通過人工智能算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸入一張礦石的圖片就能分辨出它是哪類礦石。這不是某家高科技公司開發(fā)的新產(chǎn)品，而是首都師范大學(xué)附屬中學(xué)幾位高中生設(shè)計的“火星基地礦物采集自動化識別及分揀系統(tǒng)”。“可能在專家眼中這不算什么，但在這個過程中我們對算法模型產(chǎn)生了濃厚的興趣，今后想繼續(xù)鉆研下去。”高二學(xué)生王韜智說。
這是我國加強(qiáng)青少年科技創(chuàng)新教育的一個縮影。如何激發(fā)青少年的科學(xué)好奇心?怎樣培養(yǎng)一批青少年科技創(chuàng)新人才?青少年科技創(chuàng)新教育還面臨哪些難題?記者日前就這些問題進(jìn)行了采訪。
培養(yǎng)“創(chuàng)客”，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供平臺
走進(jìn)首都師范大學(xué)附屬中學(xué)的青牛創(chuàng)客空間，不由眼前一亮：600平方米的空間分成了“機(jī)器人廣場”“智控坊”“創(chuàng)想?yún)R”等子空間，3D打印機(jī)、電路板雕刻機(jī)、數(shù)控雕刻機(jī)、新型噴繪機(jī)等先進(jìn)設(shè)備應(yīng)有盡有。每天下午4點以后，創(chuàng)客空間就是孩子們最愛來的地方。
王韜智和同學(xué)們的很多想法，就在這里從“異想天開”變成了觸手可及的作品。
上初二時，學(xué)校組織了科技主題活動——“尋找和解決生活中的不方便”，旨在培養(yǎng)學(xué)生提出問題、研究問題、解決問題的能力。王韜智和小伙伴們開始琢磨：平常放學(xué)回家自己都得拿鑰匙開門，有時忘帶鑰匙就開不了門，還得等爸爸媽媽下班才行。能不能把機(jī)械鎖改造成智能鎖，用手機(jī)去開鎖呢?
作為學(xué)校智控社團(tuán)的成員，王韜智的想法得到了社團(tuán)輔導(dǎo)老師李玲的支持。在她的指導(dǎo)下，學(xué)生們用3D打印機(jī)制作了智能鎖，安裝了步進(jìn)電機(jī)來控制鎖具的門栓轉(zhuǎn)動，還編寫了適用于手機(jī)APP的解鎖程序。最終，智能鎖的項目獲得了2018年青少年創(chuàng)客奧斯卡答辯展示一等獎。
在李玲看來，最欣慰的不是得獎，而是孩子們在這個過程中理解了智能控制的內(nèi)涵，產(chǎn)生了濃厚的科學(xué)興趣，其探索精神、創(chuàng)新能力和合作意識得到不同程度的提升。
創(chuàng)客空間內(nèi)擺滿了學(xué)生們的各種科創(chuàng)作品。大到模擬北斗導(dǎo)航原理的“北斗小衛(wèi)星”裝置，能投籃、可對抗的機(jī)器人，小到能夠監(jiān)測瓦斯?jié)舛鹊淖詣宇A(yù)警安全頭盔，學(xué)生們自己建模設(shè)計的智控八音盒……令人嘆為觀止。
首都師大附中校長沈杰介紹，學(xué)校將創(chuàng)新人才培養(yǎng)融入教育實踐，率先在中學(xué)開展創(chuàng)客教育。2016年建成的青牛創(chuàng)客空間配備了先進(jìn)實用的硬件設(shè)備，為激發(fā)和提升學(xué)生的創(chuàng)新力搭建了更廣闊的平臺。
豐富課程設(shè)計，激發(fā)孩子的好奇心
培養(yǎng)和激發(fā)青少年的好奇心，不僅需要空間和平臺，還需要通過一系列豐富有趣的課程設(shè)計、科技活動等來引導(dǎo)創(chuàng)新。
在北京市育才學(xué)校，科技老師陳宏程把日常教學(xué)、科創(chuàng)活動有機(jī)結(jié)合起來。“根據(jù)我們在學(xué)生中進(jìn)行的‘好奇心’問卷調(diào)查，孩子們最感興趣的是宇宙天體，其次是生命體。”陳宏程說，每周的科技創(chuàng)新選修課上，除了講授基本的科學(xué)知識，他還根據(jù)孩子們的興趣愛好將其分成不同的研究小組，鼓勵他們提出問題、研究問題。
“有個孩子在野外捉到知了，發(fā)現(xiàn)蟲子牢牢掛在衣服上，就對知了的‘足’產(chǎn)生了興趣。”陳宏程介紹，在好奇心的驅(qū)使下，當(dāng)時才上五年級的學(xué)生王清石開始觀察各種昆蟲的腳，發(fā)現(xiàn)蜻蜓、蒼蠅、蝴蝶等昆蟲的足部各不相同。他還對傳統(tǒng)昆蟲足部的分類方法做了改進(jìn)，寫了一篇童趣盎然的“小論文”——《昆蟲“腳”的那些事兒》。上完生物課，陳宏程還帶著孩子們走進(jìn)陶然亭公園、北京自然博物館等場館，讓孩子們近距離實地觀察，親自動手做試驗，在實踐中體會科學(xué)的魅力。
在首都師大附中，一項叫做“拆客”的活動也廣受歡迎。
“其實很多人都有這樣的經(jīng)歷，小時候?qū)依锏氖找魴C(jī)、鬧鐘等都很感興趣，特別想拆開看看里面有什么。”機(jī)器人社團(tuán)輔導(dǎo)老師朱安琪說，“讓孩子們動手拆一拆那些廢舊電器，從了解原理開始，慢慢培養(yǎng)和激發(fā)興趣。一般把東西拆開來，學(xué)生都會感嘆‘原來這么簡單’，然后會參與更多的探索活動。”
朱安琪告訴記者，在一次社團(tuán)活動中，一個外觀破損的吹風(fēng)機(jī)成為大家拆解和學(xué)習(xí)的對象。孩子們一邊拆、一邊看，電熱絲的發(fā)熱原理、電機(jī)轉(zhuǎn)動的控制方法統(tǒng)統(tǒng)在玩中就學(xué)到手了。拿著拆下來的電熱絲和電機(jī)，學(xué)生們轉(zhuǎn)身就制作了一個棉花糖機(jī)。“孩子們圍在一起吃棉花糖，比吃火鍋還熱鬧。”
“我們設(shè)計‘拆客’活動，就是想通過項目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在活動中學(xué)習(xí)設(shè)計理念、理論知識。”沈杰表示。據(jù)了解，首都師大附中“拆客”活動已經(jīng)實現(xiàn)了系列化，“我拆我快樂”“我拆我懂得”“懂后再創(chuàng)造”“物理輕松學(xué)”等主題，極大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造熱情。
培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備軍，還需社會各界形成合力
記者在采訪中發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)青少年科技創(chuàng)新人才，僅靠學(xué)校自身力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要校園內(nèi)外共同推動，在硬件投入、課程設(shè)計、師資力量培養(yǎng)等方面形成合力。
據(jù)北京青少年科技中心有關(guān)項目負(fù)責(zé)人介紹，在眾多科學(xué)家的倡議和支持下，北京市科協(xié)充分利用高校資源，大力發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)有志于科學(xué)研究的優(yōu)秀青少年，建設(shè)科技人才后備梯隊。通過北京青少年科技后備人才早期培養(yǎng)計劃等平臺選拔一批中學(xué)生走進(jìn)高校和科研院所的重點實驗室，促進(jìn)中學(xué)與大學(xué)教育的有機(jī)銜接，建立起高校與中學(xué)聯(lián)合發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)青少年科技創(chuàng)新人才的有效模式。
首都師大附中入選拔尖計劃、進(jìn)入清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的實驗室學(xué)習(xí)的高二學(xué)生袁正家在日志中寫道：“我跟著導(dǎo)師和學(xué)長們一起做科研，不僅學(xué)到了知識，更重要的是接觸了真正的科學(xué)，叩開了生命科學(xué)的大門。”在這個全國頂尖的實驗室里，她得到了饒子和院士、婁智勇教授等導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)。
但能在中學(xué)階段走進(jìn)高校、科研院所的學(xué)生畢竟是少數(shù)，如何讓更多的學(xué)生了解科學(xué)知識，掌握科學(xué)方法，成為具備科學(xué)家潛質(zhì)的青少年群體?專家表示，這其中科技教師的作用十分關(guān)鍵。我國近年來下大力氣提高全民科學(xué)素質(zhì)，從2017年秋季起，小學(xué)科學(xué)課程起始年級調(diào)整為一年級，科學(xué)教育納入我國基礎(chǔ)教育各階段。但在一些地方，科技教師的水平參差不齊、缺少培訓(xùn)，教育內(nèi)容難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。此外，一些專職的科技老師在職稱評定等方面相對困難，也在一定程度上影響了從事科技教育的積極性。
北京青少年科技中心、北京青少年科技教育協(xié)會曾在2018年面向全市100所中小學(xué)開展了“北京市科技教師職業(yè)發(fā)展需求與科技教育現(xiàn)狀”的調(diào)查。綜合調(diào)查結(jié)果和專家建議，北京市科協(xié)確定了支持科技教師隊伍建設(shè)的主方向，以“科學(xué)思想與科學(xué)方法”為核心，推進(jìn)專業(yè)化科技教師隊伍、信息化科技教育手段、前瞻性科技教育研究等三項基本建設(shè)，并與有關(guān)單位成立了北京科技教育創(chuàng)新研究院，共同探索青少年科技創(chuàng)新人才的多種培養(yǎng)模式。
中國科學(xué)院院士、中國科普作家協(xié)會理事長周忠和表示：“雖然只有很少數(shù)學(xué)生最終會走上科學(xué)探索之路，但科學(xué)作為人類主要思考方式之一，對大多數(shù)從事其他職業(yè)的人們成長也大有幫助。”期待更多各界人士行動起來，為青少年科技創(chuàng)新教育添薪助力，為國家科技創(chuàng)新人才隊伍培養(yǎng)更多后備力量。
