第1章 从展评活动评审的角度解读竞赛规则
1.1 作品设计切合主题
每一个优秀的作品都应与主题相契合，作品主题应该着重突出设计重点和自身特色，设计重点和自身特色应以突出我国现代化建设中心思想，以及紧跟时代科技潮流为主。
1.1.1 石景山区实验小学作品《冬奥梦》
作品《冬奥梦》由北京2022年冬奥会透明会徽、LED、学校校徽三部分组成（见图1.1）。正面为冬奥会会徽，由多点彩色LED组成，寓意冬奥是每一位同学的梦想，点亮冬奥会会徽，铸就时代梦想。背面为石景山区实验小学校徽，彰显了该校秉承“扬长教育”的特色办学理念。
图1.1 作品创意图
这个作品很好地诠释了石景山区实验小学对于学校办学理念的弘扬，以及对于冬奥梦的传承与发展。
1.1.2 丰台区纪家庙小学作品《冬奥诗画系列挂件梅兰竹菊》
该系列作品（见图1.2）旨在弘扬中华民族传统文化，引领冬奥诗画风潮。梅兰竹菊“四君子”千百年来以其清雅淡泊的品质为世人所钟爱，古人把一种人格力量，一种道德情操和文化内涵都注入“四君子”之中。作品借鉴中国工笔花鸟画风格，使挂件成为宣传古诗和国画的载体。
作品选择热缩片为媒材，通过绘制、热吹、热缩、调整、压印等步骤完成。
图1.2 作品创意图
该系列作品以冬奥会吉祥物和冬奥会会徽为主题，将“冰墩墩”和中国传统文化相结合，以挂饰为媒，寓意缤纷冬奥，塑造生动的吉祥物形象。作品采用传统经典的中国风形式，包括圆形底托、玻璃球体、胶水、挂穗儿以及“冰墩墩”照片，将冬奥会的美好愿景带到生活中。1.1.3 中国人民大学附属小学作品《中国印象》
作品《中国印象》是一个充满复古气息的冬奥会献礼作品（见图1.3）。活字印刷术作为中国古代的四大发明，是所有中国人的骄傲。大家一定记得2008年北京奥运会开幕式上的活字印刷术表演，让所有人都极为震撼。时隔14年，中国再次成为奥运会的东道主，成为唯一一个既举办夏季奥运会又举办冬季奥运会的国家。现在同学们用自己的双手与智慧，通过Arduino UNO控制智能灯再现14年前那场极为壮观，让全世界人都佩服的表演。
*终呈现的效果是活字模自动起伏，像波浪一样。活字模是可以活动的字，这些字可以拿下来，换成其他的字体。整个作品分为两部分，上面是用激光切割木板和亚克力板制作的活字模，下面是用3D One软件制作的冬奥会主场馆模型，同时将智能控制的零件及用具放在主场馆模型里。为了加强作品的展示效果，增加了LED，同时多了小夜灯的功能。
1.2 作品内容积极向上
青少年设计并完成的作品内容一定要健康，青少年是我国发展的主干力量也是*主要的中坚力量，思想需积极向上。在这个标准下，灵感来源就显得尤其重要，基于作者的设计思维，老师应该对学生的创作理念加以纠偏，或者提出一些建设性的建议，以下举例说明一些令人耳目一新的设计作品。
1.2.1 昌平区回龙观第二小学作品《智能垃圾分类小助手》
《智能垃圾分类小助手》能够帮助同学开展垃圾分类宣传（见图1.4）。它利用感应传感器识别垃圾桶的分类类别，并自动播放对应垃圾桶可以投放的垃圾种类，从而帮助大家准确投放垃圾，让人们了解垃圾分类知识，让生活环境更加美好。
该作品的主要特点如下：
① 语音模块能够采集垃圾的种类信息，通过喇叭播放相应的语音。
图1.3 作品创意图
图1.4 作品创意图
② 控制板通过管脚控制红外线感应信号，当垃圾桶接收到信号时，就播放录制的垃圾分类语音。
③ 通过光线传感器控制灯的亮灭，环境光线暗时灯亮起来，提供照明。
④ 扩展的AI（人工智能）功能可实现智能识别垃圾种类。
1.2.2 中国人民大学附属小学作品《智能水面清洁助手》
《智能水面清洁助手》使用Arduino UNO作为主板，用电机来做驱动，通过舵机控制摆动的机械臂，收集垃圾。该作品还设计有遥控器，以便在岸边进行操控，如图1.5所示。
该作品体现出制作者善于在生活中发现问题，发现问题以后的第一步并不是忽略问题，而是解决问题，虽然在解决问题的过程中遇到了很多阻碍，但是作品经过一次次的改进变得越来越科技化、人性化，使得问题得到解决，极大地节约了人力、物力。这正是我们比赛所需要的精神，按照设计思路向下延伸，积极探索问题，正是我们举行比赛的核心内涵。
1.3 作品的创新性
作品不是简单的模仿或复制，在作品中应该能够体现出创作者的新奇想法，对于比赛的意义有更深层次的理解。科技创新有不同的类型，我们应该更注重创新的想法与设计。所谓原创性科技创新，是指能够经得起时间检验、构成原理性知识的科学创新和对科学知识创造性地应用，从而形成重大突破的技术创新。它是科技劳动中创新程度*高的科技创新，是科学技术这个“第一生产力”的核心要素。原创性科技创新，单从劳动的角度看，就是质量型创新劳动，它与一般劳动甚至一般科技创新劳动相比属于不同质劳动，因此在量上也不能通约。原创性科技创新已成为当代财富和价值的核心创造力。
图1.5 作品创意图
要提高个人的创新能力以及对旧方法的改革，需要注意总结前人的经验和教训。任何一项创新都不是无源之水、无本之木。因此，如何利用前人的知识和智慧在创新工作中是非常重要的，在前人的方法上加以改进和总结，也只有如此，创新工作才可以少走弯路，才可以避免很多不必要的麻烦。
1.3.1 北京市第三十五中学作品《树叶形仿生微型飞行器》
1. 研究目标
该项目立足于将微型飞行器与仿生学相结合，旨在设计制作一种树叶形仿生微型飞行器，以实现垂直起降、空中悬停等飞行性能。主要工作内容分为飞行器结构设计和飞行控制系统设计两部分，建立一个稳定的控制系统，使得飞行器在起飞、爬升、空中悬停、巡航、降落的各个阶段平稳可控，降低对操作手操作水平的要求，满足在空中不同方位和不同飞行姿态下的观测要求。与传统固定翼飞行器相比，该微型飞行器对起飞和降落的场地要求低，同时又继承了固定翼飞行器飞行效率高的优点；与旋翼直升机相比，保留了其垂直悬停能力，但又具备飞行速度快、续航航程远的特点。同时，该微型飞行器还具备常规无人机的特点，可以满足鸟类观察需求，应用前景广阔，具有巨大的开发潜力。
2. 应用的研究方法及科学原理
本项目运用了实验法、专家访谈法、文献研究法等研究方法，并进行了流体力学计算验证，采用专业流体力学软件Fluent对飞行力学性能进行模拟计算，验证树叶形飞行器飞行和操纵性能。飞行速度设为12米/秒，采用压力基求解器，S-A湍流模型，离散方法为SIMPLE方法，标准压力格式，一阶迎风格式。边界条件为速度入口、出流出口。计算采用稳态计算，计算残差小于1e-3可视为计算收敛。
3. 研究步骤及过程
飞行器的制作过程（见图1.6）是先手工剪裁轻质泡沫板，剪裁出主板和翼肋，将主板与翼肋连接处用UHU泡沫胶固定，再将电机、电调、电池、飞行器控制器等器件用焊锡焊接在一起并固定在主板上，舵机固定在主结构两侧，在舵面上安装传动装置，遥控器接收机和F4V3S飞控板连接好后，放置在中部，沿着翼肋贴上蒙皮，*后在蒙皮上贴上大小合适的树叶。
制作完毕后，同学对飞行器的气动性能、操纵性能、动力性能等进行了初步测试，包括起飞、降落、水平直线飞行、转向、悬停等飞行动作的室内试飞和模拟观测场景的室外试飞。
图1.6 树叶形仿生微型飞行器
试飞结果表明，飞行器试飞基本达到设计要求，垂起模式与平飞模式转换平稳，没出现掉高度的情况，可以基本满足鸟类观测性能需求。
4. 结论
本项目设计制作了一种树叶外形仿生微型飞行器，该飞行器采用前置并列双发动机翼身融合无尾翼布局，翼身融合体采用低速对称翼型，保证飞行器各种机动飞行气动性能；外形设计成树叶形状，配合树叶涂装具有一定隐蔽性；飞行控制采用双发差动及操纵面结合方式，控制飞行器升降、平飞、悬停等，实现飞行模式转换。
与传统固定翼飞行器相比，该微型飞行器可以垂直起降，同时又继承了固定翼飞行器飞行速度快、飞行效率高的优点；与旋翼直升机相比，保留了其垂直升降及悬停能力，但又具备飞行速度快、续航航程远的特点。可以满足鸟类静态隐蔽观察和动态飞行跟踪观察需求。
树叶形仿生微型飞行器体积约为230mm（长）×190mm（宽）×45mm（厚），质量约为103g，该作品结构简单、可靠性高、使用维护方便、易携带，不但可以用于鸟类观察，也可用于其他动植物观察，甚至军事侦察等领域，应用前景十分广阔。该作品将树叶外形与翼型结合，同时保证飞行器气动性能。飞行控制采用双发差动及操纵面结合方式，控制飞行器模式转换，模拟树叶在空中飘动。飞行器体积小，质量小，飞行速度快，机动灵活。
该作品也有一定的疏漏之处，作品飞行姿态僵硬，难以逼真模拟树叶在空中飘动，在外观制作方面还需要进一步提升制作工艺。在飞行速度方面如果是针对鸟类的观察，那么作品的飞行速度还需要进一步提升。飞行过程中噪声很大，影响观察效果。*大的问题应该是能源问题，由于目前的锂电池续航能力没有太大的提升与改变，所以作品的续航是一个很关键的问题。
1.3.2 北京市第四中学作品《想吃吗？》
1. 设计思路
该作品名称为“想吃吗？”是一种用于控制零食摄入量的智能检测设备，主要适用于肥胖青少年在日常生活中对于零食摄入量进行有效的监督。
目前市场上有两类与作品相关的APP，一类是“薄荷APP”，可以计算每种食物的卡路里，从而为肥胖青少年每天的摄入提供量化数据；另一类是“咕咚APP”，可以统计肥胖青少年每天的运动量，用步数、运动强度等指标将运动量转换为卡路里消耗。本作品在考量了这两类设计的基础之上，直接建立“消耗”与“摄入”的关联，无须家长进行转化计算，直接指导肥胖青少年“能吃还是不能吃”，以及“能吃的情况下当天可以吃哪些，哪些不能吃”。
2. 功能
如图1.7所示，正常使用时，家长将肥胖青少年喜欢的零食通过记录器放置在箱体中，系统扫描食品包装上的二维码（或条形码），通过网络直接建立相应的数据库（该数据库包括该零食量、各种物质信息等）。
肥胖青少年如果想取走对应的零食，需要通过手机扫描二维码打开箱体，在打开箱体之前通信模块会根据注册信息判断如下内容：
① 是否为拥有该箱体模块的肥胖青少年。
② 其在相应运动APP注册的信息。
③ 其当天截至开箱时消耗的卡路里信息。
之后系统将进行后台计算，以确定是否开箱或者肥胖青少年能够拿走哪些零食（种类和数量）。肥胖青少年在拿走零食时必须将拿走的零食进行扫码从而让系统了解其是否按照要求取走，如果不进行扫码则系统锁体将不能关闭。此外，如果肥胖青少年不听指示多取走零食，则系统将进入“惩罚模式”，即关闭箱体，如果肥胖青少年不消耗掉箱体已存零食热量的3倍（肥胖青少年在“惩罚模式”下要每天进行扫码以累计其消耗量），系统将不会开启电子锁，即便肥胖青少年将系统断电和重启也改变不了“惩罚模式”。
展开
