如何激发青少年的科学好奇心、培养青少年科技创新人才?

2021-02-22 11:23:45   来源:人民日报

通过人工智能算法和神经网络训练,输入一张矿石的图片就能分辨出它是哪类矿石。这不是某家高科技公司开发的新产品,而是首都师范大学附属中学几位高中生设计的“火星基地矿物采集自动化识别及分拣系统”。“可能在专家眼中这不算什么,但在这个过程中我们对算法模型产生了浓厚的兴趣,今后想继续钻研下去。”高二学生王韬智说。

这是我国加强青少年科技创新教育的一个缩影。如何激发青少年的科学好奇心?怎样培养一批青少年科技创新人才?青少年科技创新教育还面临哪些难题?记者日前就这些问题进行了采访。

培养“创客”,为创新人才培养提供

走进首都师范大学附属中学的青牛创客空间,不由眼前一亮:600方米的空间分成了“机器人广场”“智控坊”“创想汇”等子空间,3D打印机、电路板雕刻机、数控雕刻机、新型喷绘机等先进设备应有尽有。每天下午4点以后,创客空间就是孩子们最爱来的地方。

王韬智和同学们的很多想法,就在这里从“异想天开”变成了触手可及的作品。

上初二时,学校组织了科技主题活动——“寻找和解决生活中的不方便”,旨在培养学生提出问题、研究问题、解决问题的能力。王韬智和小伙伴们开始琢磨:常放学回家自己都得拿钥匙开门,有时忘带钥匙就开不了门,还得等爸爸妈妈下班才行。能不能把机械锁改造成智能锁,用手机去开锁呢?

作为学校智控社团的成员,王韬智的想法得到了社团辅导老师李玲的支持。在她的指导下,学生们用3D打印机制作了智能锁,安装了步进电机来控制锁具的门栓转动,还编写了适用于手机APP的解锁程序。最终,智能锁的项目获得了2018年青少年创客奥斯卡答辩展示一等奖。

在李玲看来,最欣慰的不是得奖,而是孩子们在这个过程中理解了智能控制的内涵,产生了浓厚的科学兴趣,其探索精神、创新能力和合作意识得到不同程度的提升。

创客空间内摆满了学生们的各种科创作品。大到模拟北斗导航原理的“北斗小卫星”装置,能投篮、可对抗的机器人,小到能够监测瓦斯浓度的自动预警安全头盔,学生们自己建模设计的智控八音盒……令人叹为观止。

首都师大附中校长沈杰介绍,学校将创新人才培养融入教育实践,率先在中学开展创客教育。2016年建成的青牛创客空间配备了先进实用的硬件设备,为激发和提升学生的创新力搭建了更广阔的台。

丰富课程设计,激发孩子的好奇心

培养和激发青少年的好奇心,不仅需要空间和台,还需要通过一系列丰富有趣的课程设计、科技活动等来引导创新。

在北京市育才学校,科技老师陈宏程把日常教学、科创活动有机结合起来。“根据我们在学生中进行的‘好奇心’问卷调查,孩子们最感兴趣的是宇宙天体,其次是生命体。”陈宏程说,每周的科技创新选修课上,除了讲授基本的科学知识,他还根据孩子们的兴趣爱好将其分成不同的研究小组,鼓励他们提出问题、研究问题。

“有个孩子在野外捉到知了,发现虫子牢牢挂在衣服上,就对知了的‘足’产生了兴趣。”陈宏程介绍,在好奇心的驱使下,当时才上五年级的学生王清石开始观察各种昆虫的脚,发现蜻蜓、苍蝇、蝴蝶等昆虫的足部各不相同。他还对传统昆虫足部的分类方法做了改进,写了一篇童趣盎然的“小论文”——《昆虫“脚”的那些事儿》。上完生物课,陈宏程还带着孩子们走进陶然亭公园、北京自然博物馆等场馆,让孩子们距离实地观察,亲自动手做试验,在实践中体会科学的魅力。

在首都师大附中,一项叫做“拆客”的活动也广受欢迎。

“其实很多人都有这样的经历,小时候对家里的收音机、闹钟等都很感兴趣,特别想拆开看看里面有什么。”机器人社团辅导老师朱安琪说,“让孩子们动手拆一拆那些废旧电器,从了解原理开始,慢慢培养和激发兴趣。一般把东西拆开来,学生都会感叹‘原来这么简单’,然后会参与更多的探索活动。”

朱安琪告诉记者,在一次社团活动中,一个外观破损的吹风机成为大家拆解和学的对象。孩子们一边拆、一边看,电热丝的发热原理、电机转动的控制方法统统在玩中就学到手了。拿着拆下来的电热丝和电机,学生们转身就制作了一个棉花糖机。“孩子们围在一起吃棉花糖,比吃火锅还热闹。”

“我们设计‘拆客’活动,就是想通过项目式学,让学生在活动中学设计理念、理论知识。”沈杰表示。据了解,首都师大附中“拆客”活动已经实现了系列化,“我拆我快乐”“我拆我懂得”“懂后再创造”“物理轻松学”等主题,极大激发了学生的创造热情。

培养科技创新后备军,还需社会各界形成合力

记者在采访中发现,培养青少年科技创新人才,仅靠学校自身力量远远不够,还需要校园内外共同推动,在硬件投入、课程设计、师资力量培养等方面形成合力。

据北京青少年科技中心有关项目负责人介绍,在众多科学家的倡议和支持下,北京市科协充分利用高校资源,大力发现和培养有志于科学研究的优秀青少年,建设科技人才后备梯队。通过北京青少年科技后备人才早期培养计划等台选拔一批中学生走进高校和科研院所的重点实验室,促进中学与大学教育的有机衔接,建立起高校与中学联合发现、培养青少年科技创新人才的有效模式。

首都师大附中入选拔尖计划、进入清华大学医学院的实验室学的高二学生袁正家在日志中写道:“我跟着导师和学长们一起做科研,不仅学到了知识,更重要的是接触了真正的科学,叩开了生命科学的大门。”在这个全国顶尖的实验室里,她得到了饶子和院士、娄智勇教授等导师的细心指导。

但能在中学阶段走进高校、科研院所的学生毕竟是少数,如何让更多的学生了解科学知识,掌握科学方法,成为具备科学家潜质的青少年群体?专家表示,这其中科技教师的作用十分关键。我国年来下大力气提高全民科学素质,从2017年秋季起,小学科学课程起始年级调整为一年级,科学教育纳入我国基础教育各阶段。但在一些地方,科技教师的水参差不齐、缺少培训,教育内容难以满足学生的学需求。此外,一些专职的科技老师在职称评定等方面相对困难,也在一定程度上影响了从事科技教育的积极

北京青少年科技中心、北京青少年科技教育协会曾在2018年面向全市100所中小学开展了“北京市科技教师职业发展需求与科技教育现状”的调查。综合调查结果和专家建议,北京市科协确定了支持科技教师队伍建设的主方向,以“科学思想与科学方法”为核心,推进专业化科技教师队伍、信息化科技教育手段、前瞻科技教育研究等三项基本建设,并与有关单位成立了北京科技教育创新研究院,共同探索青少年科技创新人才的多种培养模式。

中国科学院院士、中国科普作家协会理事长周忠和表示:“虽然只有很少数学生最终会走上科学探索之路,但科学作为人类主要思考方式之一,对大多数从事其他职业的人们成长也大有帮助。”期待更多各界人士行动起来,为青少年科技创新教育添薪助力,为国家科技创新人才队伍培养更多后备力量。

人民日报记者  冯华

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