“小小科學(xué)家”在哪里？江蘇科學(xué)教育“加法”這樣做
“要在教育‘雙減’中做好科學(xué)教育加法，激發(fā)青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具備科學(xué)家潛質(zhì)、愿意獻(xiàn)身科學(xué)研究事業(yè)的青少年群體。”習(xí)近平總書(shū)記在中共中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)青少年科學(xué)教育提出要求。
如何激發(fā)青少年對(duì)科學(xué)的興趣、挖掘“具有科學(xué)家潛質(zhì)”的青少年?4月2日，第34屆江蘇省青少年科技創(chuàng)新大賽終評(píng)在太倉(cāng)落下帷幕。700余名選手?jǐn)y536個(gè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目而來(lái)，強(qiáng)勢(shì)掀起“科學(xué)發(fā)明風(fēng)暴”，其中小學(xué)組參賽項(xiàng)目156項(xiàng)、中學(xué)組290項(xiàng)、科學(xué)輔導(dǎo)員組90項(xiàng)，3000余名觀眾到場(chǎng)“觀戰(zhàn)”。記者在賽事中多方走訪，找尋“小小科學(xué)家”成長(zhǎng)的密碼。
科學(xué)發(fā)明“第一靈感”源自生活
青少年群體的科學(xué)探求欲從何而來(lái)?除了學(xué)校的科學(xué)課程，最能“戳中”青少年科學(xué)探索的點(diǎn)究竟在哪里?
記者向二十余位參賽中小學(xué)生發(fā)問(wèn)，大部分受訪者不約而同地認(rèn)為，生活中遇到的問(wèn)題、觀察到的社會(huì)現(xiàn)象是激發(fā)自己開(kāi)啟科學(xué)小發(fā)明的“第一靈感”。大賽評(píng)審、東南大學(xué)教授任祖平也認(rèn)為，大賽成果直擊生活中的熱點(diǎn)、難點(diǎn)，與實(shí)際生活貼合度越來(lái)越高。
“我看到過(guò)一則老年人長(zhǎng)時(shí)間如廁暈倒的新聞，就冒出一個(gè)想法，能不能發(fā)明一個(gè)報(bào)警器幫助老人快速發(fā)出求救信號(hào)?”江蘇省揚(yáng)州中學(xué)學(xué)生陳琪祎發(fā)明了一款智能報(bào)警馬桶裝置，不僅可以提醒老人上廁所時(shí)長(zhǎng)，還利用傳感器連接計(jì)時(shí)電子模塊和蜂鳴器，萬(wàn)一老人暈倒，裝置便可將消息通過(guò)信號(hào)發(fā)射器發(fā)送至家屬手機(jī)內(nèi)并啟動(dòng)報(bào)警，幫助老人獲得更多救治時(shí)間。
記者注意到，在現(xiàn)場(chǎng)參賽項(xiàng)目中，老人迷路自救式馬甲、防失控嬰兒車、幼兒學(xué)步機(jī)器人、AI高齡群體生活輔助器、老人起坐助力椅等發(fā)明聚焦老幼群體生活問(wèn)題，均提出了良好解決辦法。“學(xué)生將科技發(fā)明與人文關(guān)懷結(jié)合，這是非常有價(jià)值的發(fā)明方向，也是科技向善最好的注解。”南京市第二十七高級(jí)中學(xué)教師徐敏說(shuō)。
科學(xué)發(fā)明源自生活需求，但將靈感真正變成現(xiàn)實(shí)，還需要破解難題的創(chuàng)新性思維。無(wú)錫市江南中學(xué)學(xué)生劉笑然告訴記者，她發(fā)明的“指示冰箱內(nèi)食物冷藏時(shí)間的標(biāo)簽”發(fā)明思路，竟源于一部紀(jì)錄片。片中刑偵人員用京尼平(一種化學(xué)試劑)獲取嫌疑人的指紋，得知京尼平可和汗液中的氨基酸反應(yīng)變色。她進(jìn)一步設(shè)想，在低溫下假設(shè)京尼平和氨基酸產(chǎn)生反應(yīng)，是否可以通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生的不同的顏色顯示食物儲(chǔ)藏時(shí)間?最終，她證明了猜想的正確性，發(fā)明的標(biāo)簽可直觀地顯示食物的冷藏期是否超過(guò)3天。
青少年科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造并不是“空中樓閣”，而是有變成實(shí)際應(yīng)用的可能。江蘇省鎮(zhèn)江第一中學(xué)和江蘇省鎮(zhèn)江市實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)合作完成的發(fā)明“‘三段式’雙頭智能樓梯清潔機(jī)器人”，采用類高鐵的雙頭結(jié)構(gòu)，工作中大大減少機(jī)器人調(diào)頭轉(zhuǎn)彎的頻次，提高了效率。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人朱子正介紹，目前已申報(bào)發(fā)明專利，未來(lái)將繼續(xù)完善并有望轉(zhuǎn)化落地。
“緊跟時(shí)代發(fā)展需求和人才體系需要，省青少年科技創(chuàng)新大賽堅(jiān)持以賽促學(xué)、以賽促教。”省科協(xié)黨組成員、副主席方勝昔介紹，大賽中涌現(xiàn)了一批包括機(jī)械制造、智能設(shè)計(jì)、數(shù)理邏輯、生物醫(yī)藥、社科調(diào)查等相關(guān)學(xué)科的科技創(chuàng)新作品，廣大青少年充分展示充滿奇思的科技創(chuàng)新成果，盡情表達(dá)對(duì)科技問(wèn)題的深邃思考，在科技創(chuàng)新的道路上更加堅(jiān)定了學(xué)術(shù)志趣。
科學(xué)教育從“黑板教學(xué)”走向“實(shí)戰(zhàn)演練”
培養(yǎng)有科研能力的青少年，非一日之功。那么，如何評(píng)判青少年是否具備優(yōu)秀的科研潛質(zhì)?
任祖平從事青少年科學(xué)教育多年，他觀察到，青少年著手發(fā)明創(chuàng)造，不僅要具備開(kāi)展研究的基本素質(zhì)和能力、理解發(fā)明相關(guān)的基本科學(xué)原理和概念，還要掌握涉及的研究方法和關(guān)鍵技術(shù)。“青少年思想活躍，是作品創(chuàng)新點(diǎn)提出、實(shí)施和驗(yàn)證的主要貢獻(xiàn)者，他們既要準(zhǔn)確地理解研究的核心問(wèn)題，也要有能力找出研究的不足之處和局限性。”
從科學(xué)發(fā)明選題，到研究方法、可行性驗(yàn)證，每一步都馬虎不得。任祖平和來(lái)自省內(nèi)外重點(diǎn)高校、科研院所的近40名專家組成大賽評(píng)審委員會(huì)，綜合評(píng)判參賽項(xiàng)目的科研水平。另外，對(duì)于遴選參加國(guó)賽的項(xiàng)目還增加了創(chuàng)新素養(yǎng)和綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)環(huán)節(jié)，以多對(duì)多小組面試的考察方式進(jìn)行。
“評(píng)價(jià)青少年科學(xué)發(fā)明水平，創(chuàng)新性、科學(xué)性、完整性、實(shí)用性四個(gè)方面是重要參考指標(biāo)。”他進(jìn)一步解釋，可以思考以下問(wèn)題：作品的立意、提出的觀點(diǎn)以及研究的方法等是否有新意、有創(chuàng)見(jiàn)，分析問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、技術(shù)路線、數(shù)據(jù)處理方法是否獨(dú)特，發(fā)明是否符合客觀科學(xué)規(guī)律，研究方法和技術(shù)方案是否合理，研究和分析數(shù)據(jù)是否充分有說(shuō)服力，成果能否對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展或生產(chǎn)生活產(chǎn)生積極影響等。
評(píng)審專家們欣喜地發(fā)現(xiàn)，部分青少年發(fā)明成果已經(jīng)具備較強(qiáng)的可行性，符合嚴(yán)密的科學(xué)研究規(guī)范。水下割草常常受水草“糾纏”，南通代表隊(duì)的一款“防糾纏”型新一代水下割草收集裝置吸引了眾人的目光。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人肖立淳同學(xué)介紹，團(tuán)隊(duì)大膽革新，在割草機(jī)水平刀頭二側(cè)安裝豎直刀頭，縱向切割水草，變單一切割為“切豆腐式”切割，有效克服了原來(lái)因?yàn)樗?ldquo;糾纏”而切割不徹底的弊端，提高了收割的效率，在改進(jìn)型的割草機(jī)上，又加裝了推進(jìn)器，無(wú)需人工撐船，提高了收割的速度。“相較于傳統(tǒng)割草辦法，割草速度提高了將近一半，工作強(qiáng)度也大為減輕。”
“中小學(xué)科學(xué)教育已不能僅僅停留在理論教學(xué)階段，必須從‘黑板教學(xué)’走向‘實(shí)戰(zhàn)演練’。”任祖平認(rèn)為，實(shí)踐教學(xué)會(huì)讓學(xué)生理解吸收知識(shí)變得更簡(jiǎn)便，知識(shí)儲(chǔ)備體系更完善。因此，應(yīng)采用多元化手段讓青少年投入科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造，讓崇尚科學(xué)、投身科技創(chuàng)新的氛圍更濃厚。
家校聯(lián)合，科學(xué)教育做好“加法”
“雙減”政策背景下，中小學(xué)科學(xué)教育如何做好“加法”?
青少年科技創(chuàng)新，不能與所學(xué)知識(shí)“脫軌”。記者注意到，參賽項(xiàng)目中，小學(xué)階段與中學(xué)階段的發(fā)明成果與各自階段所學(xué)科學(xué)知識(shí)緊密結(jié)合。小學(xué)科學(xué)課本知識(shí)的啟蒙，激發(fā)學(xué)生的好奇心，物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球環(huán)境與宇宙科學(xué)、行為與社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域成為小學(xué)生開(kāi)啟科學(xué)發(fā)明的“鑰匙”。中學(xué)階段的發(fā)明成果，與物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等細(xì)分學(xué)科精準(zhǔn)對(duì)接，從書(shū)本走向動(dòng)手實(shí)踐，從實(shí)踐扎根科研沃土。數(shù)據(jù)佐證，此次比賽終評(píng)成果中，小學(xué)組技術(shù)類發(fā)明124項(xiàng)，占項(xiàng)目數(shù)的79%;中學(xué)組工程學(xué)類成果152項(xiàng)，占項(xiàng)目總數(shù)的52%。
科學(xué)研究門(mén)檻較高，青少年在創(chuàng)新過(guò)程中必然會(huì)遭遇“攔路虎”。記者了解到，短則數(shù)月，長(zhǎng)則一年，大多數(shù)參賽選手都花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間去理解實(shí)驗(yàn)原理、驗(yàn)證操作路徑的科學(xué)性，并面臨多次試錯(cuò)的困境，這就需要教師和家長(zhǎng)的幫助指導(dǎo)。
目前，一批有用有趣的科學(xué)教育課程正在全省各地開(kāi)展。鹽城市第一中學(xué)教師劉國(guó)鼎基于學(xué)校3D打印創(chuàng)客空間，帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)城市新地標(biāo)，開(kāi)展3D打印技術(shù)科普活動(dòng)，形成了有地方特色的校本科技教育活動(dòng)體系;南京市玄武高級(jí)中學(xué)教師張軍響應(yīng)“天宮課堂”，設(shè)計(jì)了系列科普實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在重力環(huán)境下親身體驗(yàn)了“實(shí)心水球成像”“太空轉(zhuǎn)身”“體驗(yàn)花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)”等實(shí)驗(yàn);連云港市海頭中心小學(xué)教師謝書(shū)偉介紹，學(xué)校為學(xué)生打造了木工坊、機(jī)器人編程教室、創(chuàng)意發(fā)明小牛頓工作室等實(shí)踐平臺(tái)，從“坐著學(xué)知識(shí)”向“做中學(xué)知識(shí)”轉(zhuǎn)變。
高校教師也積極與中學(xué)生“結(jié)伴前行”。記者發(fā)現(xiàn)，在大賽參賽選手中，不乏“英才計(jì)劃”學(xué)生的身影。近日，來(lái)自南京大學(xué)、東南大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和南京師范大學(xué)的24位導(dǎo)師與14所項(xiàng)目中學(xué)的99位新學(xué)員結(jié)為“師徒”，2023年江蘇省“中學(xué)生英才計(jì)劃”揚(yáng)帆起航。江蘇作為“中學(xué)生英才計(jì)劃”首批實(shí)施省份，始終走在探索基礎(chǔ)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)的前列，十年間共培養(yǎng)優(yōu)秀中學(xué)生385名，力爭(zhēng)培養(yǎng)更多“具備科學(xué)家潛質(zhì)的青少年”。
培養(yǎng)青少年科學(xué)素養(yǎng)，家長(zhǎng)也應(yīng)肩負(fù)起責(zé)任，引導(dǎo)孩子“愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)”。任祖平舉例，許多科學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)其實(shí)可以在家務(wù)中獲得，但家務(wù)并不是簡(jiǎn)單完成即可，而是要在家務(wù)中培養(yǎng)青少年發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的辦法。比如此次大賽中就不乏這樣的成果，比如家庭自來(lái)水防漏裝置、綠植養(yǎng)護(hù)智能裝置、物聯(lián)網(wǎng)智能家用藥品盒等，從家庭中挖掘出“科學(xué)寶藏”。
劉成賀/圖
