真才实学搞发明的孩子:中小学科创竞赛的另一面

2024年4月,中小学科创竞赛意外从一场举报中走进公众视野。
北京邮电大学15名研究生联名举报其导师存在师德师风问题,举报材料包括两名研究生被导师差遣,帮其上初中的女儿参加创新竞赛,该科创项目以失败告终,两名学生被导师要求道歉。   
一时间,部分中小学科创竞赛的真实性引发公众质疑。网友们纷纷贴出其他中小学科创竞赛的获奖名单,感慨其科创项目名称的专业性及其体现出的科研难度,“看题目起码都是硕博士的毕业大论文啊”“太假了”之类的声音比比皆是。
网友们更是调侃这些竞赛为“代理人战争”,意指父母可能通过不正当方式替孩子参加比赛。然而,事情不可忽略的另一面是,有些中小学生确实从小就接触到优秀的教育资源,在学校、父母等的培养下,已掌握一定程度的科创能力。
这些学生能做出什么项目?学校、父母怎么培养他们的科创能力?
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2023年暑期,合肥一名小学生在少年宫的科创课上组装机器人。视觉中国
十五岁时已是科创“老手”
小学五年级,刘斯就获得一项发明专利。
她目前大二,在美国某“新常春藤”院校就读。五年级时,她还在北京某所小学就读,为了上更好的初中,家人打算让她参加一些科创竞赛,看能否走科技特长生路线。在此之前,她并未接触过相关知识,不过,从小喜欢搭乐高的她,动手创新能力不错。
她想发明一款新型拖把。她观察到,市面上现有的拖把只能擦拭地面,不太适用擦踢脚线,这款拖把可以同时满足两者所需。她将这个想法告诉学校的科学老师,得到对方的肯定,老师还帮她报名北京市少年科学院“小院士”评选比赛。
刘斯花了五个多月时间,查阅相关资料,到市场上观察各种款式型号的拖把,选定其中一款进行改良,先后改进了四代,不断更新合页款式,成功制作出功能两全的新型拖把。她记得,参加同个竞赛的学生,有做3D打印耳机的,有做兰花传粉生物学研究的,也有的制作类软体越障爬行机器人。
她觉得,自己成果的优势可能在于贴近生活。凭着这个创新,她获得该比赛的市级一等奖,当选“小院士”,晋级至全国又斩获一等奖,此后又陆续获得包括北京市中小学生金鹏科技论坛区级三等奖在内的几个竞赛奖项。母亲觉得这个创新做出来不容易,替她申请了一个专利,至今也仍替她好好地保存着项目相关的资料。
同为小学生,杨乐亚的儿子二年级,八岁的他目前正在备战WRC世界机器人大赛,每周末都需要去兴趣班训练,接下来他还需要准备另外两场机器人竞赛——5月至8月,通常是机器人编程相关竞赛的主要赛季。
一般来讲,机器人竞赛主要要求参赛者通过其掌握的机器人编程语言设计并制作出机器人,完成规定任务。杨乐亚的儿子目前已经学习Scratch等编程语言,可以通过相关程序驱动机器人完成任务。
一年级时,他参加上海市青少年机器人知识与实践竞赛,获得全市小学组一等奖,竞赛考察的除了学生机器人与人工智能方面的基础知识外,同样包括让机器人完成相应任务,例如绕障竞速、智能除草等。
得益于小学获得的几个科创奖项,刘斯以科技特长生的身份进入心仪的初中,其间参赛很少,直至高中。那时她正在做高考和留学的两手准备,为了能顺利申请到国外院校,高一时,她开始参加一些国际性赛事,例如国际基因工程机器大赛。
赛事有提供一些学习资料,更多知识是自己边做实验边学习的,不过,刘斯也早在学校打下一定的基础。她是学校化学和生物竞赛班的学生,每周除了正常的上课安排外,其他时间基本都需要泡在竞赛班里。她介绍,例如生物竞赛班,他们需要花一个月时间学完高中全部生物课程,之后再学习大学生物知识。
为了参赛,刘斯找了学校国际部的几个同学一起组队。她注意到,国际部学生平时的课程内容更多样,有的会上计算机类课程、能写代码,有的则会美术设计,“一般这些申请出国的学生,他们的特长都不止有一种。”刘斯说。
刘斯和同学在某个科技园区里租了一间实验室,平均每人大约花费一万元。实验室有老师提供指导,对方是生物医学工程背景出身,毕业于刘斯的高中,在北大、清华念完本科及硕士后,又先后在牛津大学修得博士学位并完成博士后出站考核。
刘斯打算利用基因编辑技术改造酵母菌基因。她平时喜欢做面包,还曾在B站上教学,发现很难精确控制发酵时间,从而影响面包口感。她希望能通过对质粒和载体的构建实验研发出一种计时酵母,该酵母菌可在一定时间后休眠并停止发酵。
她将想法告诉团队及实验室老师,大家都觉得可行。这个项目他们做了近八个月时间。实验本身失败率高,那个暑假她几乎都泡在实验室里,反复尝试,有时在等待聚合酶链式反应(PCR)时,她就在一旁边盯着边做暑假作业。
此项竞赛除了实验外,还需要他们搭建项目介绍的网站,采访食品安全相关的专家,做项目的商业发展规划,以及办一些教育活动,刘斯回小学上了一节讲座,浅显地讲了一下基因工程的相关知识。最终,刘斯和同学获得该竞赛的金奖,同时还获得一个最佳视频奖。
国际竞赛通常更考察学生的项目综合能力,高三时,刘斯还参加过一个创新竞赛China Thinks Big全球创新研究大挑战,该竞赛分为“学术研究类项目”和“创新行动类项目”,刘斯选的是前者,做的是进食障碍方面的学术研究。
团队成员同样有来自其他学校国际部的学生,如清华附中国际部等。这些国际部学生学过论文写作的相关知识,可以提供帮助。除了论文,她们团队还做了科普视频、宣传手册,也办画展、开讲座、写歌,项目影响力同样纳入竞赛考察范围。
最后,刘斯团队提交的论文成功入选全国论坛,答辩后又以第一名的位次晋级至全球论坛,这一阶段,她们需要提交论文的英文版,最终,在这个全球性竞赛中,她们获得铜奖。
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中小学生科创竞赛已有四十多年历史。图为2016年上海市青少年活动中心科技活动馆,青少年科创俱乐部的小会员们可以借助这里的各种工具制作自己设计的科技作品。视觉中国
科研课程、兴趣班、夏令营……
作为某“双一流”院校的学生,宋应书目前在北京某中学的一个选修课程项目中担任助教。该中学注重对学生科研能力的培养,特意开设科研课程,引进高校专家进校园指导学生,宋应书的导师为其中一名专家。
刚做助教时,宋应书时常觉得震撼,没想到这些学生接受的学术训练这么规范扎实、开始得这么早,他们大多才高一,有些是初中生。她觉得有点落差,“我辛苦了这么久来读研,获得的教育资源可能还不及北京高中生获得的学术培养。”她说。
宋应书介绍,从教学内容看,老师们给这些学生构建学术体系时,会从基础的文献查找讲起,教他们怎么做文献综述、怎么找选题、研究方法有哪些,甚至还会教他们科学记笔记的方法。而且,高校专家们本身在孵化选题上很有能力,学生只要将自己感兴趣的点跟他们交流,他们都会认真对待,慢慢引导学生深入思考,形成选题。
“真的很踏实地一步步走下来,每节课都很干(货)。”宋应书告诉南方周末记者,她本科时并未受到这么细致扎实的学术训练,研究生时导师更偏向默认他们都会,“其实在那里(反而)能补很多基础知识。”
另外,从整套教学体系上看,学生们有非常严格的时间优化表,大到哪天之前开题,小到某一阶段的研究程度,这些助教都要全程跟进。她们甚至会精确了解学生在某一周采访了谁,采访效果怎么样,帮忙看他们的采访文稿,看是否需要调整,“所有人都在帮助他把这个研究推进下去”。
如今这个科研选修课不是免费的,所有项目费用由学校和家长各承担一半,加上一些研究产生的额外材料费用,一位学生要花费上万元。“不过感觉他们在做这件事情上不会特别考虑(金钱的因素)”,宋应书说。
学生们除了每周上一节课外,还需要跟指导老师开周会,在会上汇报进度,以及交流遇到的困难,这一点类似于研究生的组会模式。当然,学生课下遇到困难也可随时跟指导老师或助教沟通,老师们会尽力帮忙。
宋应书记得,有个学生在做心理学相关的研究时,指导老师认识一位深耕这一领域的学者,特意邀请他通过线上会议给这位学生做分享、提建议。作为助教,宋应书也将这位学生的研究过程看在眼里。选题想法是他基于现实中的观察生发出来的,其间,在老师的指导下,他看了数十篇文献,写综述时反复修改了两三遍,此外也写观察日记、做模型图,最后做出来的研究很成熟。
宋应书介绍,这些学生产出的学术研究或创新行动成果基本都会拿去参赛,有些是国际性赛事,有学生的创新作品甚至还入选某个国际设计周。
在这个科研选修课程项目待久了,宋应书也观察到,选修这类课程的学生除了自己主动和跟风的,还有一类是家长希望他们来的。家长通常看得更长远,做这些学术或创新项目可能更有利于孩子申请国外高校。
同为家长,杨乐亚对孩子的未来还没有太具体的规划。不过她也了解到,有一些科创类竞赛,如全国青少年信息学奥林匹克竞赛,一等奖获奖选手有很大可能进入国家集训队,进而获得清华、北大的保送资格,哪怕不入读,凭这个竞赛成绩在申请国外名校时或许也能占有优势。
无论如何,她也已经走上培养孩子科创能力的道路。孩子3岁时,偶然间参加一个机构举办的Haba思维游戏比赛,获得第一名。机构老师认为孩子有天赋,在对方的建议下,杨乐亚将孩子送去机构兴趣班学乐高和Haba逻辑思维课程,每周上两节课,一节两个小时,每节课大约需要三四百元,直到5岁。后来慢慢过渡到Scratch编程,孩子也陆续开始参加机器人编程比赛。  
“更高级的话就要C++了,C++是纯编程语言,得等到明年。”杨乐亚说。她还关注到,有些走国际路线的孩子——他们将来很可能会申请国外名校,从小学起就在为某些国际机器人赛事做准备,比如VEX机器人竞赛。
“从功利一点的角度讲,后期如果想申请国外的大学,比如说‘藤校’之类的,那怎么判断这个小孩的综合能力比较强?(上述)这个比赛难度是非常高的,如果能取得比较好的成绩,就从侧面证明孩子这块的综合能力还是比较强的”,杨乐亚告诉南方周末记者。她也打算,等孩子三四年级的时候送他去学习相关的程序语言。
有些家长也会通过夏令营、研学营的方式培养孩子的科学兴趣,至少先让他们多体验。高治洁在航天系统工作,儿子目前初三。在他小学时,高治洁曾连续三年给他报过“火星营地”的夏令营活动。这个夏令营活动大约十二天,地点在青海冷湖。
在夏令营中,孩子可以学习如何编程、如何制作并发射小火箭,还能学做火星探测车、生物圈,夏令营老师可以提供指导。学做火箭那次,在他们前往冷湖前,夏令营老师先给他们上了十节网课,让他们了解火箭设计和制作原理,到了营地,再让他们组队制作可以回收的科学小型火箭,其间,上海交通大学相关专业的博士生们还到他们的组装现场观看、交流。
在那次夏令营的火箭设计和制作活动中,高治洁的儿子负责编程和建模,他们团队制作的火箭还以451米的飞行高度获得“最高发射奖”第一名。此次活动后,高治洁给儿子报名由中国空间技术研究院所属钱学森空间技术实验室等联合发起的“太空探索实验”青少年教育项目。
为了此项赛事,她还特意在某双一流院校给孩子借了个实验室,打算每周末让他去做实验。“如果自己再建一个实验室成本太大了,一个孩子的东西,如果有现成的实验室,找现成的就好了。”她说。遗憾的是,最后孩子的项目因为组队失败,没有继续完成。
杨乐亚也在计划,后期让儿子去参加一些高校举办的研学营,例如上海交通大学的,让他接触一些科创相关的事物,之后或许可以尝试参加一些科创课题类的竞赛。
“你说他适不适走(科创)这条路,真正能够走多远,谁都不确定,但是在学习的过程当中也要有一些收获,”杨乐亚说,“我更多地希望给他做引导之后,他有兴趣,再参加相应的比赛,这样对他来说比较好。”
(文中刘斯、杨乐亚、宋应书为化名)
南方周末记者 翁榕榕 南方周末实习生 董嘉迪
责编 刘悠翔