四元数、伪色图……从个人项目，看世华STEM教育

也许，大家还记得在上一篇介绍STEM课程及Chris博士的文章中出现的“四元数男孩”——他就是CWA世华学校十年级的学生Sam。

Sam告诉我们，有一次向Chris博士请教关于麦克斯韦方程组问题的时候，聊到了麦克斯韦方程组最初是用四元数方程表示的。从此，Sam就将四元数作为自己的STEM研究方向，并且已经小有成果。

“四元数作为近代数学一个重要的分支，主要应用于工程学方面”，谈到四元数，Sam兴致盎然地介绍说，四元数主要用来描述物体的旋转，而在四元数之前，传统的描述物体旋转的方法是欧拉角。

然后，欧拉角这种方式有一个致命的缺点——使用动态欧拉角会出现万向锁现象，整个旋转表示系统被限制在只能绕竖直轴旋转。通俗地说，会有一定的角度转不过去。同时，它的计算量十分庞大。

而四元数就很好地解决了这个问题，也就是用四维代数解决了三维旋转的问题，这也使得四元数在航空航天中得到广泛应用。

Sam对四元数的研究让CWA世华学校STEM中心主任Chris博士都感到惊讶，Sam计算出了Chris博士在硕士阶段都没有计算出来的结果，并给了Chris博士一些关于四元数的新理解和新看法。

正是在这样不断研究、探索的过程中，Sam对STEM课程有了更加深刻的理解。

“STEM并非是单纯地告诉我们一个学科的知识，它是一个综合性的课程，引导我们解决实际应用的问题”。在Sam看来，学习STEM的过程，就是通过大量的文献搜索、调查研究以及实际操作，去解决现实问题的过程。在这一过程中掌握的搜索、探究、写作的能力，正是作为IB学生所必须具备的，并将应用于EE（Extended Essay,扩展论文）以及各门学科的IA（Internal Assessment，内部评估）写作中。

正是因为对STEM的强烈兴趣，Sam已经决定在大学中攻读物理和数学双学位。祝福他实现自己的梦想！

和Sam同级的Isabella同样对STEM课程非常感兴趣，并且也已经开展了自己的研究项目——伪彩色处理。

刚才的四元数还没有弄清楚，怎么又来了个伪彩色处理？它究竟是什么？

“我现在学习图片的伪彩色处理，比如天体本身并不是我们在图片中看见的颜色，它是经过伪彩色处理才会产生那样炫彩夺目的效果”。Isabella介绍说，NASA会使用RGB标准做伪彩色处理。

比如，说X射线传回来的图片，R代表Red红色，就会为低能量的区域上色；G就是Green绿色，它是为中能量区域上色；然后B就是Blue蓝色，它是为高能量区域上色。在学习伪彩色处理的过程中，Isabella不仅掌握了RGB标准，并且也了解了天体发展的过程。

和Sam类似，Isabella也是在学习中，不断增进了对STEM课程的体验和了解。在她看来，STEM课程远不止四个首字母所代表的四个科目，而是融合了包括心理、政治、经济等学科的内容，进而探讨实际问题的解决方法。

在Isabella看来，STEM课程的综合性和多样性很好地帮助了她进行IB选课。正如她所说，“在FP阶段学习完STEM课程后，我就知道在IB课程中所学的知识是如何在实际领域中运用，并解决实际问题的”。

两位同学都很感谢Chris博士对他们的帮助，在平时的学习和研究中，Chris博士总是会给予悉心的指导和帮助。其实，对于Chris博士来说，当他看到同学们勇于挑战、积极探究的时候，也总是十分欣喜和感动。

同学们虽然研究的项目各有不同，但都是以科技创新核心理念为指导，充分发挥自身的想象力和创造力，通过实践融合所学知识，逐步成为具有创新能力、科研能力和实践能力的IB学习者。而这样的能力和素养，不仅为下一阶段更高阶的学习打下了良好的基础，更将受益终身。