武漢黃陂一中學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置開(kāi)展單擺實(shí)驗(yàn)。皮教發(fā)攝
10月24日，湖北武漢黃陂一中內(nèi)，一張《國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書(shū)》被展示。該《登記證書(shū)》寫(xiě)明，“一款基于手機(jī)距離傳感器的重力加速度測(cè)量APPV1.0”的著作權(quán)人是黃陂一中物理教師姜付錦、李弼和漢口北高中物理教師徐凱?！兜怯涀C書(shū)》旁是歷時(shí)4年，三次修改成型的物理實(shí)驗(yàn)裝置，它能較為精準(zhǔn)地完成高中物理課本中“利用單擺測(cè)量重力加速度”的實(shí)驗(yàn)。
在高中物理課本中，實(shí)驗(yàn)“利用單擺測(cè)量重力加速度”一直是由懸線(xiàn)、小球和秒表等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置完成。由于器材相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)中多個(gè)步驟需要依靠人眼觀(guān)察，受限于實(shí)驗(yàn)課程時(shí)長(zhǎng)和操作誤差，即使學(xué)生認(rèn)真完成，依然讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果和真實(shí)數(shù)據(jù)有較大誤差。
武漢黃陂一中學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置開(kāi)展單擺實(shí)驗(yàn)。皮教發(fā)攝
“2021年，學(xué)生利用一節(jié)課完成了單擺實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真測(cè)量后效果依然不佳，于是有孩子抱怨，這實(shí)驗(yàn)做下來(lái)沒(méi)有收獲，浪費(fèi)時(shí)間，還不如直接記憶公式。”學(xué)生一句無(wú)心之言，引起了姜付錦的注意，他把孩子們的意見(jiàn)同徐凱、李弼等人交流，決心改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。
“高中物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)做不出來(lái)，影響的是學(xué)生對(duì)科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新的熱情。”一句怨言，讓三名老師決心，找到合適的方法，利用現(xiàn)代的技術(shù)手段讓實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)單。“當(dāng)時(shí)我們就向?qū)W生承諾，會(huì)努力做出一件實(shí)驗(yàn)裝置，讓實(shí)驗(yàn)測(cè)量更精準(zhǔn)。”
于是，姜付錦等就開(kāi)始研究單擺實(shí)驗(yàn)裝置。“我們想了很多辦法，怎么更精準(zhǔn)測(cè)量。”第一代儀器應(yīng)用到了手機(jī)的光電感應(yīng)和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)裝置，同時(shí)編程依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出重力加速度。這個(gè)版本解決了人眼觀(guān)察小球擺動(dòng)的誤差，但學(xué)生在使用過(guò)程中依然存在需要手動(dòng)測(cè)單擺擺長(zhǎng)，所測(cè)數(shù)值精準(zhǔn)度有限的問(wèn)題。第二代儀器，3名老師引入超聲波測(cè)距儀測(cè)量擺長(zhǎng)，直接合成到程序中，這樣不用動(dòng)手，只需要單擺擺動(dòng)起來(lái)，就能在顯示屏上得到重力加速度的數(shù)值。但是學(xué)生發(fā)現(xiàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)超聲波測(cè)距儀不夠穩(wěn)定，且測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí)誤差較大。
武漢黃陂一中學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置開(kāi)展單擺實(shí)驗(yàn)。皮教發(fā)攝
兩次不成熟的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)沒(méi)有讓三名教師設(shè)計(jì)的想法消退。“畢竟一次比一次進(jìn)步。”3名老師在第三代儀器中啟用了激光測(cè)距，對(duì)于無(wú)法購(gòu)買(mǎi)的儀器，3名教師自己設(shè)計(jì)圖紙送到工廠(chǎng)加工。目前第三代儀器的靈敏度高，操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)穩(wěn)定且與實(shí)際符合度高。
2024年5月，第三代測(cè)距儀在多所高中的教學(xué)中投入使用，講授中，姜付錦等向?qū)W生講解自創(chuàng)儀器的設(shè)計(jì)初衷和相關(guān)器材。Uno主控板、紅外避障儀、Mind+編寫(xiě)程序等一系列現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)儀器被學(xué)生們所熟知。孩子們能更多接觸到現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，將其運(yùn)用在學(xué)校的科技創(chuàng)新社團(tuán)中、日常的科技實(shí)驗(yàn)里。
日前，單擺實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)審核被授予《國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書(shū)》。據(jù)了解，黃陂一中還有《高中物理知識(shí)圖譜與教學(xué)輔助軟件V1.0》獲得《國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書(shū)》，還有2項(xiàng)科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置正在申請(qǐng)專(zhuān)利或著作權(quán)。
近年來(lái)，黃陂一中把科創(chuàng)融入校園各項(xiàng)教育活動(dòng)中。邀請(qǐng)包括中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量院研究員，全國(guó)百優(yōu)科普作品獲得者馮芒在內(nèi)的12名研究員、高校教授等科學(xué)工作者開(kāi)展科學(xué)創(chuàng)新講座，同時(shí)聯(lián)合校友會(huì)，讓木蘭學(xué)子前往粵港澳大灣區(qū)參觀(guān)港珠澳大橋等國(guó)之重器。