从省级科技创新大赛载誉归来的孩子们,心中那颗关于“系统性思维”的种子,在“红领巾创客空间”这片肥沃的土壤里,迅速生根发芽,并开始向着一个更具挑战性的目标生长。这一次,他们不再满足于制作单个的、功能孤立的小发明,而是将目光投向了他们每天学习生活的环境——校园,试图解决一个真实存在且被许多人忽视的问题:能源浪费。
这个想法的萌芽,源于顾念军一次偶然的观察。那天放学后,他在创客空间多待了一会儿,离开时穿过寂静的教学楼走廊,发现好几个班级的教室虽然空无一人,但灯却依然亮着,甚至有些教室的投影仪也处于待机状态,电源指示灯在昏暗中美慕地闪烁。他去卫生间洗手,发现有一个水龙头没有完全关紧,正“滴答滴答”地浪费着清水。
“如果我们做的那些小感应器,能用在学校里,提醒大家关灯关水,或者自己把它们关掉,那该多好啊!”在创客空间的周末例会上,念军提出了这个想法。
这个提议立刻得到了伙伴们的热烈响应。小雅想到可以给路灯加光控,天亮了自动熄灭;另一个男孩想到可以用声音传感器检测卫生间,如果长时间没有声音,就自动关灯;还有孩子提出,可以在饮水机那里做个装置,提醒大家接完水要关紧龙头……
想法很多,但如何把它们变成一个有机的、可操作的“系统”,而不是一堆零散的点子?孩子们遇到了前所未有的挑战。他们需要规划整个系统的架构:哪些地方需要传感器?传感器收集到的数据怎么处理?谁来发出提醒或者执行关闭动作?如何避免误操作(比如老师在教室备课却被强制关灯)?
这一次,他们主动向“外援”求助。在唐七七的协调下,“启明”中央研究院派来了一位年轻的、擅长物联网系统架构的工程师哥哥,作为他们的“技术顾问”。
在工程师哥哥的引导下,孩子们开始像真正的项目团队一样工作。他们首先绘制了学校的简易平面图,标注出需要监控的“重点能耗区域”(教室、办公室、走廊、卫生间、饮水处等)。然后讨论并确定了分层级的解决方案:
1. 感知层: 使用光照传感器、人体红外传感器、声音传感器、水流传感器等。
2. 控制与执行层: 对于教室等复杂场景,以“提醒”为主(如通过安装在讲台的显示屏提示“请随手关灯”),避免直接控制引发混乱;对于走廊路灯、卫生间照明等公共区域,可以尝试自动控制(如光照+人体感应复合判断)。
3. “大脑”与展示层: 他们利用学校机房一台旧电脑作为简易服务器,尝试编写一个简单的数据汇集和展示程序,希望能在一个屏幕上看到全校各区域的能耗状态(用红绿灯标识),并记录节省的数据。
项目的复杂程度远超以往。孩子们需要学习简单的网络通信知识,了解传感器如何将数据发送到“大脑”;需要编写更复杂的逻辑判断程序;需要亲手改造一些电路,使其能够受控;更需要与学校后勤部门沟通,获得安装许可和安全指导。
过程中困难重重。线路连接错误导致传感器失灵;程序bug让服务器死机;设想的自动关灯方案被老师以“可能影响多媒体设备使用”为由否决……挫折一个接一个,但孩子们没有放弃。在工程师哥哥和科技老师的帮助下,他们不断调试、修改方案、寻求替代方法。
一个月后,一个简化版的 “校园节能小卫士”系统 雏形,终于在创客空间和相邻的两个教室、一段走廊试点运行了!当下午放学,光照减弱而传感器检测到教室内无人时,讲台上的显示屏会温和地闪烁提醒;当天色完全暗下,而走廊红外传感器未检测到人体时,试点走廊的LEd灯会自动延时熄灭;水流传感器成功捕捉到了一次饮水机龙头的未关紧事件,并发出报警声提醒了路过的同学。
虽然只是一个小小的试点,覆盖范围有限,功能也远谈不上完善,但当孩子们看到他们设计的系统真正开始工作,开始为学校节省下一度电、一滴水时,那种巨大的成就感和自豪感,淹没了之前所有的疲惫和挫折。
学校领导在观摩后大为赞赏,决定拨出专项经费,支持他们将这个项目进一步完善并逐步推广到更多区域。更重要的是,这个由孩子们发起并主导的系统性项目,在整个校园里掀起了一股关注节能、践行环保的热潮。
顾念军和他的伙伴们,完成了一次至关重要的蜕变。他们从“制作小发明”的爱好者,成长为开始尝试用系统化思维和工程化方法去解决真实世界问题的“小小工程师”。这个名为“校园节能小卫士”的项目,不仅是一套稚嫩的技术系统,更是他们创造力、协作力和责任感成长的鲜明注脚。