武漢黃陂一中學(xué)生利用實驗創(chuàng)新裝置開展單擺實驗。皮教發(fā)攝
10月24日，湖北武漢黃陂一中內(nèi)，一張《國家版權(quán)局計算機軟件著作權(quán)登記證書》被展示。該《登記證書》寫明，“一款基于手機距離傳感器的重力加速度測量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》旁是歷時4年，三次修改成型的物理實驗裝置，它能較為精準地完成高中物理課本中“利用單擺測量重力加速度”的實驗。
在高中物理課本中，實驗“利用單擺測量重力加速度”一直是由懸線、小球和秒表等基礎(chǔ)實驗裝置完成。由于器材相對簡單，實驗中多個步驟需要依靠人眼觀察，受限于實驗課程時長和操作誤差，即使學(xué)生認真完成，依然讓實驗結(jié)果和真實數(shù)據(jù)有較大誤差。
武漢黃陂一中學(xué)生利用實驗創(chuàng)新裝置開展單擺實驗。皮教發(fā)攝
“2021年，學(xué)生利用一節(jié)課完成了單擺實驗，認真測量后效果依然不佳，于是有孩子抱怨，這實驗做下來沒有收獲，浪費時間，還不如直接記憶公式。”學(xué)生一句無心之言，引起了姜付錦的注意，他把孩子們的意見同徐凱、李弼等人交流，決心改進實驗裝置。
“高中物理是一門實驗學(xué)科，實驗做不出來，影響的是學(xué)生對科學(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)手段讓實驗更簡單。“當時我們就向?qū)W生承諾，會努力做出一件實驗裝置，讓實驗測量更精準。”
于是，姜付錦等就開始研究單擺實驗裝置。“我們想了很多辦法，怎么更精準測量。”第一代儀器應(yīng)用到了手機的光電感應(yīng)和計時計數(shù)裝置，同時編程依據(jù)實驗結(jié)果計算出重力加速度。這個版本解決了人眼觀察小球擺動的誤差，但學(xué)生在使用過程中依然存在需要手動測單擺擺長，所測數(shù)值精準度有限的問題。第二代儀器，3名老師引入超聲波測距儀測量擺長，直接合成到程序中，這樣不用動手，只需要單擺擺動起來，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)，測試數(shù)據(jù)時超聲波測距儀不夠穩(wěn)定，且測量擺長時誤差較大。
武漢黃陂一中學(xué)生利用實驗創(chuàng)新裝置開展單擺實驗。皮教發(fā)攝
兩次不成熟的實驗裝置設(shè)計沒有讓三名教師設(shè)計的想法消退。“畢竟一次比一次進步。”3名老師在第三代儀器中啟用了激光測距，對于無法購買的儀器，3名教師自己設(shè)計圖紙送到工廠加工。目前第三代儀器的靈敏度高，操作簡便，數(shù)據(jù)穩(wěn)定且與實際符合度高。
2024年5月，第三代測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)計初衷和相關(guān)器材。Uno主控板、紅外避障儀、Mind+編寫程序等一系列現(xiàn)代實驗儀器被學(xué)生們所熟知。孩子們能更多接觸到現(xiàn)代化實驗設(shè)備，將其運用在學(xué)校的科技創(chuàng)新社團中、日常的科技實驗里。
日前，單擺實驗裝置經(jīng)審核被授予《國家版權(quán)局計算機軟件著作權(quán)登記證書》。據(jù)了解，黃陂一中還有《高中物理知識圖譜與教學(xué)輔助軟件V1.0》獲得《國家版權(quán)局計算機軟件著作權(quán)登記證書》，還有2項科技創(chuàng)新實驗裝置正在申請專利或著作權(quán)。
近年來，黃陂一中把科創(chuàng)融入校園各項教育活動中。邀請包括中國科學(xué)院精密測量院研究員，全國百優(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)工作者開展科學(xué)創(chuàng)新講座，同時聯(lián)合校友會，讓木蘭學(xué)子前往粵港澳大灣區(qū)參觀港珠澳大橋等國之重器。