搭一座连接理想与现实的桥

作者: 石纪珍

2016年,湖南省隆回县第一中学王璇和刘安根两位学生的作品获得湖南省青少年科技创新大赛一等奖,这是隆回一中连续第三年有学生获此殊荣。在十年前,这几乎是不敢想象的。

短短几年时间里,这所地处国家级贫困县的中学是如何将青少年科技创新发展起来的?我们带着这个疑问,走进了隆回一中。

从零开始的机器人教育

十年前,陈惟凡走进湖南省隆回县一中的校门,接过了校长的重担,开始为如何做好学校的特色教育苦恼。他将目光放在了青少年科技创新上。在他的要求下,学校成立了机器人活动室,购置相关设备,并多次派范明和刘剑蓉等辅导老师参加机器人教练培训。在选择部分有基础的学生参加机器人活动小组的同时,学校还开设选修课《机器人》,将机器人教育推向全体学生。

功夫不负有心人,2013年,学校在第十四届全国中小学生电脑制作活动上,夺得机器足球项目高中组的冠军。从2008年涉足机器人教育,学校从零开始,历时六年,终于取得突破性成绩。2016年,学校在湖南省中小学生电脑制作机器人竞赛中也获得了包括两个一等奖在内的多个奖项。

贴近生活的调查实践活动

科学,从来不是关起门来就能学好的,因此学校重视引导学生走出校园,到校外去参加实践活动。

作为家畜、家禽养殖大县,隆回县每年生猪出栏和存栏量都在30万头以上,家禽出栏150万只以上,所产生的大量禽畜粪便和污水多数未经处理就直接排放,造成环境污染。隆回一中的学生在了解到这个情况后,组成17人的环保兴趣活动小组,在老师的指导下,实地走访隆回县桃洪镇、金石桥镇和山界回族乡的五个禽畜养殖场所,了解污染物的处理情况。针对调查中发现的问题,他们提出了建设沼气设施、分类回田等7个对策。这个贴近生活的调查活动,获得了湖南省青少年科技创新大赛二等奖。

项目指导老师周后普说,这样的科技创新实践活动,让学生们学到了大量知识,也培养了他们关注社会、关注自然和保护环境的意识。

全员参与,大浪淘沙

无论是机器人教育还是调查实践活动,都需要学生的积极参与,在当时大多数学生看来,考上个好大学是走出这个国家级贫困县的唯一出路。为了让学生从应试课本中走出来,隆回一中采取了全员参与、大浪淘沙的科普教育模式。

每年1月,学校会组织全体高一学生参加科技知识讲座,并要求在完成高二学业以前,每人必须完成一个科技创新作品或参加一次科技实践活动,同时要有书面材料,按全国青少年科技创新大赛要求完成。

周后普老师(左一)与远航队队员

全员参与之下,每年都会有许多好创意涌现。2016年,由队长曹延坤及队员刘苏睿、欧阳科、彭志安、罗哲、阳振、周荣归组成的隆回一中远航队完成的“控制类无碳小车”项目,获得2016年国际青少年创新设计大赛中国区二等奖。获得2016年湖南省青少年科技创新大赛一等奖的刘安根和王璇两位同学参加的均为创意设计类项目,这个更注重创意点子的项目只需要在理论上是可实施的,因此想象力非常重要。

在陈惟凡校长看来,这些科技创新成果都是次要的,更重要的是,科普教育为这里的学子搭起了一座连接理想与现实的桥梁。

王璇同学和刘安根同学

校长寄语

作为人生成长重要阶段的高中时期,如何培养学生的创新意识和创新能力,一直是我们学校工作的重点。学校开设科技创新选修课程,组建“基于兴趣项目学习”的科技创新社团,为学生提供科技创新成长平台;组织学生参加北京大学、清华大学等高校夏令营,帮助学生变兴趣为志趣;鼓励、支持学生参加科技创新大赛,为学生搭建多层次展示平台。

——陈惟凡

学生作品展示

具有检测PM2.5和净化空气功能的透光窗户

湖南省隆回县第一中学王璇

一、研究背景

随着生活水平的不断提高,人们对健康的重视程度也日渐增强,保持室内空气清新成为人们达成共识的生活习惯。可是,现代工业的发展和自然环境的变化,空气质量时有恶化,北京、上海等大城市时有雾霾天气出现,恶劣天气时间一长,室内空气必定受影响。窗户是室内外空气交流的必经通道,发明能净化雾霾空气的窗户意义非凡。

二、研究和实验

负离子发生器、雨滴传感器、雾霾传感器、继电器、活动装置、铝合金窗。通过上网查资料和翻阅书籍,我认真了解了PM2.5检测仪、聚氯乙烯(PVC)等许多电子器件和材料。

1.模拟实验

我最开始思考过用空气净化滤片代替玻璃,但我随即发现目前的空气净化滤片普遍无透明性,而且需要借助外力才能净化空气。偶然间,我看到了负离子发生器这一产品,仔细琢磨后,我想到了用透气透明材料替代玻璃,然后在窗户靠室内一侧安装一个负离子发生器,通过继电器和雾霾传感器控制。研究过程中,我确定了两个模拟实验,对该项目进行性能研究。

模拟实验一:负离子发生器对空气的净化作用实验

取一装满烟雾的塑料瓶,打开瓶盖,将已接通电源的负离子发生器的发射端朝向瓶内。1分30秒过后,烟雾基本被除尽。

负离子发生器净化空气实验演示图

实验表明,负离子发生器的确有净化空气的功能。

模拟实验二:PVC板的透明、透光和防雨性能检测实验

取一片PVC板置于书本上,发现书上的字清晰可见。将PVC板立放,在其一侧用喷壶喷水,发现另一侧无水渗出。实验表明,PVC板确有透明、透光和防雨性。

2.具有检测PM2.5和净化空气功能的透光窗户装置设计

该项目演示模型的主体结构是一扇由铝合金制成的30厘米×50厘米窗户,在窗户外部装了一个类似平开窗的活动装置,并放置了雨滴传感器和雾霾传感器。当有雨滴滴落在雨滴传感器上时,传感器会通过继电器驱动活动装置运作,将其所载的PVC材料放下,雨停后便收起。这样,就做到了既防雨又透光、透明。

当雾霾传感器感应到室外空气质量不达标时,便会通过继电器启动负离子发生器,除去空气中的污染物质,改善空气质量。相较于普通窗户,该项目用通风透气的材料代替了玻璃,使室内空气更新鲜,且不用担心雨水和雾霾对室内物品及人的影响。如果担心遇到恶劣雾霾天气,负离子发生器的功率不足以净化空气,那么放置在窗外的另一个超高浓度雾霾传感器就会驱动活动装置放下PVC板,给窗子穿上一层保护衣,防止室内空气受超强雾霾天气的影响。

三、可行性分析

我用Arduino软件编好程序,使其能够驱动我的项目,并实现功能。

雨滴传感器实验:用滴管取少量清水(代替雨滴),滴在雨滴传感器模块上,发现其正常驱动活动装置运作。

PM2.5检测仪测试实验:在PM2.5检测仪旁点燃纸片,释放出烟雾,发现PM2.5检测仪监测的数据由35~43上升到了175~190;拿开纸片后,数据下降到了46~55。

雾霾传感器测试实验:在雾霾传感器旁点燃纸片,发现其正常驱动负离子发生器运作。

四、项目的创新和主要贡献

该项目改善了普通玻璃窗的许多缺点,比如,一旦窗子未关,室外的雨水或雾霾便会对室内的物品或空气质量造成影响;普通窗户没有净化气体的功能,而该窗在空气质量不达标的情况下会自动启动负离子发生器,改善空气质量;普通窗户一关就阻止了大气流通,而这款窗户用透气材料代替玻璃,使窗户既能通风,同时又能保证室内空气质量;安装在窗户上的PM2.5检测仪能方便人们了解窗外实时的PM2.5,方便人们选择出行与否或出行是否需要戴口罩。

五、研究体会

一分耕耘一分收获。这次的科技创新活动,让我明白了把想法变成现实需要坚定的信念、不怕吃苦的精神和充足的知识储备。感谢老师和父母在这次创新活动中对我的支持和帮助,让我完成了人生中第一篇创新论文。

(本文为2016年湖南省科技创新大赛一等奖获奖作品,原文有删节。)

(指导老师/周后普 周后坤)