展科學(xué)之翼，為夢(mèng)想起航

隨著國家越來越重視科技發(fā)展，對(duì)中小學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新教育也顯得更加重要。春暖花開的三月，第37屆北京青少年科技創(chuàng)新大賽在中國科學(xué)院大學(xué)雁棲湖校區(qū)舉行。大賽以“發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新責(zé)任”為主題，得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

《知識(shí)就是力量》雜志是中小學(xué)生的科普悅讀庫，一直關(guān)注青少年的學(xué)習(xí)和發(fā)展。為了激勵(lì)青少年的創(chuàng)新學(xué)習(xí)意識(shí)，《知識(shí)就是力量》在本屆北京青少年科技創(chuàng)新大賽上繼續(xù)設(shè)立“知力專項(xiàng)獎(jiǎng)”，以作為對(duì)優(yōu)秀青少年團(tuán)隊(duì)的獎(jiǎng)勵(lì)。本文中，知力記者將帶你走進(jìn)中國科學(xué)院大學(xué)，看看都有哪些參賽學(xué)校獲得了此項(xiàng)殊榮！

3月25日，第37屆北京青少年科技創(chuàng)新大賽專項(xiàng)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮成功舉行。其中，“知力專項(xiàng)獎(jiǎng)”的桂冠被四所學(xué)校摘得，他們分別是獲得“知力創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)”的北京市第四中學(xué)和北京市第一七一中學(xué)，以及獲得“知力傳播團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)”的北京市昌平區(qū)二中和北京市牛欄山一中實(shí)驗(yàn)學(xué)校。知力記者在大賽上探訪了這些學(xué)校的同學(xué)們。下面，就讓我們看看這些獲獎(jiǎng)學(xué)校都為大家?guī)砹四男@艷的項(xiàng)目吧！

北京市第四中學(xué)：

在學(xué)習(xí)中探索創(chuàng)新

創(chuàng)建于1907年的北京市第四中學(xué)，是北京市首批示范性普通高中，也是全國中小學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)實(shí)驗(yàn)學(xué)校。在本屆北京青少年科技創(chuàng)新大賽上，北京市第四中學(xué)共有13個(gè)項(xiàng)目入圍，并斬獲了9個(gè)一等獎(jiǎng)，也是本屆“知力專項(xiàng)獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)學(xué)校中入選項(xiàng)目最多的一個(gè)。那么，他們都帶來了哪些項(xiàng)目呢？

北京市第四中學(xué)的白鈺卓同學(xué)說：“我在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)立體幾何的部分很難，而且它是把三維立體的模型展示在二維平面上，不便于直觀地學(xué)習(xí)。”為了更直觀地學(xué)習(xí)立體幾何，她運(yùn)用數(shù)學(xué)、信息學(xué)和人機(jī)交互等學(xué)科知識(shí)，開發(fā)出一套基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的立體幾何教學(xué)系統(tǒng)。那么，她是怎樣將立體幾何變得更簡單的呢？原來，她建立了Dandelin雙球定理教學(xué)系統(tǒng)（三維圓錐切割系統(tǒng)），將其與Leap Motion體感控制器結(jié)合，并編寫代碼實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。使用者只要將手放到Leap Motion體感控制器上按照特定的手勢(shì)揮動(dòng)，系統(tǒng)上的圓錐便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，向使用者展現(xiàn)不同的視角，并會(huì)按照使用者的手勢(shì)命令顯示相應(yīng)的知識(shí)。記者在現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)了一番，該系統(tǒng)立體直觀、自然簡便、易于理解，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和學(xué)習(xí)興趣，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。如果該系統(tǒng)將來可以推廣至其他問題甚至學(xué)科的教學(xué)，那么它將進(jìn)一步發(fā)揮實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。

同樣來自北京市第四中學(xué)的耿逸芃同學(xué)，基于市場(chǎng)上大多數(shù)爬壁機(jī)器人普遍存在的體積龐大、行動(dòng)不靈活、吸附不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，研制了一款體積小、吸附穩(wěn)定、移動(dòng)靈活且精確的爬壁機(jī)器人，其設(shè)計(jì)靈感來源于掉在地上翻滾的橡皮。機(jī)器人由雙足和主體構(gòu)成，雙足兩段各置有兩個(gè)吸盤，這四個(gè)吸盤使機(jī)器人吸附更穩(wěn)定。機(jī)器人的內(nèi)部則是采用Arduino開發(fā)板作為控制模板，利用真空泵產(chǎn)生真空轉(zhuǎn)化為吸盤的吸力，使機(jī)器人吸附在壁面上；利用電閥控制吸盤氣路通斷，以控制足部吸附狀態(tài)；通過舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的行走任務(wù)。它不僅可以應(yīng)用到壁面清洗等高空作業(yè)中，還可以作為壁面移動(dòng)的平臺(tái)搭載各種模塊，應(yīng)用到偵查、勘探、反恐等領(lǐng)域。

北京市第一七一中學(xué)：

全方位發(fā)展學(xué)生興趣

自建校以來，北京市第一七一中學(xué)就先后獲得了“亞太地區(qū)全面提高教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀?！?、“北京市校園環(huán)境示范校”、“北京市惠普教學(xué)管理先進(jìn)校”等幾十項(xiàng)榮譽(yù)稱號(hào)。這次他們帶來的項(xiàng)目會(huì)有什么亮點(diǎn)呢？

萊菔硫烷是目前蔬菜中所發(fā)現(xiàn)的抗癌效果最好的植物活性物質(zhì)，存在于西蘭花、芥藍(lán)、北方圓紅蘿卜等十字花科蔬菜中。那么，有什么方法可以讓西蘭花中萊菔硫烷的含量增加呢？北京市第一七一中學(xué)的王若晨同學(xué)通過模擬日常烹飪的條件，從加熱時(shí)間、加熱溫度、水解pH環(huán)境等預(yù)處理?xiàng)l件，考察西蘭花中抗癌有效活性成分萊菔硫烷的含量變化，從而提出了提高西蘭花中萊菔硫烷轉(zhuǎn)化率的方法。這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，條件為70℃處理5分鐘、pH值為5，并與油菜一起烹飪時(shí)萊菔硫烷的轉(zhuǎn)化率最高。生活中可以用水焯5分鐘，然后加入食醋以及油菜一同食用。

記者已經(jīng)試驗(yàn)過了，西蘭花加醋翻炒的味道并沒有想象中那么奇怪，而且用這種烹飪方法做出的西蘭花和油菜一起吃有益于我們的健康哦！

北京市昌平區(qū)二中：

勤思敏學(xué)，樂研善育

在今年的大賽上，北京市昌平區(qū)二中在行為與社會(huì)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、微生物學(xué)和工程學(xué)領(lǐng)域都有涉及，且初中部和高中部均斬獲了獎(jiǎng)項(xiàng)。

王悅萁同學(xué)來自北京市昌平區(qū)二中初中部，她的參賽項(xiàng)目—關(guān)于白族扎染的歷史與發(fā)展研究報(bào)告，是此次大賽中唯一一個(gè)關(guān)于中華民族傳統(tǒng)文化的研究。

中華民族文化博大精深，各民族的傳統(tǒng)工藝也獨(dú)具特色，扎染技術(shù)就是其中之一。2006年以及2008年，云南大理的白族扎染技藝、四川的自貢扎染技藝先后被文化部列入國家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。王悅萁同學(xué)對(duì)中華民族傳統(tǒng)文化的現(xiàn)狀很是擔(dān)憂，她皺著眉頭向參觀者介紹說：“目前，從事扎染技術(shù)的大都是少數(shù)民族中的年長者，而年輕人為謀生多到東部地區(qū)打工，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)無甚了解；而且，我們的傳統(tǒng)文化被國外品牌關(guān)注并開發(fā)，這也是目前民族文化發(fā)展的一大問題?！彼ㄟ^對(duì)不同的社會(huì)人士進(jìn)行調(diào)研，了解了他們對(duì)扎染的看法。在她的調(diào)研中，有超過2/5的人愿意選購扎染產(chǎn)品自己使用，而且大多數(shù)人還是對(duì)扎染的天然染料、健康環(huán)保更看重，傳統(tǒng)扎染結(jié)合現(xiàn)代時(shí)尚元素在市場(chǎng)上肯定能受到更多的歡迎。對(duì)此，王悅萁提出了自己的想法：若想使這種傳統(tǒng)工藝品在市場(chǎng)上更有前景，一定要有更強(qiáng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)靈感；還要改善手工藝者的生活條件，使更多的年輕人投入民族文化傳承中。

希望越來越多的青少年朋友們可以向王悅萁同學(xué)學(xué)習(xí)，關(guān)注并了解中國的民族傳統(tǒng)文化，使我們各民族的文化能一起傳承，永遠(yuǎn)流傳下去。

牛欄山一中實(shí)驗(yàn)學(xué)校：

求實(shí)創(chuàng)新

此次大賽上，北京市牛欄山一中實(shí)驗(yàn)學(xué)校入圍決賽的項(xiàng)目雖然不多，但其中嚴(yán)瑞卿、范天燁和柳均澤三位同學(xué)的參賽項(xiàng)目—基于機(jī)器視覺的無人機(jī)小型移動(dòng)平臺(tái)自主起降系統(tǒng)，卻格外引人注目。

近幾年，越來越多的無人機(jī)在高空飛行作業(yè)。為了增強(qiáng)無人機(jī)針對(duì)小型移動(dòng)目標(biāo)飛行時(shí)的穩(wěn)定性和精確性，牛欄山一中實(shí)驗(yàn)學(xué)校的嚴(yán)瑞卿、范天燁和柳均澤三位同學(xué)開發(fā)了一款利用深度學(xué)習(xí)算法和機(jī)器視覺的無人機(jī)自主起降系統(tǒng)。為了優(yōu)化算法、提高效率和魯棒性，他們?cè)陲w控系統(tǒng)中添加了深度學(xué)習(xí)模塊。這使得它可以通過之前平臺(tái)的走向預(yù)測(cè)出未來平臺(tái)的走向，以便于提前作出判斷，從而使無人機(jī)在飛行和降落過程中更加穩(wěn)定。在圖像識(shí)別方面，他們以開源硬件OpenMV作為原型，在保留OpenMV原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，向其軟件層添加了深度學(xué)習(xí)算法；確定目標(biāo)后，攝像頭會(huì)計(jì)算出所需的信息，編碼成UART的數(shù)據(jù)，并通過虛擬串口將數(shù)據(jù)傳送給飛控系統(tǒng)。

此系統(tǒng)通過機(jī)器視覺技術(shù)、深度學(xué)習(xí)以及飛行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了精確跟蹤、自主起降等功能，它可以令無人機(jī)實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)小型平臺(tái)上的精確起飛、著陸。未來，這個(gè)系統(tǒng)可進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)空中接物、子母機(jī)等技術(shù)。

上述這些同學(xué)真可謂是“小小發(fā)明家”，他們的調(diào)研關(guān)注點(diǎn)和發(fā)明都讓人眼前一亮。同時(shí)，每種創(chuàng)新發(fā)明需要的學(xué)科知識(shí)也不止一種。青少年朋友們，你們羨慕他們的知識(shí)儲(chǔ)備量嗎？那就好好學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)吧，說不定以后的你也會(huì)成為一名偉大的發(fā)明家！

（責(zé)任編輯/朱文超）