[追踪]青少年高校科学营特色活动——北京科技大学分营:一周北科行 一生北科情
2023-05/总第326期
自2012年起由中国科协、教育部共同主办青少年高校科学营活动以来,北京科技大学承担了2012—2022年的青少年高校科学营分营组织管理工作及2019年青少年高校科学营全国开营式暨北京营开营活动,圆满完成了各项任务,充分发挥了高校在传播科学知识、科学思想、科学方法和提高青少年科学素质方面的功能,对引导青少年崇尚科学,鼓励青少年励志从事科学研究事业,培养青少年的科学精神、创新意识和实践能力,培养科技创新后备人才起到了重要作用。
2022年的高校科学营北京科技大学分营活动,共有来自16个省(市)25所高中的270名学生和27名带队教师参加。管理模式为分班管理,每15名营员组成1个班,每个班配备1名优秀学生干部担任科技辅导员。本次分营活动依托北京科技大学科技资源和特色学科优势,分为“科学零距离”“科技交流行”“科技少年秀”和“科技存知己”四大主题活动。
科学零距离
科学零距离活动是为了让营员更好地了解校园文化、感受校园底蕴、体验科技魅力,包括云游校园、云游国家重点实验室、云游自然基础实验中心及演示实验等参观学习活动。
在云游国家重点实验室活动中,营员在教师带领下云参观了新金属材料国家重点实验室,参观过程中,营员提出了“中国材料研究下一个层面的突破是什么?”“铜包铝技术可以增强导电率吗?”“实验室最贵的材料是什么?”“目前看高分子材料仍然是最热门的材料研究领域吗?”“纳米吸波材料的原理是什么?”等一系列问题,教师均予以详细解答。此外,营员还在线参观了扫描电镜实验室、透射电镜实验室和三维原子探针实验室,并在参观过程中纷纷表达了自己的好奇。
云游自然基础实验中心及演示实验环节共开展了40余项演示实验。
光学 包括牛顿的三棱镜实验、单孔衍射、杨氏双缝干涉、牛顿环、全息照片的观察、偏振光的产生和观察、双折射现象、光测弹性、布鲁斯特角偏振现象等实验。比如,通过布鲁斯特角偏振现象,让营员进一步了解光的反射和折射现象,且了解光在反射和折射过程中偏振态的变化,再通过此实验在生活中的应用拓展,开阔营员的知识面,提升学习兴趣。
电磁学 包括手摇静电感应起电机——韦氏起电机、静电的分布、尖端放电、静电吹火&静电风车、辉光球、雅各布天梯、怒发冲冠、电流的磁效应、法拉第电磁感应、手摇式发电机、风力发电、超导磁悬浮等实验。其中,“怒发冲冠”是互动性极强的实验装置,实验者站在圆台上,银色的大金属球与高压电连接,将手放在金属球上不松开,随着电源开启,实验者头发会呈现分散状态。这是因为金属球外壳在通电后积累了大量电荷,人体是导体,人体的头发相当于许多尖端,尖端最容易聚集电荷且同种电荷相互排斥,因此很多根头就因为带电和相互排斥,呈现出怒发冲冠的现象。
热学 包括热胀冷缩、斯特林发动机、温差发电、形状记忆合金、饮水鸟等实验。一般的金属材料受到外力作用后,首先发生弹性形变,达到屈服点,金属就会发生塑性形变,应力消除后会留下永久的变形;但是有些金属材料,在发生较大形变后(远超过弹性变形极限),经加热到一定温度之上,能恢复到变形前的形状,这种现象叫作形状记忆效应。演示实验装置为由记忆合金制成的金属花车,放置于热水中,花车开花,从热水中拿出后,温度下降,花车恢复原有形状。通过演示实验,带领营员认识记忆合金及其在日常生活中的应用,比如人造卫星就是记忆合金做成的。
振动学 包括共振摆、共振小娃、共振环、钢片共振等实验。共振在建筑领域是一个很重要的问题,比如摩天大楼在大风天很容易摇摆起来,一旦产生共振,就会变得很危险,所以一般都会在摩天大楼顶部装一个大铁球,通过实验带领营员观察钢片的振动状态与频率的关系,帮助营员理解共振的内涵。
力学 包括锥体上滚、刚体滚动速度对比、最速降线、茹科夫斯基椅、陀螺仪、车轮进动仪、角动量守恒定律等实验。最速降线是历史上第一个出现的变分法问题,也是变分法发展的标志,在生活中有很多应用,比如我国古建筑中的“大屋顶”,从侧面看,“等腰三角形”的两腰不是线段,而是两段最速降线,在夏季暴雨时,可以使落在屋顶的雨水以最快的速度流走。此外,该原理还应用于粮食仓储物流工程设计、游乐场滑梯设计等。通过最速降线演示,引导营员深入了解转动惯量、角速度、角加速度的概念,掌握刚体转动运动规律与知识。
科技交流行
科技交流行活动包括名家大师面对面、科技前沿讲座、朋辈交流等环节。分营邀请了院士、教授、科技社团和科技创新团队与营员在思维上展开多维度、多角度的深入沟通交流,帮助营员在高中阶段树立起科研意识并提升思维的深度和广度。科技前沿讲座邀请到了北京科技大学材料科学与工程学院曹文斌教授为营员作主题为“走进材料科学的世界”讲座,曹老师围绕“什么是材料”和“北科大材料”两大主题,从航天军事、医学生物、日常生活、建筑家居等方面举例介绍各种各样的材料,深入浅出,通俗易懂。曹老师还介绍了北京科技大学材料科学与工程学院的历史进程、学科建设、师资力量等情况,呼吁营员“为中华之崛起而读书”,将个人发展与国家利益结合,积极投身材料科学领域研究,突破科技封锁,让祖国成为材料科学发展的“领头羊”。
科技少年秀
科技少年秀活动包括电磁炮实验和智能车制作体验。电磁炮实验时长为2课时,由学校自然科学中心教师授课;智能车制作体验活动以智能车制作体验为主题,由北京科技大学机械工程学院智能车队为营员演示讲解,课程分为5课时:①机械搭建及开发环境配置;②编程入门及小车红外遥控;③智能小车避障;④智能小车循迹;⑤智能小车比赛。每节课程时长2~3小时,学员全程参加,深度体验科技项目,锻炼动手操作能力。
科技存知己
科技存知己活动包括班级内部建设互动和实验问题讨论。班级内部建设互动由科技辅导员带领营员通过游戏互动、大学校园介绍等形式拉近营员与科技辅导员间的距离,实现“海内存知己,天涯若比邻”的科学营线上氛围;实验问题讨论则是由科技辅导员带领营员针对白天的实验课程进行复盘的互助,营员之间交流心得体会、互相解决动手操作中出现的问题,实现团队协作。
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