德昌中學物理教師趙友明搞發(fā)明

2012年11月12日，《運動頻閃觀測儀》獲得第七屆國際發(fā)明展覽會發(fā)明金獎。

獎項：11月12日，第七屆國際發(fā)明展覽會在江蘇昆山國際會展中心成功落下帷幕，德昌中學趙友明老師的專利產品《運動頻閃觀測儀》在展會上榮獲金獎，也是四川省獲得的唯一金獎。

原理：利用普通相機長時間曝光拍攝，捕捉運動物體的軌跡，將“講實驗”轉化為“做實驗”，操作簡單，誤差小，直觀易懂。

影響：《運動頻閃觀測儀》進入了《全國理科實驗配備標準》，成為全國高中物理必配的演示實驗之一。

參展歸來 斬獲最高榮譽11月29日上午，德昌中學物理教師趙友明與平常一樣，授課、輔導學生。不過，在平靜的外表下，趙友明心中有著一份期盼與憂慮，“我的專利發(fā)明廠家已經在生產，成品就要出來了，不知道效果怎么樣，成品出來后會不會出現(xiàn)大量仿制品。”

趙友明期望與擔心的，正是今年在江蘇昆山進行的第七屆國際發(fā)明展覽會上，榮獲金獎的《運動頻閃觀測儀》。

德昌縣教育局一負責人介紹，第七屆國際發(fā)明展覽會是目前為止我國唯一的國際發(fā)明展。在展會上，共有來自亞洲、歐洲、非洲等30余個國家近4000個項目參與評選，經過評選，趙友明老師的專利產品《運動頻閃觀測儀》獲得發(fā)明金獎，這是此次活動中四川省獲得的唯一金獎。

講述實驗 傳統(tǒng)設備不準確不劃算“我從事物理教學工作21年了，在物理教學中許多實驗需要進行操作。”趙友明說，此前在教導學生進行力學實驗中，測重力加速度等實驗時，采用的實驗儀器是打點計時器，“一根紙帶，一張復寫紙，儀器每0.02秒打印一下，物體落地后，紙帶上留下了一連串打印的痕跡，但是加上物體摩擦、有時復寫紙打印不出來等，會很大程度上影響實驗的精確性。”

而除了打點計時器外，趙友明表示還有一種進行實驗的方法，但是因為過于昂貴和復雜，很多學校都未采用，“用一臺大功率的頻閃設備不停閃爍，照射在運動體上，然后用專業(yè)的相機，捕捉每次頻閃后，運動物體所處的不同位置，然后將底片沖印成照片，再進行軌跡分析和數(shù)據(jù)分析等，很復雜，而且能耗高，耗時長。”

“每當做這些實驗的時候，很多時間都是老師在‘講實驗’，學生在‘聽實驗’，根本不是親自實踐。”趙友明說。

靈感創(chuàng)作 想搞一個節(jié)能又方便的東西“2005年的時候，產生了這個想法，設計發(fā)明一套實驗器材，既能操作簡單，又能讓學生直觀了解參與。”趙友明說，也就是讓學生從“聽實驗”到真正地“做實驗”。而當時，國家也提出新課改，進行物理實驗與現(xiàn)代的教育技術相結合，“也就是充分利用電腦、相機等設備。”

在電子技術方面也頗有建樹的趙友明首先想到的實驗器材，是基于專業(yè)相機基礎上的，而且僅限于用來捕捉運動物體的軌跡。

“當時一門心思在如何改變大功率頻閃儀器問題上下功夫。”趙友明說，當初理念是將頻閃設備“移植”到運動物體上，憑著自己對電子技術的掌握，很快，這個難題被攻破，“在運動物體上內置數(shù)字電路和高亮度發(fā)光二極管，輸出頻率為25赫茲、50赫茲，通俗地說，就是物體在運動過程中每秒閃動25次或50次。”

成功將大功率頻閃設備替換掉后，趙友明將自己發(fā)明的能頻閃的運動體取名為“滾動式微型頻閃光源，以下簡稱‘運動體’。”

不過，解決運動體的問題后，專業(yè)相機的昂貴，依然讓這個設備沒有多大的用武之地。

歪打正著 與兒子合作成功破題“運動體制作成功后，我就嘗試，用日常生活中常見的傻瓜相機實驗抓拍。”趙友明說，實驗時，找一個網狀物品在底部兜著，然后讓運動體落下，然后按動相機快門，捕捉運動物體的運動軌跡。

“反反復復，進行數(shù)十次實驗，但是遺憾的是每一次實驗，抓怕到的都只有一個運動體。”趙友明說，而且很清晰，根本無軌跡可尋。

2006年的一天，再次失敗的趙友明讓兒子趙禹杰幫忙，用相機拍攝，他拋動運動體。

“他總共拍了4張，我一張一張地往后翻，前3張都和我拍的一樣，但是第四張照片上，有多個運動體的痕跡。”講到這里，趙友明一下興奮起來，“兒子竟然抓拍到了，我問他怎么拍的，他說不知道。”

對照片的拍攝模式進行仔細查看和研究后，趙有明恍然大悟，原來兒子在拍照片的時候，將相機快門撥到了長時間曝光檔上。

“一般的傻瓜相機都有這個功能，只不過，我一直專注于專業(yè)的研究，而忽略了對相機本身的研究。”沒想到一直困擾趙友明的難題，原來解決起來，那么簡單，那么容易，“都陷進書里去了，卻忽略了生活中的一些常識，解決方法原來一直在身邊。”

花了一年多時間，趙友明的創(chuàng)造發(fā)明成功了。

講解原理 捕捉軌跡驗證理論“實驗中，一個物體從手中落下，需要0.2至0.3秒，拍照時，將曝光時間調至1秒或者2秒，在小光圈下，運動體落下時，閃動25次或50次的痕跡，能在一張照片上能完整地以亮點顯現(xiàn)出來，而這些亮點就是運動體運動的痕跡。”趙友明解釋說，通過這些痕跡，論證重力加速度等都是輕而易舉的事情。

趙友明講解，實驗很簡單，需要的設備很大眾化，一臺電腦，一臺傻瓜相機，一個運動體，加上一個擋板，整套設備就成功了。“實驗不需要大功率頻閃設備，不需要專業(yè)相機，不需要沖洗照片，而且實驗數(shù)據(jù)精準度大大提高，操作方便，直觀性強，穩(wěn)定性好，最主要的是造價低。”

“現(xiàn)場學生做實驗，馬上就能在照片中體現(xiàn)運動體軌跡，通過直觀的圖像和數(shù)據(jù)，幾分鐘就能完成實驗，并分析、研究數(shù)據(jù)。”趙友明說。

一個粗制的儀器模型出來后，趙友明在政府部門、教育部門等的支持下，大闖天下，并收獲了一個個“冠軍。”期間，趙友明的發(fā)明在獲得榮譽的同時，也得到很多專家的建議，不斷改進、完善，擋板也成演變?yōu)閹Э潭葮顺撸?ldquo;這樣每一個運動點，都可以給它坐標，根據(jù)坐標變化，就能歸納出運動體的運動規(guī)律等，也可反推重力加速度等，讓學生更能深刻地理解和體會。”

趙友明定義自己的發(fā)明，《運動頻閃觀測儀》是由一個采用單片機為核心的數(shù)字電路控制輸出穩(wěn)定且可調的微型頻閃光源作為運動體，借助移動式發(fā)光標尺為背景，配合一臺數(shù)碼相機及相應的實驗裝置，實現(xiàn)對運動體（頻閃光源）運動軌跡的拍攝，再連接到電腦中利用電腦程序進行定量實驗分析和運動體軌跡的適時觀測。

“它可以對自由落體運動、平拋運動等拋體運動的運動軌跡做出精確的描述，既能提高定性觀測效果，更能進一步進行實驗數(shù)據(jù)的定性探究。它改進后還可以驗證機械能守恒定律,研究勻變速直線運動,簡諧運動等力學實驗。”趙友明說。

難題解決 收獲的是榮譽2007年9月，趙友明老師帶著“微型頻閃光源-平拋運動演示儀”（即《運動頻閃觀測儀》原型）在成都市參加四川省教廳舉辦的第八屆自制教具大賽，得到了四川省教學儀器專家們的認可，獲得省一等獎。

由于全國高中新課改的需要，2008年四川省的實驗專家將該教具推薦給教育部教學儀器研究所的實驗專家。趙友明帶著它到北京做現(xiàn)場的實驗展示，得到北京專家的充分肯定。在北京專家的指導下，趙友明老師不斷改進這個教具，讓它與現(xiàn)代教育技術相結合，使它具有更高的實用性、科學性、推廣性，并將它更名為“微型頻閃光源和移動式發(fā)光標尺組”。

2009年，教育部在上海市華東師范大學舉辦全國第七屆自制教具大賽活動，四川省教廳推薦趙友明老師的教具參加比賽，獲得全國一等獎，這也是四川省物理學科在這次大賽中獲得的唯一全國一等獎。

2010年8月，趙友明應中國物理教育教學專業(yè)委員會的邀請，到北京師范大學參加為期一周的“2010年物理教育教學專業(yè)委員會年會和國際物理論壇”，并向全國物理教師進行新教具的展示，得到同行們的一致好評。2010年，在教育部實驗專家們的建議下，趙友明將該教具正式命名為《運動頻閃觀測儀》。

2011年，該自制教具《運動頻閃觀測儀》獲國家實用新型發(fā)明專利權。同時，它進入了《全國理科實驗配備標準》，成為全國高中物理必配的演示實驗之一，將在全國推廣使用。

2012年11月12日，第七屆國際發(fā)明展覽會在江蘇昆山如期舉行，《運動頻閃觀測儀》獲得發(fā)明金獎。

目前，趙友明的《運動頻閃觀測儀》已經有廠家在生產中，不久將面世。