鄉(xiāng)村小學(xué)四位五年級學(xué)生共同研制申請 孩子設(shè)計(jì)的書桌獲國家專利-環(huán)球報(bào)道

懷柔北房鎮(zhèn)中心小學(xué)是一所普通的鄉(xiāng)村小學(xué)，這里四名五年級學(xué)生設(shè)計(jì)的智慧書桌模型獲得了國家專利局頒發(fā)的外觀設(shè)計(jì)專利證書。這款書桌能語音控制升降，提醒學(xué)生歸納物品，還隱藏著一個(gè)坐姿矯正器。

一間不鎖門的實(shí)驗(yàn)室

在學(xué)校勵(lì)耘樓二層樓梯轉(zhuǎn)角的第一間教室，記者被里面熱鬧的討論聲吸引——學(xué)生們?nèi)齻€(gè)一組、五個(gè)一群，拿著各式各樣的電子元件、小型儀器，在這間實(shí)驗(yàn)室里一邊討論一邊組裝。

【資料圖】

記者在這里見到了此次榮獲外觀設(shè)計(jì)專利的“科研團(tuán)隊(duì)”全部成員：五年級六班的史悅鑫、于晨曦、李多和趙雨涵。他們面前擺著一個(gè)科技感滿滿的模型，這就是他們的專利作品——智慧書桌。桌子長寬約15厘米、高約20厘米，純白色的桌面上拼搭著木質(zhì)書柜，書柜格子里有不同顏色的提示燈。書桌背后延伸出的線路通向一側(cè)的外接主控設(shè)備盒，盒子里裝滿了各種電子元件。通過語音控制，書桌能自動升降，還可以提醒學(xué)生歸納物品、自動開關(guān)坐姿矯正器。最近，他們正忙著對已經(jīng)拿到國家設(shè)計(jì)專利的智慧書桌進(jìn)行優(yōu)化。

視線離開智慧書桌，記者發(fā)現(xiàn)這間小小的實(shí)驗(yàn)室里琳瑯滿目。正對大門的是一臺旅行箱大小的3D打印機(jī)，外形好似一臺大號烤箱。透過玻璃門，可以看到里面干凈的操作臺面。一根細(xì)線從頂部伸出，延伸到旁邊的卷軸上，這根塑料細(xì)線就是可融化的打印原料。3D打印機(jī)北側(cè)擺著一臺碩大的激光切割機(jī)。實(shí)驗(yàn)室正中放著四個(gè)大書桌，方便學(xué)生們分組工作。書桌旁的柜子上陳列著不少待組裝完成的小型無人機(jī)、游樂園門禁裝置、小型房屋模型等。

下午放學(xué)之后的一小時(shí)是全校社團(tuán)活動時(shí)間，其中科技社團(tuán)活動時(shí)間安排在周三?？紤]到實(shí)驗(yàn)室太受歡迎，每天中午12:30至1:20的時(shí)段，如果孩子們不想午休也可以到實(shí)驗(yàn)室來。而且，這間實(shí)驗(yàn)室隨時(shí)敞開，不鎖門。

日復(fù)一日，孩子們對科技制作的熱愛在這間小實(shí)驗(yàn)室里萌芽。

校園生活中發(fā)現(xiàn)“金點(diǎn)子”

種下一顆熱愛科研的種子，提供一間小小實(shí)驗(yàn)室，孩子們生活中的一些靈感都有了落地生根的土壤。

獲得國家專利的“小科研團(tuán)隊(duì)”成員都參加了學(xué)校特色的科創(chuàng)教育“人工智能+編程”課程。在課上，孩子們各懷創(chuàng)意：“近視的同學(xué)很多，能不能自助檢測視力？”“放假班里沒人了，能不能設(shè)計(jì)個(gè)機(jī)器自動給班里的植物澆水？”“學(xué)習(xí)時(shí)間不好分配，能不能有個(gè)機(jī)器人輔助我們學(xué)習(xí)？”大家都渴望著用所學(xué)知識把自己的靈感轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

“智慧書桌的設(shè)計(jì)初衷很簡單，就是為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)舒適度，創(chuàng)意適合這一年齡段的孩子動手操作。”信息科技教師劉煜說，史悅鑫最先提出了這個(gè)點(diǎn)子。當(dāng)時(shí)班里有其他幾名學(xué)生也感興趣，他們就組成了“科研小團(tuán)隊(duì)”。“4年級的信息技術(shù)課上，學(xué)生們已經(jīng)掌握了編程和語音交互基礎(chǔ)知識，孩子們懷揣對科技制作的熱愛，啟動了這個(gè)小小的研發(fā)項(xiàng)目。”

可沒過幾天，設(shè)計(jì)圖剛完成，小團(tuán)隊(duì)就碰壁了。“臺燈、燈帶、音響、抽屜、屏幕……設(shè)計(jì)草圖像一張難以實(shí)現(xiàn)的科幻畫，各式各樣的功能都集成在一張書桌上，已經(jīng)脫離實(shí)際了。”看到草圖后，劉煜沒有澆滅孩子們的設(shè)計(jì)制作熱情，而是耐心指導(dǎo)，“要圍繞核心功能畫，畫出的東西要能實(shí)現(xiàn)，你們可以開展一次校園征集，看看大家心中的智慧書桌什么樣，了解清楚大家的實(shí)際需要。”

幾個(gè)人分工協(xié)作，挨個(gè)咨詢身邊的同學(xué)，還在微信群里征集意見。“大家的問題集中在平時(shí)愛丟三落四、課桌高度不好調(diào)節(jié)上。”趙雨涵說，“通過調(diào)研，我們制定了最終目標(biāo)，通過語音交互，實(shí)現(xiàn)課桌高度自動調(diào)節(jié)、物品收納自動提醒、坐姿矯正器自動開合三個(gè)核心功能。”

設(shè)計(jì)工作中大家各司其職：程序設(shè)計(jì)由踏實(shí)穩(wěn)重的史悅鑫擔(dān)當(dāng)；于晨曦、李多、趙雨涵負(fù)責(zé)前期調(diào)查、查閱資料；最終的搭建則由大家共同完成。

遇到難題絕不放棄

獲獎(jiǎng)后，小科研團(tuán)隊(duì)的成員們成了校園里的明星，但他們自己知道這背后需要付出多少汗水。

捋清了設(shè)計(jì)方案思路，操作過程也不是一帆風(fēng)順，沒過多久，“研發(fā)”就遇到了難題。

“模型結(jié)構(gòu)小巧，主要靠手工制作，最適合的制作材料就是硬紙板。”李多和于晨曦提出了對制作材料的建議，但上手后兩個(gè)人就發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槭謩艃盒?，厚紙板裁不動?/p>

史悅鑫和趙雨涵為書桌機(jī)械升降設(shè)計(jì)的齒輪結(jié)構(gòu)也出了問題。齒輪和齒輪咬合，再由電機(jī)帶動，這樣的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜。此時(shí)還有一個(gè)大問題等著小團(tuán)隊(duì)解決：齒輪和硬紙板該怎樣結(jié)合？重重難題讓制作陷入僵局，幾名學(xué)生一籌莫展。

就在一次課間喝水時(shí)，史悅鑫注意到了礦泉水的瓶蓋。逆時(shí)針擰動，瓶蓋便會上升，順時(shí)針擰動便會下降。史悅鑫眼前一亮，興沖沖地將這個(gè)可用于機(jī)械升降的點(diǎn)子告訴了劉煜，剛巧學(xué)校新采購的3D打印和激光切割機(jī)到貨，制作一個(gè)可由電機(jī)帶動的螺紋部件不就解決問題了。這個(gè)創(chuàng)意很快實(shí)現(xiàn)。

“書桌我們也想用3D打印機(jī)制作。”“書柜是不是可以用激光切割機(jī)制作呢？”設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對這幾臺新來的“大家伙”愛不釋手。他們學(xué)會使用后，很快打印好塑料書桌和木質(zhì)書柜結(jié)構(gòu)。

完成拼搭的同時(shí)，程序代碼也編寫完成，大伙兒自信滿滿。通過一個(gè)小小的外接掌控板，聲音信息被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，驅(qū)動小喇叭播放提示音并讓課桌動起來。眼看智慧書桌即將搭建完成，掌控板的不穩(wěn)定性又讓大家犯了難。

“說完‘你好’，有時(shí)智慧書桌的反應(yīng)時(shí)間要好幾秒。”四名學(xué)生又開始研究語音識別板，上網(wǎng)搜各式替代品、研究其他語音識別設(shè)備、掌握其中原理……經(jīng)過刻苦鉆研，幾個(gè)人成了小專家。最終，他們通過學(xué)校劃撥的“科研經(jīng)費(fèi)”采購到了心儀的語音識別板。

兩個(gè)月完成專利申請書寫

“桌子太矮了，寫字不舒服”“書桌高度可以調(diào)節(jié)，請說出您的身高”……通過人機(jī)簡單對話，書桌的高度抬升到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。在春季學(xué)期即將結(jié)束時(shí)，功能完備的智慧書桌正式亮相。

這件作品集合團(tuán)隊(duì)的各式“腦洞”，孩子們興奮不已，北房鎮(zhèn)中心小學(xué)黨總支書記張建新也格外驚喜。“這件作品完工了，還能不能產(chǎn)生更大的教育效果？比如嘗試申請國家專利，爭取更大的認(rèn)可，也讓孩子們體驗(yàn)一下申報(bào)過程。”小團(tuán)隊(duì)進(jìn)入到緊鑼密鼓的專利申請文書撰寫階段。

“國家專利的申請文書寫作繁瑣，需要準(zhǔn)備的素材龐雜，這是對孩子們的一次考驗(yàn)。”劉煜也是摸著石頭過河，從國家專利局的官方網(wǎng)站一點(diǎn)點(diǎn)摸索，實(shí)在不懂的就咨詢有過申請經(jīng)驗(yàn)的外校教師。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員利用假期時(shí)間集中在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室完成了《外觀設(shè)計(jì)專利請求書》《智慧書桌研究報(bào)告》的書寫，再由劉煜提供指導(dǎo)，并做匯總、格式調(diào)整等工作。在這個(gè)過程中，最難的部分是“科技查新”，他們需要對大量的同類產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研，并列舉出智慧書桌的獨(dú)特之處。此時(shí)，擔(dān)任學(xué)校科技副校長的中國科學(xué)院大學(xué)教授、中科院高能物理所研究員彭光雄為孩子們提供了指導(dǎo)。前前后后修改完善，專利申請書寫歷時(shí)兩個(gè)多月完成。

“小小科學(xué)家”課堂

總結(jié)起獲得國家專利的關(guān)鍵，史悅鑫說，“智慧書桌的每個(gè)細(xì)節(jié)都花了我們很多心血。控制書桌升降的3D打印螺紋部件以及隱藏式的坐姿矯正器是智慧書桌的關(guān)鍵部分，這是我們團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新，也是制作中最難的一環(huán)。雖然獲得了國家專利，但目前這個(gè)書桌還只是一個(gè)模型，未來我們將對它加以改進(jìn)，希望有一天它能應(yīng)用到每一間教室里。”

“孩子們堅(jiān)持下來沒有放棄，最終讓靈感成為現(xiàn)實(shí)，這是最打動我的地方。”作為帶隊(duì)教師，劉煜看到了孩子們的成長，也看到了孩子們對科研的熱愛。“科技教育最大的不同，就是在創(chuàng)意走向現(xiàn)實(shí)的過程中，問題會層出不窮，這需要孩子們一件件解決。在未來的人生中也是一樣，孩子們需要學(xué)會獨(dú)立思考，自己動腦筋把遇到的難題一一克服，哪怕解決得并不完美。對孩子們來說，這是科技教育最大的魅力。”

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