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自制无人机点亮乡村科普微光

来源:中国青年报2023-10-23 09:21

  探索

  95后教师带孩子们“飞”出大山

  自制无人机点亮乡村科普微光

湖南宁乡市95后青年教师张振宇带着学生们上航模课。受访者供图

  机翼长度一米八,机身长度一米二!今年9月,一架完全由山区师生自主研发的大型固定翼飞机,承载着无数期盼,从湖南省宁乡市沩山学校的天台启程,飞往宁乡市区。往返160公里后,它带着全程录像,回到了孩子们的手中。

  从2018年开始动手做无动力纸飞机,到慢慢接触固定翼、多轴旋翼,再到亲手操控着飞行器,冲出环绕身侧的群山,在95后青年教师张振宇的带领下,一群在宁乡山区最偏僻乡镇的孩子,实现了自己的航飞梦想。

  “大山的孩子通过超视距飞行,鸟瞰自己美丽的家乡,领略了科学世界之大之精彩。”张振宇说,孩子带着翱翔蓝天的心,从大山走出去,走向更大的世界。

  怎么让学生爱上课堂

  沩山乡地处宁乡西部山区,距宁乡市区75公里、湖南省会长沙110公里,与益阳安化县、桃江县毗邻,平均海拔780米,被誉为“长沙小西藏”。

  沩山学校为当地九年制学校,目前有900多名学生在读,其中六成以上为留守儿童。

  今年年初,27岁的物理老师张振宇从宁乡最偏远的龙田镇九年制学校,调到20多公里外的沩山学校,担任这所学校的副校长。上任伊始,他就向学校申请开设了航模课,利用课余时间带着30名学生,做各种各样的飞行实验,把操场变成“沩山机场”,让空天科普在这所山区学校成为时尚。

  让航模飞行器在大山里起飞,并非张振宇的一时兴起。

  2017年,刚从湖南第一师范学院数学与应用数学专业毕业的张振宇,被分配到龙田镇九年制学校初中部任教。该校的初中有9个班,一共300多名学生,平均每个班40多人。

  与很多地处偏远的乡镇学校一样,龙田学校的教师队伍年龄结构两极分化严重,中间断层明显。由于条件相对艰苦,一些社会招聘的年轻教师做满3年后往往申请调往他处,语文、数学、物理、化学等主科的教师调动频繁,学生学习状况很不稳定,数学、物理、化学更是成为不少孩子们的“绊脚石”。

  “龙田当地经济条件落后,留守儿童比例近七成。乡村教育的基础建设比较薄弱,学校的实验室条件也很简陋。”张振宇说。

  刚参加工作的张振宇“很有激情”,接下了3个班的物理、两个班的化学教学任务。很快,他就感到力不从心。

  教师的频繁流动,导致学生理科基础相对薄弱、实验教学不受重视。对于需要理科思维的数学和物理,很多学生不愿意学,甚至不少学生产生厌学情绪。这让和张振宇一样抱有一腔热血的几位年轻老师都颇为尴尬。

  在和山里的孩子打交道的过程中,张振宇意识到,不能让他们死记硬背书本知识。以物理为例,应该让孩子们用生活中的体验去理解物理。

  如何让枯燥的公式与生活结合,让学生对物理和化学感兴趣?张振宇开始精心设计物理和化学课程里的实验。

  为了让孩子理解功率与能量转化的原理,张振宇花170多元买了几个不同功率的灯泡。一个个接上电路后,他让学生观察记录发光的亮度并核对灯泡的价格,让孩子理解到钱的多少与灯泡功率大小并没有直接关联。张振宇还让孩子们做实验,分类比较为何LED灯的功率小,却比白炽灯的亮度更高。“滚烫的白炽灯外壳让大家立刻明白了电阻和功耗的问题。”他说。

  力学是物理的一个难点。在教授杠杆原理时,他想到农村孩子喜欢动手且工具充足,于是招呼学生们用家里的羊角锤钉钉子,体会把钉子拔来拔去的感觉,用劳动来理解物理的奥秘。

  这一下,课堂变得生动有趣起来。

  “永不关门”的航模班

  “学习不能为了实验而实验。”张振宇认为需要寻找一个新的载体——它能激发学生们发现问题,然后去思考和创新,跟别人交流表达。

  2018年,一位朋友向张振宇介绍了一个可以免费教授航模课程的公益机构,并邀请他和另外一位同事到北京学习一星期。

  这一周的学习让张振宇受益匪浅。成系统的教学体系,打开了“熬”在山窝窝里的张振宇的视界——航模融合了物理、数学、地理、美术等跨学科内容,这不就是他想要的课堂吗?

  张振宇索性将此课程搬到学校来。他自学拿到了航模操作证,并在有关部门备案后,带着各式各样的航模飞机和一批赞助的器材出现在了学生面前。

  这些硬件的来源可谓五花八门——既有几个发烧友在培训时自己组装的航模飞机,也有培训他们的公益机构赠送的器材,还有龙田镇九年制学校从有限的经费中出资购买的——在该校校长朱亮飞看来,山区学校需要这类科普课堂。

  对山区的孩子而言,这是一门新奇的课程,吸引了无数好奇的眼睛。

  在航模课中,物理知识化作了生动形象的实例。张振宇在课堂上抛出问题,并结合相关知识进行引导,学生们兴致盎然地参与讨论。

  懂了飞行的基本原理,兴趣颇高的学生们自己也能制作出航模飞行器,像宝贝一样拿给老师看;在飞行过程中,又出现了许多问题……师生一同探讨,一同解决。

  通过手掷、弹射、橡筋动力、无线电遥控、试飞……一步一步把理论变成实践,学生们对学科知识有了更深的理解与思考,也了解了航空历史的发展演变,产生了对飞向蓝天的向往与对科学的热爱。

  “无人机要飞起来,就与流体力学、地面磁场、天气等因素有关。”张振宇说,航模课程有利于培养学生的创新思维能力、观察能力、动手能力,同时,让学生们零距离了解现代科技,提高实践应用与创造力。

  这一年,学校的天空,多了许多架航模飞行器;这一年,在三楼那间永不关门的航模室内,有更多的孩子喜欢上了科学,喜欢上了学校课堂。

  让厌学的孩子爱上学习

  随着课后服务航模班的推进,张振宇发现,那些成绩一般的孩子,在动手制作上有时候展现出令人意外的聪颖。而一些厌学情绪严重的孩子,也愿意跟随着慢慢走进课堂,并有了极大的进步。

  龙田镇九年制学校校长朱亮飞一直主张“老师要做学生的贵人”,而与张振宇一同来到学校的10多名青年教师,也都有志在乡村做一番事业,竭尽所能不放弃任何一个学生。该校依托乡少年宫组建的航模、舞狮、象棋、篮球等社团,都受到学生们的欢迎。申请来航模社团的孩子更是挤破了门槛。

  2019年,张振宇向秦叶仁、张梦姣、王璐等年轻的班主任建议:尽量挑选那些快要辍学,甚至不怎么愿意来学校,但是头脑比较灵活的学生参加航模班,至少可以用兴趣将他们留在校园。

  这一想法得到了她们的高度赞同。对于一些有畏难、厌学情绪的孩子,老师们不愿意放弃。当地山道弯弯,秦叶仁老师和同事们一个学期平均家访3次以上。

  航模班有30个名额。20名初中生,由此选出;还有10个名额,分配给小学六年级的学生。

  学生小金初二时开始辍学。在家访时,张振宇发现金母给儿子买了一架昂贵的大疆无人机,于是心里一动。

  他告诉小金,虽然大疆是让人骄傲的民族品牌,但它的无人机操作已经是傻瓜式,玩着玩着就没有意思了。“为什么不到学校航模班里自己动手做呢?不用花钱。”张振宇当场展示了手机里各种固定翼、旋翼的无人机视频。

  小金将信将疑。后来因为无人机摔坏了,他来到学校向老师求援,随后被带回了教室。一位非常负责的老师担任其班主任,张振宇则负责物理教学。

  这个已经放弃自己学业的孩子渐渐着迷于飞机里的电路构造:电动机如何适配螺旋桨?耗材怎样拼接组装?……一次次动手实验,让小金的心思回到了课本中。第二年,他成功考入宁乡十中。

  类似的故事比比皆是。

  在一拨青年老师的拼搏下,龙田学校的风貌有了极大改观。该校还连续4年夺得宁乡市义务教育综合质量一等奖。2021年的中考,成绩向来落后的龙田中学居然排到了全市第七;18名同学考进了湖南省重点中学、有100多年历史的宁乡一中,创造了历史。

  今年年初,接到调任通知后,张振宇把航模社团的全套家当从大山那头的龙田学校,搬到了大山另外一头的沩山学校。

  教九年级物理的他发现,在沩山学校带的学生情况比龙田学校的更糟糕:一个班上32名学生,物理考试只有3人及格,还有20多名学生的分数只有20来分!

  张振宇召集学生们,结合自己读高中和大学时的体会,给大家打气:“老师绝不会放弃你们,你们更不能放弃自己!”他要带着学生们从头再学,并表示:绝对不会用刷题的方式来提高应试的成绩,而是用更多的实验和实践方式来提升成绩。

  他把龙田的模式搬进了沩山,航模也成为学生们释放压力和增进学习兴趣的载体。在实验室和社团玩得兴起的学生们,甚至亲密地称他“振宇哥”。

  经过半年的努力,今年中考时,这个班全班32人,物理22人及格,11人考了80多分。

  翱翔蓝天的心

  沩山学校119班学生刘巧擅长数学,腼腆内向,对无人机却有出人意料的热爱。每次放飞无人机后,他久久不能入睡,忍不住和寝室同学继续深聊:平飞、绕“8”字、筋斗……课后,他与班上其他几个同学经常围着老师问东问西,学期成绩也大幅度提升。

  刘巧更是向老师“不谦虚”地表示,以后想当一名飞机制造师, “希望能在无人机科研和应用领域有所作为”。对此,张振宇总是热情地回应,鼓励孩子们去追逐自己的梦想。

  农村教师基本秉持同样的信念:让孩子走出大山。但孩子们会带着怎样的信念走出去呢?这位年轻的95后老师有另外一个担忧:目前,农村的留守儿童很多,尤其是在网络化时代,不少孩子都喜欢网红,因为网红可以轻松赚钱。

  展示科学魅力的航模,或许是解决这种担忧的一个方案。

  张振宇曾召集学生们耐心操控无人机绕着前面3座大山,拍摄家乡美丽的山水画卷;也不厌其烦地指导一批批新生入门、“深造”。

  “老师,我们将垂直尾翼和水平尾翼翻转过来进行组装后,飞机不仅能飞了,还可以实现打转的‘特技’。”一次航模课后,几名学生提出的建议,让张振宇眼前一亮。他为学生的大胆判断、创新尝试、团结协作而暗喜。

  工作之余,他也不断充电、钻研学习,和原来结识的航模爱好者们合作,从飞控到无线电,从电力设备、动力设备到辅助材料,从工具制作到模型调试,逐个攻破。

  固定翼飞机的飞控是超视距的,其飞行稳控需要陀螺仪将高度、位置、电流等数据传送给芯片,由其控制电机,形成自主的驾驶能力。其难点不仅在于要根据GPS信号调整自主返航,更关键的是要对其中穿越机的xyz三轴信号实时识别,并不断发出指令控制电机。

  他们甚至搞定了固定翼飞机的垂直起降,解决了在小场地环境无法方便起降固定翼飞机的问题,并成功申请了国家发明专利。

  沩山学校校长钟凯对张振宇的举动赞赏有加,不仅从每年有限的经费中拨出6万-7万元襄助,更设法从朋友处拿到赞助,买来一台3D打印机。

  “这让教学升级了!3D打印机让孩子明白了:我们可以自己去设计、创造很多东西!”张振宇说。

  几年来,张振宇带着学生们攻克了一个个难关,制造出了适应各种场景的航模飞行器。航模飞行器也在一次次实验中,越飞越远,越飞越高。

  他还带着学生参加科创类大赛。这群山里娃,接连斩获宁乡市创客大赛特等奖、湖南省航模航空大赛优秀奖、飞向北京航模大赛一等奖……

  追光而遇,沐光而行。“乡村科普教育就像是一道微光,把孩子们的科学梦想点亮,为他们打开大山外那片未知的奇妙世界。”钟凯说。

  中青报·中青网记者 洪克非

[ 责编:田媛 ]
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