计量科普实践为中学生科技创新传授理性的力量
近日,上海世界外国语中学高二年级的学生在学校的实践课程中开展了一项科技发明活动——制作一个运用高压静电方法吸附汽车尾气的实验装置。不过,同学们在装置制作完成后却遇到了难题:实验装置中发生电压的高低与尾气颗粒吸附量有何关系?吸附滤纸每次静电吸附烟尘颗粒物的多少究竟如何准确测量?这些数据在在学校的实验室里却无法获得。
正当同学们一筹莫展时,有位同学建议,能不能争取专业实验室的帮助呢?于是,他们与我院的计量科普教育基地取得了联系。在得到积极响应后,同学们把研究制作的实验装置带了过来,在我院电子所和机械所专业技术人员的协助下,开展了静电吸附量的试验与测量工作。
这个小发明装置是同学们按照物理学原理制作的,虽然结构简单,却体现出同学们的热衷环保的创意和科学求实的精神。为了完成测量,同学们首先把用于吸附烟尘的滤纸逐一编号,借助机械所的高精度电子天平分别对试验滤纸称重并记录。随后,把称重后的滤纸带到电学实验室,装入静电发生器的圆桶内,由电子所的专业人员指导学生运用直流高压电压表来测量手摇式起电器(物理实验用小型范德格拉夫起电机)在不同转速下的静电电势,按照不同的静电高压值,同学们以油烟来模拟汽车尾气排放,用装置对释放的烟气进行静电吸附实验。经多次不同静电电势的吸附实验后,再将滤纸按编号重新称重,进行吸附前后的两次称重数据比对,以对静电吸附装置的实际效果进行分析。
实验中出现了同学们在小发明中未曾想到或者无法去解释的一些现象,比如教科书说,用手摇式起电器可以产生几万伏的静电电势,但在实际环境中,实际数值最高只有几千伏,他们从专业人员那里更直观地看到发电装置在增加负载后会出现非理想状态的变化,也间接反映出装置中的绝缘材料受热后产生的变化。他们通过尝试也知道了,像测量吸附烟尘量这样的工作即使依托一般的精密天平也很难得到准确数据。
这次实践活动让学生们由课堂走向了从未领略过的高技术实验室,一台台可以探究科学奥秘的精密仪器令她们倍感惊讶。在专业人员指导下,通过亲自动手操作和开展测量实验,她们不仅获得了期待已久的数据,也在实践过程中,逐渐感悟到了科学发明与计量测试之间的必然联系。同学们体会到真正有价值的创新成果不仅仅依赖于主动开拓的创新热情,也需要包括现代计量测试技术在内的现代科学技术基础的理性的力量支持。
作为上海市计量科普教育基地、全国中小学质量教育社会实践基地,我院积极探索计量科普与质量教育同学校课堂教育的有效结合机制。这次活动是继我院积极支持上外附中赛智社团创新活动之后,对中学生科技发明创新活动的又一次实践和指导。通过这些活动,不仅为学生开展科技创新提供了的技术支持平台,也通过实验与计量测试的结合,为学生传授了“用数据说话”的科学态度,更加深了学生们对计量测试在科技创新中重要作用的认识,使科普基地真正成为学生的第二课堂。