在“试错”中前行
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在“试错”中前行 发布于:2021/08/05
    在湖南省长沙县第一中学段贤清创客工作室内,一项名为“基于5G网络交通信号灯故障智能更换预警装置”的创新作品占据了“C”位。它功能多样,实用性强,可180°旋转,能应对各种交通信号灯失灵的状况,它的主人之一便是该校高二学生王子烨。
  高一报名参加了段老师的创客班后,王子烨每周都会来这里学习知识、捣鼓作品,有时甚至忙到深夜。休息之余,他也会关注其他同学的作品,看看他们有哪些新发现,并从中学到一些新东西。
  自从接触了科技创新,王子烨从以前的沉默寡言变成了现在面对镜头时的滔滔不绝,在一次次与作品的磨合中不断“试错”、不断进步,创新思维和能力逐渐得到加强。
  在创客班里寻找乐趣
  从小,王子烨就对世界充满了想象,为了满足自己的好奇心,他经常浏览科技方面的新闻,阅读科幻小说、推理类书籍,或拆开家里的物件,探索它们的内部构造。但囿于当时有限的学识,他无法完全弄明白其中的原理。
  高一时,听说数学老师段贤清的创客班正在招生,王子烨第一个报了名,并成为创客班的班长。在那里,他首次接触3D打印、开源硬件设计等内容,经历了从“开了眼界”到“云里雾里”、再到能独立完成老師布置的任务并发现其中乐趣的心路历程。
  “比如,3D打印课程对空间想象能力和创新能力的要求特别高,刚接触建模时我简直是丈二和尚摸不着头脑,但学习一段时间后发现其实并没有那么难,还挺有趣的。”
  王子烨印象最深的是一次做3D茶壶时的情景。当时,学习完相关理论知识后,段老师让他们自主打印一个葫芦形的茶壶,同时要求茶壶内部是中空的。这对于初次将创新理论用于实践的新生们来说不是一件容易的事。
  “一开始,我连葫芦的形状都做不出来,感觉特别难。后来好不容易做好了茶壶,又是实心的!在建模五六次、打印五六次、浪费不少材料后,最终还是完成了。”
  这次经历不仅让王子烨体会到了创新的艰难,激发了他超越自我的欲望,也让段老师发现了他身上的特质,即善于思考、善于钻研、善于实践。
  “每隔一段时间我都会要求学生上交创意表,进行创意分享,在这个过程中,我发现王子烨最擅长提问题。能提出问题,就表明他具有创新潜质。”段老师笑着介绍道,“‘基于5G网络交通信号灯故障智能更换预警装置’就是他在进行创意分享时提出的。”
  从交通堵塞中找到灵感
  一次放学后,爸爸开车接王子烨回家时遇上了严重堵车,原来是路口的交通信号灯出现了故障。在等待交通恢复的两个多小时内,王子烨不禁思考:如果每次交通信号灯出现故障都要造成这么长时间的堵车,那得耽误多少事?而且,交通信号灯损坏也存在安全隐患。能否找到解决这个问题的办法?
  在创客班的课堂上,王子烨向段老师提出了自己的想法。得到老师的认可后,王子烨便邀请创客班的两位伙伴一起组成了研究团队。
  王子烨先是提议大家利用休息时间去学校附近的路口实地调查,拍摄交通信号灯故障的照片,分析、总结出现故障的原因;接着设计调查问卷,收集市民关于遭遇交通信号灯故障的经历及对这一问题的看法;最后和小组成员一起统计调查问卷结果。
  调查结果显示,交通信号灯发生故障的原因大体有以下几类:长熄不亮,长亮不熄,电流、电压不稳定,被外力撞至倾斜。市民普遍认为,交通信号灯发生故障后,若得不到及时维修会对人们的出行安全造成极大威胁。
  根据调查结果,结合学过的机械、编程方面的知识,王子烨提出:能否通过编程以及一些硬件设计一种装置,以实现自动更换出现故障的交通信号灯,达到临时指挥交通的目的?
  说起来容易做起来难。“编程对逻辑的要求特别严格,稍不留神就会出错。比如在确定交通信号灯多级旋转角度时,需要不断对其进行调试,才能使其达到理想的状态,不然就会出现卡顿或无效的情况。”王子烨介绍,光是这一步的程序设计他就修改了十多次,最后经过二十多次的测试,得出了理想的旋转角度是88°~91°。
  作品制作过程中,由于经验不足,自费买回来的零件要么舵机的力度与设计的力度不匹配,要么主板与其他元器件不兼容,导致舵机、主板接连被烧坏。为此虽然浪费了不少“财力”,但因为热爱,加上是第一次制作创新作品,大家都毫无怨言。
  最终,“基于5G网络交通信号灯故障智能更换预警装置”达到了预期的目标:当交通信号灯出现异常时,程序自动开启,控制装置底盘舵机、灯板伸缩舵机旋转一定角度,通过舵机、滑块轨道以及连杆装置协同控制,自动更换主灯和备用灯;当装置发生倾斜时,倾斜水银开关组控制电流方向,位于交通信号灯顶部或底部的备用红、绿双色灯亮起;当倾斜度大于预设值时,正面的三个信号灯熄灭,只有顶部或底部的红、绿双色灯亮起。这样无论在什么时候、处于怎样的角度,交通信号灯都能正常工作。
  在媒体关注下收获成长
  王子烨带着作品先后参加了第37届长沙市青少年科技创新大赛、燎原计划——2020年第一届青少年学科创造教育在线创新思维展示活动等比赛,都获得了一等奖的好成绩,其优异的表现也引来各大电视台、微视频平台、网络媒体等纷纷采访。
  通过与不同的人交流、向媒体介绍自己的作品,王子烨变得阳光、开朗了许多。当和父母一起围坐在桌前,看着电视中落落大方的自己时,他的内心充满自豪感。创客班里跟他同一年级的同学们大多因为种种原因而选择中途放弃,只有他及少部分人坚持了下来,而时光也没有辜负这群坚持梦想的人。
  回想起在创客工作室学习的时光,虽然走了很多弯路,但王子烨从不后悔:“正如段老师所说,只有经历了‘试错’的过程,才能更好地进步。通过购买国内外不同型号的同类产品,我也发现其中的差距,由此激发了我树立‘创新报国’的志向。”
  对于未来,王子烨并没有具体的规划,“可能会从事与人工智能相关的工作”,但有一点他一直确信,那就是这段科技创新的经历对他的人生产生了积极的影响,他会因此在追寻梦想的道路上走得更稳、飞得更远。作者:田春忆 秦银银 来源:发明与创新·中学生
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