27名學生參加終評獲一等獎14項 總成績在全國名列第一
劉雨鑫在做實驗。
唐子博在做實驗。
在上周落下帷幕的第28屆全國青少年科技創新大賽上，北京代表隊收獲了歷屆的最好成績——27名學生參加終評，獲得一等獎14項、二等獎5項、三等獎5項，總成績在全國名列第一。這也是北京市連續第12次在全國青少年科技創新大賽中排名第一。
這些“奇思妙想”的項目，到底精彩在什么地方？北京的學生，為什么這么有想法？昨天，記者采訪了市科協及部分獲獎學生，尋找其中的答案。
中學生挑戰教科書“定理”
“當一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現的一條光亮的‘通路’，這種現象叫丁達爾現象，也叫丁達爾效應、丁澤爾現象、丁澤爾效應。”
在中學教科書上，英國物理學家約翰·丁達爾首先發現和研究的上述現象，被作為區分膠體和溶液的一種常用物理方法。
不過，當北京景山學校的劉雨鑫走進北京服裝學院應用化學實驗室后，這條教科書上的“定理”，卻被這個只有17歲的女生“否定”了。
兩年前，作為北京市后備人才培養計劃的成員，一直對化學非常感興趣的劉雨鑫，獲得了進入北京服裝學院應用化學實驗室學習、聯合做實驗的機會。一次，她不經意間拿起一支綠色的激光筆，照向一杯品紅色溶膠時，驚奇地發現，透過玻璃杯，并沒有看到“光路”。
“老師，為什么這瓶溶膠沒有丁達爾現象？和課本上說的不一樣啊，不是說這是區別溶膠和液體的辦法嗎？”劉雨鑫當即向實驗室的老師發問。在她印象里，初三化學課堂上說的是丁達爾現象可以用于區別膠體與溶液，“這還是中考的考點呢”。
讓劉雨鑫遺憾的是，老師并沒有滿足她的求知欲，而是用一句“你自己可以找到答案”“打發”了她。“幸虧老師沒有直接告訴我答案，讓我有了這個自己的發現。”劉雨鑫現在回想起來，對老師的誘導式教學表示感激。
老師的一句話，激發了劉雨鑫的斗志。喜歡鉆研的她，在大學老師的支持下，自己找來了初三化學課本、高中物理光學教材等，開始像偵探破案一樣，去尋找“丁達爾”消失背后的謎底。
實驗中，劉雨鑫自己動手制備了納米金、納米銀溶膠，并且跑到北京大學的化學實驗室，用能放大近百萬倍的透射電子顯微鏡觀察制得納米金顆粒大小。“確保制得的酒紅色的金溶膠能夠為此后的丁達爾現象實驗提供良好的膠體環境。”她用專業的研究要求自己。
為什么課堂上氫氧化鐵溶膠，會有明顯的丁達爾現象；實驗室里的納米金溶膠卻沒有？通過細心的觀察，劉雨鑫忽然發現，自己在實驗室用的是綠色激光筆，而老師在課堂上用的是紅色激光筆。
“難道是光線顏色的問題？”
帶著這個疑問，劉雨鑫從中國知網上下載了專業論文研讀，同時找來了北大、化工大學等高校的教學教材，著手研究怪現象與光線顏色的聯系。她又將課堂教學中單一的紅色激光筆，改為了多彩的色光(添加四種濾光鏡)，很驚奇地發現每次實驗得到的結果都不盡相同，并且在入射色光顏色與溶膠顏色互為互補色時，丁達爾現象完全消失。她借用大學的紫外光譜分析儀，分析得到了納米金溶膠的紫外吸收圖，然后與人眼可見光波長及顏色的對比圖相比較，終于弄清了丁達爾現象突然消失的根本原因：互補色的光線通過溶膠時，在很大程度上被溶膠吸收了。丁達爾現象的那條光亮“通路”，是由于膠體粒子對光線散射形成的；綠色正是紅色的互補色，一旦光線被吸收，自然看不到光線散射的通道。
這個研究結果，得到了實驗室老師的肯定。而劉雨鑫的探索沒有止步，她又想到了改進課堂實驗演示，將本次實驗方法運用到中學教學演示、科學普及展示中。“這樣不僅僅可以研究丁達爾現象，還可以啟發學生思考色彩的原理，色彩的光學知識。”
“金溶膠的丁達爾現象實驗——對中學化學實驗的改進”研究項目中，劉雨鑫將儀器改用酒紅色納米金溶膠，讓實驗現象更有魅力、更鮮艷，也更吸引人。
讓劉雨鑫開心的是，她的新型實驗設備，替代原有的氫氧化鐵溶膠，入駐了中國科技館進行科普演示。學校的化學老師，也“購買”她的設備。“四中還有一個老師也愿意買我的設備。”劉雨鑫驕傲地說，“我已經申請了實用新型設計專利，希望以后能讓更多同學分享我的發現。”
“做這個實驗最大的收獲，是不能拘泥于課本，就像學習不應僅僅止于考試這個層面。”劉雨鑫像個小大人似地表達自己的科學觀。
高中生發明獲歐航局“邀請”
北京四中高二學生趙嘉珩，在此次創新大賽上也以自己的“新型短距起降飛行器”獲得一等獎。正是這個發明，還讓他在瑞士日內瓦舉行的國際發明展上，收到了來自歐洲航天局的邀請：歡迎今后來我們這里工作。
從小有著當飛行員夢想，一直喜歡航天科技的趙嘉珩，高中階段在北航的實驗室開始了自己的科研之路。帶他的黃俊導師并不是飛行器方面的專家，憑著自己的興趣廣泛學習，趙嘉珩自己開始操作一種新的機翼設計方式——采用鴨翼、連翼組合式布局，有效地提升了現有大型運輸機短距起降的能力和安全性。
“以前有人提出過這種設計想法，但還沒有人真的去做。我想從航模開始進行試驗。”他把鴨翼加在了原先的小飛機上，形成串聯翼。
在去北京南部的試飛中，這個翼展1.2米、身長1.4米的飛機，成功地將起飛滑行距離從50米降低到了20多米。這也證明，趙嘉珩設計的這種串聯機翼，在實際飛行中是有效的。
此前，在日內瓦的發明展上，趙嘉珩的這項發明引起了歐洲航天局、空中客車公司、美國羅爾斯羅伊斯公司的技術人員的高度關注。這些世界頂尖的科學家，對項目進行了討論與協商，對項目的前景表示出極大的興趣，并對項目改進提出了意見。
從日內瓦回國后，趙嘉珩還接到了歐洲航天局一位官員的電子郵件。正是在這封郵件里，對方向趙嘉珩發出了邀請，希望他今后能來歐洲航天局工作。
“讀完大學，我希望能去歐洲做研究，然后回國投身中國的航天航空事業。”趙嘉珩已經開始規劃自己的學術生涯。
中學生實驗辟謠“自來水不安全”
“自來水不安全，90%不能喝。”面對網絡上這樣的流言，18歲的北師大附中高二學生唐子博，用自己的一項標準的科學研究進行了辟謠。
同樣是“后備人才”的他，高中以后進入了北京大學工學院的微生物生態與生物技術國家重點實驗室學習。這一次，他用自己在高中所學知識加上實驗室的設備，進行了一次驗證。
《飲用水管網中微生物群落特征研究》項目中，為了弄清楚飲用水管網中存在的微生物種類及其群落特征，唐子博選擇了回龍觀、潘家園、蘋果園三個不同位置的居民小區，在自來水主進水管采集水樣和微生物樣品。“小區有老建筑也有新建筑，高層、低層都有覆蓋，保證了樣品的代表性。”
在實驗室里，他用梯度離心儀、凝膠成像儀等設備對微生物進行測定，并采取了最先進的基因測序技術，在分子水平上測定了不同取樣時間和地點的6個樣品，一共獲得25518條可供測序的DNA序列，從而準確掌握了水中微生物的分布。
研究結果顯示，6個飲用水管網樣品中都不含有對人體有害的大腸桿菌等菌種，檢測出的優勢菌群均屬于對成年人無害的變形菌門和螺旋體門，分別是莫拉菌科、鹽硫桿狀菌科和螺旋體科，但總數量小于國家規定的標準。
“這表明飲用水管網中的微生物群落結構相對穩定，達到了成年人的飲用標準。”唐子博分析說，“不過查出來的微量無害菌，也有可能在一定條件下對抵抗力較差的嬰兒、老年人有害，所以建議他們最好燒開后飲用，而不要直接飲用。”
調查中，唐子博還發現，雖然取自不同地點，但是同一時間里的飲用水管網中微生物群落特征更為相似，“時間的變化比空間的變化對飲用水管網內的微生物影響更大”。他分析說，這可能是跟飲用水不同時段來水水質的波動有關，這也表明從源頭控制好飲用水水質，才能更有效的提高飲用水的生物穩定性。這條飲用水凈化的建議，得到了北京市自來水集團的認可。
用科學研究破除謠言，讓唐子博特別有成就感。“身邊也有不少同學和親戚擔心自來水安全的問題，我拿出實驗報告，還是在北大實驗室做的數據，大家一下就相信了。”他笑著說，“這就是科學知識的力量。”
跟著大學研究生、教授做實驗，也讓唐子博體會到了科研的樂趣。實驗中，他學習使用了滅菌鍋、超聲波儀、漩渦震蕩器、細胞破碎儀、離心機、凝膠成像儀、低溫冰箱等設備。
一個“百度”出來的一等獎
12歲的王祖位，是這次青少年創新大賽一等獎獲得者中年齡最小的一個。他的“啤酒滅蟻”發明，緣自家里出現的螞蟻災害，解決方案的靈感，來自一條百度知識。
家住世紀城一樓的王祖位，在夏天的時候經常發現螞蟻爬到自己家的餐桌上、柜子里。父母為此很發愁，但一時找不到螞蟻的巢穴，對這些“小不點兒”顯得很是無奈。
“有時候飯菜上桌，我們還沒有吃，螞蟻就已經趕過來了。”做完作業，王祖位也開始關注這些螞蟻，連續幾天尋找蟻穴，遺憾的是，這些來自戶外的螞蟻進入草叢就無法跟蹤了。
想用自己學的知識幫助父母解憂，王祖位嘗試著用網上說的開水燙、蟻藥驅除等辦法。試了幾次后，他發現開水燙的效果短還毀壞地板；蟻藥很容易被螞蟻躲開，對人還有毒害。
怎么辦呢？
一次無意中用百度查找螞蟻的習性，“螞蟻喜愛乙醇類液體的氣味”，一下讓王祖位眼前一亮：這比開水、蟻藥更適合家庭滅蟻啊！
乙醇就是食用酒精。王祖位于是開始倒騰家里的高度白酒，希望用高含量的乙醇吸引螞蟻然后淹死它們。結果幾次試驗，螞蟻壓根兒不待見白酒。隨后換上香甜的葡萄酒試試，依然沒有成功。
“難道乙醇不能吸引螞蟻嗎？”在懷疑的同時，王祖位嘗試著用酒精含量很低的啤酒去滅蟻。讓他意外的是，螞蟻來了！
動手能力很強的王祖位，很快用易拉罐設計出一個滅蟻器，里面放上啤酒，螞蟻爬進去后就出不來了。
“我也沒有想到，還能得到創新大獎的一等獎。”稚氣未脫的王祖位告訴記者，“可能創新發明并沒有大家想象的那么難，只要多觀察，積極去想辦法就能實現。”
新聞調查
科技資源共享：
為青少年打開創新之門
在青少年科技創新中，他們共同的感受是：能走進大學、科學院的研究所，讓自己走進了一個全新的世界。
“在學校用過光學顯微鏡，最多能放大400倍。但在北大的實驗室里，我第一次用透射電子顯微鏡觀察物體，進入了一個完全不同的世界。”劉雨鑫告訴記者，“課本里示意圖上畫的細胞壁、細胞核、線粒體，色彩斑斕地展現在眼前。”
在此之前，劉雨鑫從來沒有想到，自己還是一名高中生的時候，就能用上如此昂貴、高級的科學儀器——一臺透射電子顯微鏡，價格高達數百萬元到上千萬元；其分辨率為0.1到0.2納米（長度單位，等于十億分之一米），放大倍數可達近百萬倍。
唐子博的科研課題，也用實驗室的公函，順利取得了自來水公司的支持和信任。而對他和劉雨鑫這樣的“后備人才”來說，每人每年進大學實驗室，需要市科協給予4000元到5000元的經費支持，用于實驗室的耗材、人工等成本；大學和研究所的實驗室，也為他們的試驗再投入一定的成本。“我的自來水微生物群落試驗中，實驗室幫我找了最專業的分子測序公司，用現代技術進行DNA測定。要知道，2萬多對測試序列中，每個序列都包括300到400對堿基，這是一個非常龐大的數據。”唐子博對這樣專業的科研測試，表現出非常尊敬的心理，“光這些測序，就需要三五千元。”
而趙嘉珩的試飛花費更巨。過去三年里，他的設計、改裝、試飛等，已經耗費6萬多元人民幣。其中，他的父母給予了他大約1萬多元的支持，其余5萬元則是從北航的實驗室支出的，包括使用許多專業設備進行測試。
“如果進行更大飛機的測試，花費將是天文數字。”市科協青少部負責人告訴記者，“以前我們有個孩子，科研項目得到一位院士的支持，使用風洞進行試驗。開一次風洞就耗費數百萬元呢！”
盡管投入不小，但從事青少年科技教育的這位負責人告訴記者：很值得！“這些科技資源向青少年開放，就是為他們打開一扇專業科研的大門。他們對科學研究有著濃厚的興趣，也學有余力，有不少人未來會是科學家，這些實驗室將是他們科學之路的起點。”他說。
創辦北京青少年科技俱樂部的王綬琯院士，是中國射電天文學的開創者。他和一幫院士已經連續十多年開展青少年科技創新輔導，引導他們走上科學探索之路。牛頓23歲發現萬有引力，愛因斯坦26歲發表狹義相對論，波爾28歲提出原子模型……20世紀的100年中，諾貝爾物理學獎獲得者共計159人次，他們取得代表性成就的年齡在30歲以下的占29.9%，40歲以下的占67%。王綬琯認為，這種現象是有規律性的。在青少年培養科學興趣的關鍵期，應該有一個組織給他們領路。
“如果每年平均能有100名‘可能的科學苗子’參加科研實踐，其中有2%到3%日后會成為頂尖人才，那么積年累月，效果還是可觀的。我們沒有理由不盡力。”王綬琯說。
訪談
回歸科技創新競賽的本質
今年是調整競賽成績獎勵政策的第一年，取消了與高考錄取掛鉤的鼓勵政策。科技創新大賽對學生特別是準備高考的高中生還有沒有吸引力，是檢驗辦學理念和科技教育水平的試金石。
市科協副主席周立軍表示，北京代表隊在第28屆全國青少年科技創新大賽上取得了突出的成績，不僅展示了首都科技教育的成果，也體現了科技創新競賽回歸“創新”的本質后，對青少年依然有巨大的吸引力。
“科技教育是培養學生創新思維、訓練學生運用所學知識研究解決科學問題的必要途徑，是基礎教育體系的重要組成部分。”周立軍說。事實上，世界各國特別是發達國家，一直十分重視對青少年開展科技教育，“當成培養科技后備人才和提高國民科學素養的基礎工程。”
在周立軍看來，開展科技競賽活動是促進科技教育的一種方式，有利于學生接受系統的科學研究訓練，有利于培養學生獨立思考、自主學習、動手操作和表達展示的能力，有利于調動各方力量參與支持科技教育事業。“競賽是對教育成果的檢驗，是校外青少年科技教育實踐活動的重要形式。”他說，競賽成績與高考脫鉤，去功利化，更體現科技競賽的本質，也更能激發青少年參與科技活動的熱情。
北京在全國最先開展綜合性青少年科技競賽活動，近年來每年都有約30萬中小學生參加，同時還吸引美國等十多個國外代表隊參與。周立軍表示，今后將繼續利用首都人才和資源優勢，大力推進更加純粹的青少年科技創新活動。
“應該看到，在開展科技教育和科學普及工作中依然存在薄弱環節，最近一次調查顯示，科技教育條件在地區間和學校間存在很大差異，首都科技教育資源利用還不充分。”周立軍表示，科技教育更強調培養學生對科學的興趣和嚴謹求實的作風，更注重訓練自主學習和動手操作的能力，更需要校內外結合利用好社會資源，更重視因材施教，并且在著眼青少年科學素養普遍提升的同時，還要著力培養有潛質的科技人才。
“在開展全民科學素質行動的總要求下，全社會都應關注青少年成長，不斷改善科技教育條件，優化人才培養環境。”周立軍說。
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