德昌中学物理教师赵友明搞发明

2012年11月12日，《运动频闪观测仪》获得第七届国际发明展览会发明金奖。

奖项：11月12日，第七届国际发明展览会在江苏昆山国际会展中心成功落下帷幕，德昌中学赵友明老师的专利产品《运动频闪观测仪》在展会上荣获金奖，也是四川省获得的唯一金奖。

原理：利用普通相机长时间曝光拍摄，捕捉运动物体的轨迹，将“讲实验”转化为“做实验”，操作简单，误差小，直观易懂。

影响：《运动频闪观测仪》进入了《全国理科实验配备标准》，成为全国高中物理必配的演示实验之一。

参展归来 斩获最高荣誉11月29日上午，德昌中学物理教师赵友明与平常一样，授课、辅导学生。不过，在平静的外表下，赵友明心中有着一份期盼与忧虑，“我的专利发明厂家已经在生产，成品就要出来了，不知道效果怎么样，成品出来后会不会出现大量仿制品。”

赵友明期望与担心的，正是今年在江苏昆山进行的第七届国际发明展览会上，荣获金奖的《运动频闪观测仪》。

德昌县教育局一负责人介绍，第七届国际发明展览会是目前为止我国唯一的国际发明展。在展会上，共有来自亚洲、欧洲、非洲等30余个国家近4000个项目参与评选，经过评选，赵友明老师的专利产品《运动频闪观测仪》获得发明金奖，这是此次活动中四川省获得的唯一金奖。

讲述实验 传统设备不准确不划算“我从事物理教学工作21年了，在物理教学中许多实验需要进行操作。”赵友明说，此前在教导学生进行力学实验中，测重力加速度等实验时，采用的实验仪器是打点计时器，“一根纸带，一张复写纸，仪器每0.02秒打印一下，物体落地后，纸带上留下了一连串打印的痕迹，但是加上物体摩擦、有时复写纸打印不出来等，会很大程度上影响实验的精确性。”

而除了打点计时器外，赵友明表示还有一种进行实验的方法，但是因为过于昂贵和复杂，很多学校都未采用，“用一台大功率的频闪设备不停闪烁，照射在运动体上，然后用专业的相机，捕捉每次频闪后，运动物体所处的不同位置，然后将底片冲印成照片，再进行轨迹分析和数据分析等，很复杂，而且能耗高，耗时长。”

“每当做这些实验的时候，很多时间都是老师在‘讲实验’，学生在‘听实验’，根本不是亲自实践。”赵友明说。

灵感创作 想搞一个节能又方便的东西“2005年的时候，产生了这个想法，设计发明一套实验器材，既能操作简单，又能让学生直观了解参与。”赵友明说，也就是让学生从“听实验”到真正地“做实验”。而当时，国家也提出新课改，进行物理实验与现代的教育技术相结合，“也就是充分利用电脑、相机等设备。”

在电子技术方面也颇有建树的赵友明首先想到的实验器材，是基于专业相机基础上的，而且仅限于用来捕捉运动物体的轨迹。

“当时一门心思在如何改变大功率频闪仪器问题上下功夫。”赵友明说，当初理念是将频闪设备“移植”到运动物体上，凭着自己对电子技术的掌握，很快，这个难题被攻破，“在运动物体上内置数字电路和高亮度发光二极管，输出频率为25赫兹、50赫兹，通俗地说，就是物体在运动过程中每秒闪动25次或50次。”

成功将大功率频闪设备替换掉后，赵友明将自己发明的能频闪的运动体取名为“滚动式微型频闪光源，以下简称‘运动体’。”

不过，解决运动体的问题后，专业相机的昂贵，依然让这个设备没有多大的用武之地。

歪打正着 与儿子合作成功破题“运动体制作成功后，我就尝试，用日常生活中常见的傻瓜相机实验抓拍。”赵友明说，实验时，找一个网状物品在底部兜着，然后让运动体落下，然后按动相机快门，捕捉运动物体的运动轨迹。

“反反复复，进行数十次实验，但是遗憾的是每一次实验，抓怕到的都只有一个运动体。”赵友明说，而且很清晰，根本无轨迹可寻。

2006年的一天，再次失败的赵友明让儿子赵禹杰帮忙，用相机拍摄，他抛动运动体。

“他总共拍了4张，我一张一张地往后翻，前3张都和我拍的一样，但是第四张照片上，有多个运动体的痕迹。”讲到这里，赵友明一下兴奋起来，“儿子竟然抓拍到了，我问他怎么拍的，他说不知道。”

对照片的拍摄模式进行仔细查看和研究后，赵有明恍然大悟，原来儿子在拍照片的时候，将相机快门拨到了长时间曝光档上。

“一般的傻瓜相机都有这个功能，只不过，我一直专注于专业的研究，而忽略了对相机本身的研究。”没想到一直困扰赵友明的难题，原来解决起来，那么简单，那么容易，“都陷进书里去了，却忽略了生活中的一些常识，解决方法原来一直在身边。”

花了一年多时间，赵友明的创造发明成功了。

讲解原理 捕捉轨迹验证理论“实验中，一个物体从手中落下，需要0.2至0.3秒，拍照时，将曝光时间调至1秒或者2秒，在小光圈下，运动体落下时，闪动25次或50次的痕迹，能在一张照片上能完整地以亮点显现出来，而这些亮点就是运动体运动的痕迹。”赵友明解释说，通过这些痕迹，论证重力加速度等都是轻而易举的事情。

赵友明讲解，实验很简单，需要的设备很大众化，一台电脑，一台傻瓜相机，一个运动体，加上一个挡板，整套设备就成功了。“实验不需要大功率频闪设备，不需要专业相机，不需要冲洗照片，而且实验数据精准度大大提高，操作方便，直观性强，稳定性好，最主要的是造价低。”

“现场学生做实验，马上就能在照片中体现运动体轨迹，通过直观的图像和数据，几分钟就能完成实验，并分析、研究数据。”赵友明说。

一个粗制的仪器模型出来后，赵友明在政府部门、教育部门等的支持下，大闯天下，并收获了一个个“冠军。”期间，赵友明的发明在获得荣誉的同时，也得到很多专家的建议，不断改进、完善，挡板也成演变为带刻度标尺，“这样每一个运动点，都可以给它坐标，根据坐标变化，就能归纳出运动体的运动规律等，也可反推重力加速度等，让学生更能深刻地理解和体会。”

赵友明定义自己的发明，《运动频闪观测仪》是由一个采用单片机为核心的数字电路控制输出稳定且可调的微型频闪光源作为运动体，借助移动式发光标尺为背景，配合一台数码相机及相应的实验装置，实现对运动体（频闪光源）运动轨迹的拍摄，再连接到电脑中利用电脑程序进行定量实验分析和运动体轨迹的适时观测。

“它可以对自由落体运动、平抛运动等抛体运动的运动轨迹做出精确的描述，既能提高定性观测效果，更能进一步进行实验数据的定性探究。它改进后还可以验证机械能守恒定律,研究匀变速直线运动,简谐运动等力学实验。”赵友明说。

难题解决 收获的是荣誉2007年9月，赵友明老师带着“微型频闪光源-平抛运动演示仪”（即《运动频闪观测仪》原型）在成都市参加四川省教厅举办的第八届自制教具大赛，得到了四川省教学仪器专家们的认可，获得省一等奖。

由于全国高中新课改的需要，2008年四川省的实验专家将该教具推荐给教育部教学仪器研究所的实验专家。赵友明带着它到北京做现场的实验展示，得到北京专家的充分肯定。在北京专家的指导下，赵友明老师不断改进这个教具，让它与现代教育技术相结合，使它具有更高的实用性、科学性、推广性，并将它更名为“微型频闪光源和移动式发光标尺组”。

2009年，教育部在上海市华东师范大学举办全国第七届自制教具大赛活动，四川省教厅推荐赵友明老师的教具参加比赛，获得全国一等奖，这也是四川省物理学科在这次大赛中获得的唯一全国一等奖。

2010年8月，赵友明应中国物理教育教学专业委员会的邀请，到北京师范大学参加为期一周的“2010年物理教育教学专业委员会年会和国际物理论坛”，并向全国物理教师进行新教具的展示，得到同行们的一致好评。2010年，在教育部实验专家们的建议下，赵友明将该教具正式命名为《运动频闪观测仪》。

2011年，该自制教具《运动频闪观测仪》获国家实用新型发明专利权。同时，它进入了《全国理科实验配备标准》，成为全国高中物理必配的演示实验之一，将在全国推广使用。

2012年11月12日，第七届国际发明展览会在江苏昆山如期举行，《运动频闪观测仪》获得发明金奖。

目前，赵友明的《运动频闪观测仪》已经有厂家在生产中，不久将面世。