重要的积极作用。陈斌团队下有六个实验教学改革研究组，主要以2014级本科生为主，小组成员们在遥感楼409创新实验室内完成了多个项目的开发和探索。
本次获奖的无线移动服务器的主要参加者和完成者就是三名本科生。发明涉及到硬件、软件和内容三方面内容的开发、应用和整合，是跨学科应用和团队合作、动手能力等综合素质的集中体现，为本科生提供了学习和实战的重要舞台。来自信科电子系的陈世峰主要负责模块和电路板之间的高难度精密焊接，是团队里面的硬件“专家”；来自地空学院的赵玖桐主要负责应用程序的编写开发，是团队里的软件主力。此外，陈斌也鼓励学生们以科研为起点积极参与创新创业。目前，陈世峰从该服务器的内容入手踏上了“毕业即创业”的道路，赵玖桐也依据这一发明的工作申报参加了“挑战杯”竞赛。
陈斌认为“基于无线网络技术的分布式信息采集与检索系统”的发明成果的应用非常广泛：除了野外无信号区的实践考察，还可应用于户外徒步等生活场景；不仅仅局限于室外，也可用于室内的实验，既提供完备的实验资料，同时支持实验者在实验过程中随时记录实验数据上传进展信息等；不仅仅局限于大学，在中小学的实验、教学课程中也会有应用场景和实用价值。
虽然已获得国际奖项的认可，但陈斌团队认为这一发明还有很多需要完善和提升的地方，他们将持续打磨、精益求精，力求融入更多功能，希望在不久的将来交出更加成熟、精致的发明作品。