通過(guò)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(kāi)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(jì)的“火星基地礦物采集自動(dòng)化識(shí)別及分揀系統(tǒng)”。“可能在專家眼中這不算什么，但在這個(gè)過(guò)程中我們對(duì)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(shuō)。
這是我國(guó)加強(qiáng)青少年科技創(chuàng)新教育的一個(gè)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(wèn)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(tái)
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(chǎng)”“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(diǎn)以后，創(chuàng)客空間就是孩子們最愛(ài)來(lái)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(kāi)”變成了觸手可及的作品。
上初二時(shí)，學(xué)校組織了科技主題活動(dòng)——“尋找和解決生活中的不方便”，旨在培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。王韜智和小伙伴們開(kāi)始琢磨：平常放學(xué)回家自己都得拿鑰匙開(kāi)門，有時(shí)忘帶鑰匙就開(kāi)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(kāi)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(lái)控制鎖具的門栓轉(zhuǎn)動(dòng)，還編寫了適用于手機(jī)APP的解鎖程序。最終，智能鎖的項(xiàng)目獲得了2018年青少年創(chuàng)客奧斯卡答辯展示一等獎(jiǎng)。
在李玲看來(lái)，最欣慰的不是得獎(jiǎng)，而是孩子們?cè)谶@個(gè)過(guò)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(shí)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(duì)抗的機(jī)器人，小到能夠監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛鹊淖詣?dòng)預(yù)警安全頭盔，學(xué)生們自己建模設(shè)計(jì)的智控八音盒……令人嘆為觀止。
首都師大附中校長(zhǎng)沈杰介紹，學(xué)校將創(chuàng)新人才培養(yǎng)融入教育實(shí)踐，率先在中學(xué)開(kāi)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(shí)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(tái)。
豐富課程設(shè)計(jì)，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(tái)，還需要通過(guò)一系列豐富有趣的課程設(shè)計(jì)、科技活動(dòng)等來(lái)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(dòng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。“根據(jù)我們?cè)趯W(xué)生中進(jìn)行的‘好奇心’問(wèn)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(shuō)，每周的科技創(chuàng)新選修課上，除了講授基本的科學(xué)知識(shí)，他還根據(jù)孩子們的興趣愛(ài)好將其分成不同的研究小組，鼓勵(lì)他們提出問(wèn)題、研究問(wèn)題。
“有個(gè)孩子在野外捉到知了，發(fā)現(xiàn)蟲子牢牢掛在衣服上，就對(duì)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(shí)才上五年級(jí)的學(xué)生王清石開(kāi)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(duì)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(chǎng)館，讓孩子們近距離實(shí)地觀察，親自動(dòng)手做試驗(yàn)，在實(shí)踐中體會(huì)科學(xué)的魅力。
在首都師大附中，一項(xiàng)叫做“拆客”的活動(dòng)也廣受歡迎。
“其實(shí)很多人都有這樣的經(jīng)歷，小時(shí)候?qū)依锏氖找魴C(jī)、鬧鐘等都很感興趣，特別想拆開(kāi)看看里面有什么。”機(jī)器人社團(tuán)輔導(dǎo)老師朱安琪說(shuō)，“讓孩子們動(dòng)手拆一拆那些廢舊電器，從了解原理開(kāi)始，慢慢培養(yǎng)和激發(fā)興趣。一般把東西拆開(kāi)來(lái)，學(xué)生都會(huì)感嘆‘原來(lái)這么簡(jiǎn)單’，然后會(huì)參與更多的探索活動(dòng)。”
朱安琪告訴記者，在一次社團(tuán)活動(dòng)中，一個(gè)外觀破損的吹風(fēng)機(jī)成為大家拆解和學(xué)習(xí)的對(duì)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(dòng)的控制方法統(tǒng)統(tǒng)在玩中就學(xué)到手了。拿著拆下來(lái)的電熱絲和電機(jī)，學(xué)生們轉(zhuǎn)身就制作了一個(gè)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?cè)O(shè)計(jì)‘拆客’活動(dòng)，就是想通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在活動(dòng)中學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)理念、理論知識(shí)。”沈杰表示。據(jù)了解，首都師大附中“拆客”活動(dòng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了系列化，“我拆我快樂(lè)”“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(huì)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(dòng)，在硬件投入、課程設(shè)計(jì)、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(xiàng)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(duì)。通過(guò)北京青少年科技后備人才早期培養(yǎng)計(jì)劃等平臺(tái)選拔一批中學(xué)生走進(jìn)高校和科研院所的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jì)劃、進(jìn)入清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)們一起做科研，不僅學(xué)到了知識(shí)，更重要的是接觸了真正的科學(xué)，叩開(kāi)了生命科學(xué)的大門。”在這個(gè)全國(guó)頂尖的實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(guó)近年來(lái)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(jí)調(diào)整為一年級(jí)，科學(xué)教育納入我國(guó)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(píng)定等方面相對(duì)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(huì)曾在2018年面向全市100所中小學(xué)開(kāi)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(duì)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(duì)伍、信息化科技教育手段、前瞻性科技教育研究等三項(xiàng)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(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)周忠和表示：“雖然只有很少數(shù)學(xué)生最終會(huì)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(duì)大多數(shù)從事其他職業(yè)的人們成長(zhǎng)也大有幫助。”期待更多各界人士行動(dòng)起來(lái)，為青少年科技創(chuàng)新教育添薪助力，為國(guó)家科技創(chuàng)新人才隊(duì)伍培養(yǎng)更多后備力量。
