在“試錯(cuò)”中前行
——訪湖南省長(zhǎng)沙縣第一中學(xué)王子燁

◆本刊記者 田春憶 秦銀銀

在湖南省長(zhǎng)沙縣第一中學(xué)段賢清創(chuàng)客工作室內(nèi)，一項(xiàng)名為“基于5G網(wǎng)絡(luò)交通信號(hào)燈故障智能更換預(yù)警裝置”的創(chuàng)新作品占據(jù)了“C”位。它功能多樣，實(shí)用性強(qiáng)，可180°旋轉(zhuǎn)，能應(yīng)對(duì)各種交通信號(hào)燈失靈的狀況，它的主人之一便是該校高二學(xué)生王子燁。

高一報(bào)名參加了段老師的創(chuàng)客班后，王子燁每周都會(huì)來(lái)這里學(xué)習(xí)知識(shí)、搗鼓作品，有時(shí)甚至忙到深夜。休息之余，他也會(huì)關(guān)注其他同學(xué)的作品，看看他們有哪些新發(fā)現(xiàn)，并從中學(xué)到一些新東西。

自從接觸了科技創(chuàng)新，王子燁從以前的沉默寡言變成了現(xiàn)在面對(duì)鏡頭時(shí)的滔滔不絕，在一次次與作品的磨合中不斷“試錯(cuò)”、不斷進(jìn)步，創(chuàng)新思維和能力逐漸得到加強(qiáng)。

在創(chuàng)客班里尋找樂(lè)趣

從小，王子燁就對(duì)世界充滿了想象，為了滿足自己的好奇心，他經(jīng)常瀏覽科技方面的新聞，閱讀科幻小說(shuō)、推理類書(shū)籍，或拆開(kāi)家里的物件，探索它們的內(nèi)部構(gòu)造。但囿于當(dāng)時(shí)有限的學(xué)識(shí)，他無(wú)法完全弄明白其中的原理。

高一時(shí)，聽(tīng)說(shuō)數(shù)學(xué)老師段賢清的創(chuàng)客班正在招生，王子燁第一個(gè)報(bào)了名，并成為創(chuàng)客班的班長(zhǎng)。在那里，他首次接觸3D打印、開(kāi)源硬件設(shè)計(jì)等內(nèi)容，經(jīng)歷了從“開(kāi)了眼界”到“云里霧里”、再到能獨(dú)立完成老師布置的任務(wù)并發(fā)現(xiàn)其中樂(lè)趣的心路歷程。

“比如，3D打印課程對(duì)空間想象能力和創(chuàng)新能力的要求特別高，剛接觸建模時(shí)我簡(jiǎn)直是丈二和尚摸不著頭腦，但學(xué)習(xí)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)其實(shí)并沒(méi)有那么難，還挺有趣的?！?/p>

王子燁印象最深的是一次做3D茶壺時(shí)的情景。當(dāng)時(shí)，學(xué)習(xí)完相關(guān)理論知識(shí)后，段老師讓他們自主打印一個(gè)葫蘆形的茶壺，同時(shí)要求茶壺內(nèi)部是中空的。這對(duì)于初次將創(chuàng)新理論用于實(shí)踐的新生們來(lái)說(shuō)不是一件容易的事。

“一開(kāi)始，我連葫蘆的形狀都做不出來(lái)，感覺(jué)特別難。后來(lái)好不容易做好了茶壺，又是實(shí)心的！在建模五六次、打印五六次、浪費(fèi)不少材料后，最終還是完成了?！?/p>

這次經(jīng)歷不僅讓王子燁體會(huì)到了創(chuàng)新的艱難，激發(fā)了他超越自我的欲望，也讓段老師發(fā)現(xiàn)了他身上的特質(zhì)，即善于思考、善于鉆研、善于實(shí)踐。

“每隔一段時(shí)間我都會(huì)要求學(xué)生上交創(chuàng)意表,進(jìn)行創(chuàng)意分享，在這個(gè)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)王子燁最擅長(zhǎng)提問(wèn)題。能提出問(wèn)題，就表明他具有創(chuàng)新潛質(zhì)。”段老師笑著介紹道，“‘基于5G網(wǎng)絡(luò)交通信號(hào)燈故障智能更換預(yù)警裝置’就是他在進(jìn)行創(chuàng)意分享時(shí)提出的?！?/p>

從交通堵塞中找到靈感

一次放學(xué)后，爸爸開(kāi)車接王子燁回家時(shí)遇上了嚴(yán)重堵車，原來(lái)是路口的交通信號(hào)燈出現(xiàn)了故障。在等待交通恢復(fù)的兩個(gè)多小時(shí)內(nèi)，王子燁不禁思考：如果每次交通信號(hào)燈出現(xiàn)故障都要造成這么長(zhǎng)時(shí)間的堵車，那得耽誤多少事？而且，交通信號(hào)燈損壞也存在安全隱患。能否找到解決這個(gè)問(wèn)題的辦法？

在創(chuàng)客班的課堂上，王子燁向段老師提出了自己的想法。得到老師的認(rèn)可后，王子燁便邀請(qǐng)創(chuàng)客班的兩位伙伴一起組成了研究團(tuán)隊(duì)。

王子燁先是提議大家利用休息時(shí)間去學(xué)校附近的路口實(shí)地調(diào)查，拍攝交通信號(hào)燈故障的照片，分析、總結(jié)出現(xiàn)故障的原因；接著設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，收集市民關(guān)于遭遇交通信號(hào)燈故障的經(jīng)歷及對(duì)這一問(wèn)題的看法；最后和小組成員一起統(tǒng)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果。

調(diào)查結(jié)果顯示，交通信號(hào)燈發(fā)生故障的原因大體有以下幾類：長(zhǎng)熄不亮，長(zhǎng)亮不熄，電流、電壓不穩(wěn)定，被外力撞至傾斜。市民普遍認(rèn)為，交通信號(hào)燈發(fā)生故障后，若得不到及時(shí)維修會(huì)對(duì)人們的出行安全造成極大威脅。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，結(jié)合學(xué)過(guò)的機(jī)械、編程方面的知識(shí)，王子燁提出：能否通過(guò)編程以及一些硬件設(shè)計(jì)一種裝置，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換出現(xiàn)故障的交通信號(hào)燈，達(dá)到臨時(shí)指揮交通的目的？

說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難?！熬幊虒?duì)邏輯的要求特別嚴(yán)格，稍不留神就會(huì)出錯(cuò)。比如在確定交通信號(hào)燈多級(jí)旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，需要不斷對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，才能使其達(dá)到理想的狀態(tài)，不然就會(huì)出現(xiàn)卡頓或無(wú)效的情況?！蓖踝訜罱榻B，光是這一步的程序設(shè)計(jì)他就修改了十多次，最后經(jīng)過(guò)二十多次的測(cè)試，得出了理想的旋轉(zhuǎn)角度是88°～91°。

圖2 王子燁在段賢清老師的指導(dǎo)下改進(jìn)作品

作品制作過(guò)程中，由于經(jīng)驗(yàn)不足，自費(fèi)買回來(lái)的零件要么舵機(jī)的力度與設(shè)計(jì)的力度不匹配，要么主板與其他元器件不兼容，導(dǎo)致舵機(jī)、主板接連被燒壞。為此雖然浪費(fèi)了不少“財(cái)力”，但因?yàn)闊釔?ài)，加上是第一次制作創(chuàng)新作品，大家都毫無(wú)怨言。

最終，“基于5G網(wǎng)絡(luò)交通信號(hào)燈故障智能更換預(yù)警裝置”達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)：當(dāng)交通信號(hào)燈出現(xiàn)異常時(shí)，程序自動(dòng)開(kāi)啟，控制裝置底盤舵機(jī)、燈板伸縮舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度，通過(guò)舵機(jī)、滑塊軌道以及連桿裝置協(xié)同控制，自動(dòng)更換主燈和備用燈；當(dāng)裝置發(fā)生傾斜時(shí)，傾斜水銀開(kāi)關(guān)組控制電流方向，位于交通信號(hào)燈頂部或底部的備用紅、綠雙色燈亮起；當(dāng)傾斜度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，正面的三個(gè)信號(hào)燈熄滅，只有頂部或底部的紅、綠雙色燈亮起。這樣無(wú)論在什么時(shí)候、處于怎樣的角度，交通信號(hào)燈都能正常工作。

圖3 王子燁向記者演示作品

在媒體關(guān)注下收獲成長(zhǎng)

王子燁帶著作品先后參加了第37屆長(zhǎng)沙市青少年科技創(chuàng)新大賽、燎原計(jì)劃——2020年第一屆青少年學(xué)科創(chuàng)造教育在線創(chuàng)新思維展示活動(dòng)等比賽，都獲得了一等獎(jiǎng)的好成績(jī)，其優(yōu)異的表現(xiàn)也引來(lái)各大電視臺(tái)、微視頻平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)媒體等紛紛采訪。

通過(guò)與不同的人交流、向媒體介紹自己的作品，王子燁變得陽(yáng)光、開(kāi)朗了許多。當(dāng)和父母一起圍坐在桌前，看著電視中落落大方的自己時(shí)，他的內(nèi)心充滿自豪感。創(chuàng)客班里跟他同一年級(jí)的同學(xué)們大多因?yàn)榉N種原因而選擇中途放棄，只有他及少部分人堅(jiān)持了下來(lái)，而時(shí)光也沒(méi)有辜負(fù)這群堅(jiān)持夢(mèng)想的人。

回想起在創(chuàng)客工作室學(xué)習(xí)的時(shí)光，雖然走了很多彎路，但王子燁從不后悔：“正如段老師所說(shuō)，只有經(jīng)歷了‘試錯(cuò)’的過(guò)程，才能更好地進(jìn)步。通過(guò)購(gòu)買國(guó)內(nèi)外不同型號(hào)的同類產(chǎn)品，我也發(fā)現(xiàn)其中的差距，由此激發(fā)了我樹(shù)立‘創(chuàng)新報(bào)國(guó)’的志向?！?/p>

對(duì)于未來(lái)，王子燁并沒(méi)有具體的規(guī)劃，“可能會(huì)從事與人工智能相關(guān)的工作”，但有一點(diǎn)他一直確信，那就是這段科技創(chuàng)新的經(jīng)歷對(duì)他的人生產(chǎn)生了積極的影響，他會(huì)因此在追尋夢(mèng)想的道路上走得更穩(wěn)、飛得更遠(yuǎn)。

圖4 王子燁（右）與段賢清老師接受媒體采訪時(shí)的視頻截圖