通過人工智能算法和神經網絡訓練,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的新產品,而是首都師范大學附屬中學幾位高中生設計的“火星基地礦物采集自動化識別及分揀系統”。“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生了濃厚的興趣,今后想繼續鉆研下去。”高二學生王韜智說。

　　這是我國加強青少年科技創新教育的一個縮影。如何激發青少年的科學好奇心?怎樣培養一批青少年科技創新人才?青少年科技創新教育還面臨哪些難題?記者日前就這些問題進行了采訪。

　　培養“創客”,為創新人才培養提供平臺

　　走進首都師范大學附屬中學的青牛創客空間,不由眼前一亮:600平方米的空間分成了“機器人廣場”“智控坊”“創想匯”等子空間,3D打印機、電路板雕刻機、數控雕刻機、新型噴繪機等先進設備應有盡有。每天下午4點以后,創客空間就是孩子們最愛來的地方。

　　王韜智和同學們的很多想法,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”,旨在培養學生提出問題、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。能不能把機械鎖改造成智能鎖,用手機去開鎖呢?

　　作為學校智控社團的成員,王韜智的想法得到了社團輔導老師李玲的支持。在她的指導下,學生們用3D打印機制作了智能鎖,安裝了步進電機來控制鎖具的門栓轉動,還編寫了適用于手機APP的解鎖程序。最終,智能鎖的項目獲得了2018年青少年創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涵,產生了濃厚的科學興趣,其探索精神、創新能力和合作意識得到不同程度的提升。

　　創客空間內擺滿了學生們的各種科創作品。大到模擬北斗導航原理的“北斗小衛星”裝置,能投籃、可對抗的機器人,小到能夠監測瓦斯濃度的自動預警安全頭盔,學生們自己建模設計的智控八音盒……令人嘆為觀止。

　　首都師大附中校長沈杰介紹,學校將創新人才培養融入教育實踐,率先在中學開展創客教育。2016年建成的青牛創客空間配備了先進實用的硬件設備,為激發和提升學生的創新力搭建了更廣闊的平臺。

　　豐富課程設計,激發孩子的好奇心

　　培養和激發青少年的好奇心,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計、科技活動等來引導創新。

　　在北京市育才學校,科技老師陳宏程把日常教學、科創活動有機結合起來。“根據我們在學生中進行的‘好奇心’問卷調查,孩子們最感興趣的是宇宙天體,其次是生命體。”陳宏程說,每周的科技創新選修課上,除了講授基本的科學知識,他還根據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,發現蟲子牢牢掛在衣服上,就對知了的‘足’產生了興趣。”陳宏程介紹,在好奇心的驅使下,當時才上五年級的學生王清石開始觀察各種昆蟲的腳,發現蜻蜓、蒼蠅、蝴蝶等昆蟲的足部各不相同。他還對傳統昆蟲足部的分類方法做了改進,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歷,小時候對家里的收音機、鬧鐘等都很感興趣,特別想拆開看看里面有什么。”機器人社團輔導老師朱安琪說,“讓孩子們動手拆一拆那些廢舊電器,從了解原理開始,慢慢培養和激發興趣。一般把東西拆開來,學生都會感嘆‘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,在一次社團活動中,一個外觀破損的吹風機成為大家拆解和學習的對象。孩子們一邊拆、一邊看,電熱絲的發熱原理、電機轉動的控制方法統統在玩中就學到手了。拿著拆下來的電熱絲和電機,學生們轉身就制作了一個棉花糖機。“孩子們圍在一起吃棉花糖,比吃火鍋還熱鬧。”

　　“我們設計‘拆客’活動,就是想通過項目式學習,讓學生在活動中學習設計理念、理論知識。”沈杰表示。據了解,首都師大附中“拆客”活動已經實現了系列化,“我拆我快樂”“我拆我懂得”“懂后再創造”“物理輕松學”等主題,極大激發了學生的創造熱情。

　　培養科技創新后備軍,還需社會各界形成合力

　　記者在采訪中發現,培養青少年科技創新人才,僅靠學校自身力量遠遠不夠,還需要校園內外共同推動,在硬件投入、課程設計、師資力量培養等方面形成合力。

　　據北京青少年科技中心有關項目負責人介紹,在眾多科學家的倡議和支持下,北京市科協充分利用高校資源,大力發現和培養有志于科學研究的優秀青少年,建設科技人才后備梯隊。通過北京青少年科技后備人才早期培養計劃等平臺選拔一批中學生走進高校和科研院所的重點實驗室,促進中學與大學教育的有機銜接,建立起高校與中學聯合發現、培養青少年科技創新人才的有效模式。

　　首都師大附中入選拔尖計劃、進入清華大學醫學院的實驗室學習的高二學生袁正家在日志中寫道:“我跟著導師和學長們一起做科研,不僅學到了知識,更重要的是接觸了真正的科學,叩開了生命科學的大門。”在這個全國頂尖的實驗室里,她得到了饒子和院士、婁智勇教授等導師的細心指導。

　　但能在中學階段走進高校、科研院所的學生畢竟是少數,如何讓更多的學生了解科學知識,掌握科學方法,成為具備科學家潛質的青少年群體?專家表示,這其中科技教師的作用十分關鍵。我國近年來下大力氣提高全民科學素質,從2017年秋季起,小學科學課程起始年級調整為一年級,科學教育納入我國基礎教育各階段。但在一些地方,科技教師的水平參差不齊、缺少培訓,教育內容難以滿足學生的學習需求。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會曾在2018年面向全市100所中小學開展了“北京市科技教師職業發展需求與科技教育現狀”的調查。綜合調查結果和專家建議,北京市科協確定了支持科技教師隊伍建設的主方向,以“科學思想與科學方法”為核心,推進專業化科技教師隊伍、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,并與有關單位成立了北京科技教育創新研究院,共同探索青少年科技創新人才的多種培養模式。

　　中國科學院院士、中國科普作家協會理事長周忠和表示:“雖然只有很少數學生最終會走上科學探索之路,但科學作為人類主要思考方式之一,對大多數從事其他職業的人們成長也大有幫助。”期待更多各界人士行動起來,為青少年科技創新教育添薪助力,為國家科技創新人才隊伍培養更多后備力量。（記者 馮 華）