“要在教育‘双减’中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。”习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时对青少年科学教育提出要求。
如何激发青少年对科学的兴趣、挖掘“具有科学家潜质”的青少年?4月2日，第34届江苏省青少年科技创新大赛终评在太仓落下帷幕。700余名选手携536个科技创新项目而来，强势掀起“科学发明风暴”，其中小学组参赛项目156项、中学组290项、科学辅导员组90项，3000余名观众到场“观战”。记者在赛事中多方走访，找寻“小小科学家”成长的密码。
科学发明“第一灵感”源自生活
青少年群体的科学探求欲从何而来?除了学校的科学课程，最能“戳中”青少年科学探索的点究竟在哪里?
记者向二十余位参赛中小学生发问，大部分受访者不约而同地认为，生活中遇到的问题、观察到的社会现象是激发自己开启科学小发明的“第一灵感”。大赛评审、东南大学教授任祖平也认为，大赛成果直击生活中的热点、难点，与实际生活贴合度越来越高。
“我看到过一则老年人长时间如厕晕倒的新闻，就冒出一个想法，能不能发明一个报警器帮助老人快速发出求救信号?”江苏省扬州中学学生陈琪祎发明了一款智能报警马桶装置，不仅可以提醒老人上厕所时长，还利用传感器连接计时电子模块和蜂鸣器，万一老人晕倒，装置便可将消息通过信号发射器发送至家属手机内并启动报警，帮助老人获得更多救治时间。
记者注意到，在现场参赛项目中，老人迷路自救式马甲、防失控婴儿车、幼儿学步机器人、AI高龄群体生活辅助器、老人起坐助力椅等发明聚焦老幼群体生活问题，均提出了良好解决办法。“学生将科技发明与人文关怀结合，这是非常有价值的发明方向，也是科技向善最好的注解。”南京市第二十七高级中学教师徐敏说。
科学发明源自生活需求，但将灵感真正变成现实，还需要破解难题的创新性思维。无锡市江南中学学生刘笑然告诉记者，她发明的“指示冰箱内食物冷藏时间的标签”发明思路，竟源于一部纪录片。片中刑侦人员用京尼平(一种化学试剂)获取嫌疑人的指纹，得知京尼平可和汗液中的氨基酸反应变色。她进一步设想，在低温下假设京尼平和氨基酸产生反应，是否可以通过反应产生的不同的颜色显示食物储藏时间?最终，她证明了猜想的正确性，发明的标签可直观地显示食物的冷藏期是否超过3天。
青少年科学发明创造并不是“空中楼阁”，而是有变成实际应用的可能。江苏省镇江第一中学和江苏省镇江市实验高级中学合作完成的发明“‘三段式’双头智能楼梯清洁机器人”，采用类高铁的双头结构，工作中大大减少机器人调头转弯的频次，提高了效率。该项目负责人朱子正介绍，目前已申报发明专利，未来将继续完善并有望转化落地。
“紧跟时代发展需求和人才体系需要，省青少年科技创新大赛坚持以赛促学、以赛促教。”省科协党组成员、副主席方胜昔介绍，大赛中涌现了一批包括机械制造、智能设计、数理逻辑、生物医药、社科调查等相关学科的科技创新作品，广大青少年充分展示充满奇思的科技创新成果，尽情表达对科技问题的深邃思考，在科技创新的道路上更加坚定了学术志趣。
科学教育从“黑板教学”走向“实战演练”
培养有科研能力的青少年，非一日之功。那么，如何评判青少年是否具备优秀的科研潜质?
任祖平从事青少年科学教育多年，他观察到，青少年着手发明创造，不仅要具备开展研究的基本素质和能力、理解发明相关的基本科学原理和概念，还要掌握涉及的研究方法和关键技术。“青少年思想活跃，是作品创新点提出、实施和验证的主要贡献者，他们既要准确地理解研究的核心问题，也要有能力找出研究的不足之处和局限性。”
从科学发明选题，到研究方法、可行性验证，每一步都马虎不得。任祖平和来自省内外重点高校、科研院所的近40名专家组成大赛评审委员会，综合评判参赛项目的科研水平。另外，对于遴选参加国赛的项目还增加了创新素养和综合素质测评环节，以多对多小组面试的考察方式进行。
“评价青少年科学发明水平，创新性、科学性、完整性、实用性四个方面是重要参考指标。”他进一步解释，可以思考以下问题：作品的立意、提出的观点以及研究的方法等是否有新意、有创见，分析问题、实验设计、技术路线、数据处理方法是否独特，发明是否符合客观科学规律，研究方法和技术方案是否合理，研究和分析数据是否充分有说服力，成果能否对经济社会发展或生产生活产生积极影响等。
评审专家们欣喜地发现，部分青少年发明成果已经具备较强的可行性，符合严密的科学研究规范。水下割草常常受水草“纠缠”，南通代表队的一款“防纠缠”型新一代水下割草收集装置吸引了众人的目光。项目负责人肖立淳同学介绍，团队大胆革新，在割草机水平刀头二侧安装竖直刀头，纵向切割水草，变单一切割为“切豆腐式”切割，有效克服了原来因为水草“纠缠”而切割不彻底的弊端，提高了收割的效率，在改进型的割草机上，又加装了推进器，无需人工撑船，提高了收割的速度。“相较于传统割草办法，割草速度提高了将近一半，工作强度也大为减轻。”
“中小学科学教育已不能仅仅停留在理论教学阶段，必须从‘黑板教学’走向‘实战演练’。”任祖平认为，实践教学会让学生理解吸收知识变得更简便，知识储备体系更完善。因此，应采用多元化手段让青少年投入科学发明创造，让崇尚科学、投身科技创新的氛围更浓厚。
家校联合，科学教育做好“加法”
“双减”政策背景下，中小学科学教育如何做好“加法”?
青少年科技创新，不能与所学知识“脱轨”。记者注意到，参赛项目中，小学阶段与中学阶段的发明成果与各自阶段所学科学知识紧密结合。小学科学课本知识的启蒙，激发学生的好奇心，物质科学、生命科学、地球环境与宇宙科学、行为与社会科学等领域成为小学生开启科学发明的“钥匙”。中学阶段的发明成果，与物理学、数学、化学、工程学、计算机科学与信息技术、环境科学等细分学科精准对接，从书本走向动手实践，从实践扎根科研沃土。数据佐证，此次比赛终评成果中，小学组技术类发明124项，占项目数的79%;中学组工程学类成果152项，占项目总数的52%。
科学研究门槛较高，青少年在创新过程中必然会遭遇“拦路虎”。记者了解到，短则数月，长则一年，大多数参赛选手都花费较长时间去理解实验原理、验证操作路径的科学性，并面临多次试错的困境，这就需要教师和家长的帮助指导。
目前，一批有用有趣的科学教育课程正在全省各地开展。盐城市第一中学教师刘国鼎基于学校3D打印创客空间，带领学生设计城市新地标，开展3D打印技术科普活动，形成了有地方特色的校本科技教育活动体系;南京市玄武高级中学教师张军响应“天宫课堂”，设计了系列科普实验，让学生在重力环境下亲身体验了“实心水球成像”“太空转身”“体验花样滑冰运动员转速调节”等实验;连云港市海头中心小学教师谢书伟介绍，学校为学生打造了木工坊、机器人编程教室、创意发明小牛顿工作室等实践平台，从“坐着学知识”向“做中学知识”转变。
高校教师也积极与中学生“结伴前行”。记者发现，在大赛参赛选手中，不乏“英才计划”学生的身影。近日，来自南京大学、东南大学、南京农业大学和南京师范大学的24位导师与14所项目中学的99位新学员结为“师徒”，2023年江苏省“中学生英才计划”扬帆起航。江苏作为“中学生英才计划”首批实施省份，始终走在探索基础学科拔尖创新人才早期培养的前列，十年间共培养优秀中学生385名，力争培养更多“具备科学家潜质的青少年”。
培养青少年科学素养，家长也应肩负起责任，引导孩子“爱科学、学科学、用科学”。任祖平举例，许多科学实践经验其实可以在家务中获得，但家务并不是简单完成即可，而是要在家务中培养青少年发现问题、分析问题、解决问题的办法。比如此次大赛中就不乏这样的成果，比如家庭自来水防漏装置、绿植养护智能装置、物联网智能家用药品盒等，从家庭中挖掘出“科学宝藏”。
刘成贺/图