小小创客 缓缓蜕变
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小小创客 缓缓蜕变 发布于:2021/03/20
    作为目前国务院批准建设的唯一国家传感网创新示范区,江苏省无锡市积极利用自身优势,推进物联网技术教育应用,特别是连续多年成功举办世界物联网博览会,让众多学校创客教育成果获得广泛关注。无锡市侨谊实验中学“IOT创客工坊”(以下简称IOT)以此为契机,推动学校教育变革,短短几年,就成为学校的王牌社团。
  初三学生郭嘉濠是IOT的一名成员,加入社团仅仅两年多的时间就取得了不俗的成绩。其中,他设计的“冰球记分系统”获第十七届全国中小学信息技术创新与实践大赛一等奖。从进校时对编程知之甚少的“小白”到能熟练编程的创客,郭嘉濠一直在努力。
  初识物联网
  自学DBS语言后自制代码、在同学群里刷代码刷到被禁言,翻看姐姐的高中信息技术课本后自制网页被点赞,设计调查问卷、将班级好玩的事情上传到自制网站上……与很多同龄人不一样的是,郭嘉濠的业余时间被代码充斥着。
  “科技创新意味着什么?物联网又是什么?在上初中之前,我对它们一无所知。”上初中后,在学校社团招新现场,IOT“致力于科技创新”的标语吸引了郭嘉濠的目光,他毫不犹豫地加入其中。社团课堂上有老师妙语连珠的讲解,课堂外有丰富的实践活动,这些都带领郭嘉濠慢慢走进了物联网的世界。
  在一次实践活动中,郭嘉濠和社员们来到巡塘古镇。别小看这个古镇,它可到处都有物联网的痕迹!“物联网土壤监测器”“物联网气象站”“物联网水质监测器”“物联网垃圾桶”“物联网路灯”……物联网技术与古镇的完美融合让郭嘉濠沉醉其中,也心生向往。
  一次课堂上,老师要求每个小组为无人超市的某个部分赋予物联网功能。IOT成员们被分成多个小组,小组成员根据自己的特长承担不同的职责,郭嘉濠在小组中是“程序设计师”。他和组员们“盯上了”自动门。
  “一般无人超市安装的都是普通的自动门,小偷最容易在人们进门的瞬间‘得手’,如果在进门时能提醒人们,就能避免被偷。”郭嘉濠决定专注于为自动门赋予防止人跟功能。
  然而,初次尝试系统编程的郭嘉濠只会用语音播报、称重以及红外对射模块,对循光、循迹模块却一知半解。这让想要一展拳脚的他有些无所适从:不了解搭建模型的材料,图形化编程运用不熟练,小组成员之间不熟悉……
  虽然过程很艰难,但最终搭建的无人超市模型实现了当初设计的功能:只要有人跟随在另一个人的后面企图同时进门,自动门就会发出报警声,起到提示作用。
  献礼冬奥会
  学习编程及物联网的相关知识一段时间后,在科技辅导老师杨贤的鼓励下,郭嘉濠决定参加以“科技冬奥会”为主题的第十七届全国中小学信息技术创新与实践大赛。冬奥会那么多项目,如何选取合适的切入点?他有些苦恼。
  一次,郭嘉濠在家观看冰球比赛时发现冰球的速度很快,裁判想要判断冰球是否进网就必须时刻保持高度的专注力。他灵光一闪:何不做一个冰球记分系统以减轻裁判的压力?
  要做好冰球记分系统,首先要解决的是编程问题。“我使用的是图形化编程,很好上手。”这一次,郭嘉濠信心满满。但在制作过程中他发现,程序导入、运行需要时间,找到问题更需要时间,常常因为一个问题,他不得不把所有程序从头到尾翻看多遍,非常麻烦。
  其次就是设计模型。这对于习惯在键盘上操作的郭嘉濠来说是个挑战。“我的手不灵活,有时拿剪刀剪东西,剪着剪着就歪了,但为了做好模型,我不得不‘拼’了。”下定决心的郭嘉濠又遇到了一个问题:如何选取合适的材料?普通材料要么太软,支撑力不够;要么太硬,不便切割。怎么办?
  除了询问老师和父母,郭嘉濠还来到学校的科技活动室寻找灵感。当看到师兄制作的“医院呼叫系统”中用到的一种智能太阳板,他眼前一亮:就是它了。购买相关材料后,他开始画设计图,制作、组装零部件,连接器材……属于他的真正意义上的第一个创新作品“冰球记分系统”很快就出炉了。然而,由于编写的程序不长,且外观笨重,所以该系统的初次测试效果并不理想。
  郭嘉濠没有灰心,他在杨老师的指导下对“冰球记分系统”进行了升级:用称重模块感应冰球是否到达网内,从而确定记分;用OLED显示屏显示分数,并能在大比分与小比分之间来回跳转,以便更清晰地显示分数;加装语音模块,进球时能播报分数,让观众在看球的同时知晓场上的比分情况。这一次,不仅原来短短的代码变成一长串,笨重的模型也变得轻巧。
  “‘冰球记分系统’虽然看上去很简单,但要考虑的东西很多。郭嘉濠的思维很缜密,也很有耐心。”杨老师表示,“冰球记分系统”能在第十七届全国中小学信息技术创新与实践大赛获得一等奖,她一点都不意外。
  创客初长成
  随着知识和经验的不断积累,郭嘉濠也注重将物联网的相关知识应用到学习中。
  一次,杨老师在讲解完密度计的原理之后,让IOT成员们用吸管等材料自制密度计。大家都做出了成品,但测试几次之后发现,最终的密度还需用公式计算得出,不仅费时,还很容易出错。
  郭嘉濠另辟蹊径,想通过编程让电脑代替人脑计算,做一个电子密度计:先用压力计测一个参照物浸没在液体中所受的浮力,再除以體积与常数g的乘积,就可以得到液体的密度。然而,由于参照物的体积未知,用排水法固然能测出体积,但实验室的量杯分度值是5毫升,这样就会导致测不精准。怎么办?用所测纯净水的浮力除以水的密度与常数g的乘积,不就可以推算出参照物的体积了吗?按照设想,郭嘉濠将阿基米德原理编入程序,在最后测试时,测出的密度非常精准。
  “郭嘉濠擅长将复杂的东西简单化,他做的电子密度计与网上售价两千多的电子密度计功能差不多。”不仅仅是杨老师,学校物理老师试用了郭嘉濠做的电子密度计后,也连连称赞。
  短短两年间,郭嘉濠从一个腼腆的小男孩成长为思维活跃、在比赛现场头头是道的少年,“当发现自己爱上科技创新,并将遇到问题就去探究变成自己的习惯,就离成功不远了。这也是我一直想养成的习惯。”爱上科技创新的他不仅收获了荣誉,更是完成了自己的蜕变。作者:秦银银  来源:发明与创新·中学生
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