全国青少年科技创新大赛落幕 北京队总成绩第一

刘雨鑫在做实验。

唐子博在做实验。

　　在上周落下帷幕的第28届全国青少年科技创新大赛上，北京代表队收获了历届的最好成绩——27名学生参加终评，获得一等奖14项、二等奖5项、三等奖5项，总成绩在全国名列第一。这也是北京市连续第12次在全国青少年科技创新大赛中排名第一。

　　这些“奇思妙想”的项目，到底精彩在什么地方？北京的学生，为什么这么有想法？昨天，记者采访了市科协及部分获奖学生，寻找其中的答案。

　　中学生挑战教科书“定理”

　　“当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的‘通路’，这种现象叫丁达尔现象，也叫丁达尔效应、丁泽尔现象、丁泽尔效应。”

　　在中学教科书上，英国物理学家约翰·丁达尔首先发现和研究的上述现象，被作为区分胶体和溶液的一种常用物理方法。

　　不过，当北京景山学校的刘雨鑫走进北京服装学院应用化学实验室后，这条教科书上的“定理”，却被这个只有17岁的女生“否定”了。

　　两年前，作为北京市后备人才培养计划的成员，一直对化学非常感兴趣的刘雨鑫，获得了进入北京服装学院应用化学实验室学习、联合做实验的机会。一次，她不经意间拿起一支绿色的激光笔，照向一杯品红色溶胶时，惊奇地发现，透过玻璃杯，并没有看到“光路”。

　　“老师，为什么这瓶溶胶没有丁达尔现象？和课本上说的不一样啊，不是说这是区别溶胶和液体的办法吗？”刘雨鑫当即向实验室的老师发问。在她印象里，初三化学课堂上说的是丁达尔现象可以用于区别胶体与溶液，“这还是中考的考点呢”。

　　让刘雨鑫遗憾的是，老师并没有满足她的求知欲，而是用一句“你自己可以找到答案”“打发”了她。“幸亏老师没有直接告诉我答案，让我有了这个自己的发现。”刘雨鑫现在回想起来，对老师的诱导式教学表示感激。

　　老师的一句话，激发了刘雨鑫的斗志。喜欢钻研的她，在大学老师的支持下，自己找来了初三化学课本、高中物理光学教材等，开始像侦探破案一样，去寻找“丁达尔”消失背后的谜底。

　　实验中，刘雨鑫自己动手制备了纳米金、纳米银溶胶，并且跑到北京大学的化学实验室，用能放大近百万倍的透射电子显微镜观察制得纳米金颗粒大小。“确保制得的酒红色的金溶胶能够为此后的丁达尔现象实验提供良好的胶体环境。”她用专业的研究要求自己。

　　为什么课堂上氢氧化铁溶胶，会有明显的丁达尔现象；实验室里的纳米金溶胶却没有？通过细心的观察，刘雨鑫忽然发现，自己在实验室用的是绿色激光笔，而老师在课堂上用的是红色激光笔。

　　“难道是光线颜色的问题？”

　　带着这个疑问，刘雨鑫从中国知网上下载了专业论文研读，同时找来了北大、化工大学等高校的教学教材，着手研究怪现象与光线颜色的联系。她又将课堂教学中单一的红色激光笔，改为了多彩的色光(添加四种滤光镜)，很惊奇地发现每次实验得到的结果都不尽相同，并且在入射色光颜色与溶胶颜色互为互补色时，丁达尔现象完全消失。她借用大学的紫外光谱分析仪，分析得到了纳米金溶胶的紫外吸收图，然后与人眼可见光波长及颜色的对比图相比较，终于弄清了丁达尔现象突然消失的根本原因：互补色的光线通过溶胶时，在很大程度上被溶胶吸收了。丁达尔现象的那条光亮“通路”，是由于胶体粒子对光线散射形成的；绿色正是红色的互补色，一旦光线被吸收，自然看不到光线散射的通道。

　　这个研究结果，得到了实验室老师的肯定。而刘雨鑫的探索没有止步，她又想到了改进课堂实验演示，将本次实验方法运用到中学教学演示、科学普及展示中。“这样不仅仅可以研究丁达尔现象，还可以启发学生思考色彩的原理，色彩的光学知识。”

　　“金溶胶的丁达尔现象实验——对中学化学实验的改进”研究项目中，刘雨鑫将仪器改用酒红色纳米金溶胶，让实验现象更有魅力、更鲜艳，也更吸引人。

　　让刘雨鑫开心的是，她的新型实验设备，替代原有的氢氧化铁溶胶，入驻了中国科技馆进行科普演示。学校的化学老师，也“购买”她的设备。“四中还有一个老师也愿意买我的设备。”刘雨鑫骄傲地说，“我已经申请了实用新型设计专利，希望以后能让更多同学分享我的发现。”

　　“做这个实验最大的收获，是不能拘泥于课本，就像学习不应仅仅止于考试这个层面。”刘雨鑫像个小大人似地表达自己的科学观。

　　高中生发明获欧航局“邀请”

　　北京四中高二学生赵嘉珩，在此次创新大赛上也以自己的“新型短距起降飞行器”获得一等奖。正是这个发明，还让他在瑞士日内瓦举行的国际发明展上，收到了来自欧洲航天局的邀请：欢迎今后来我们这里工作。

　　从小有着当飞行员梦想，一直喜欢航天科技的赵嘉珩，高中阶段在北航的实验室开始了自己的科研之路。带他的黄俊导师并不是飞行器方面的专家，凭着自己的兴趣广泛学习，赵嘉珩自己开始操作一种新的机翼设计方式——采用鸭翼、连翼组合式布局，有效地提升了现有大型运输机短距起降的能力和安全性。

　　“以前有人提出过这种设计想法，但还没有人真的去做。我想从航模开始进行试验。”他把鸭翼加在了原先的小飞机上，形成串联翼。

　　在去北京南部的试飞中，这个翼展1.2米、身长1.4米的飞机，成功地将起飞滑行距离从50米降低到了20多米。这也证明，赵嘉珩设计的这种串联机翼，在实际飞行中是有效的。

　　此前，在日内瓦的发明展上，赵嘉珩的这项发明引起了欧洲航天局、空中客车公司、美国罗尔斯罗伊斯公司的技术人员的高度关注。这些世界顶尖的科学家，对项目进行了讨论与协商，对项目的前景表示出极大的兴趣，并对项目改进提出了意见。

　　从日内瓦回国后，赵嘉珩还接到了欧洲航天局一位官员的电子邮件。正是在这封邮件里，对方向赵嘉珩发出了邀请，希望他今后能来欧洲航天局工作。

　　“读完大学，我希望能去欧洲做研究，然后回国投身中国的航天航空事业。”赵嘉珩已经开始规划自己的学术生涯。

　　中学生实验辟谣“自来水不安全”

　　“自来水不安全，90%不能喝。”面对网络上这样的流言，18岁的北师大附中高二学生唐子博，用自己的一项标准的科学研究进行了辟谣。

　　同样是“后备人才”的他，高中以后进入了北京大学工学院的微生物生态与生物技术国家重点实验室学习。这一次，他用自己在高中所学知识加上实验室的设备，进行了一次验证。

　　《饮用水管网中微生物群落特征研究》项目中，为了弄清楚饮用水管网中存在的微生物种类及其群落特征，唐子博选择了回龙观、潘家园、苹果园三个不同位置的居民小区，在自来水主进水管采集水样和微生物样品。“小区有老建筑也有新建筑，高层、低层都有覆盖，保证了样品的代表性。”

　　在实验室里，他用梯度离心仪、凝胶成像仪等设备对微生物进行测定，并采取了最先进的基因测序技术，在分子水平上测定了不同取样时间和地点的6个样品，一共获得25518条可供测序的DNA序列，从而准确掌握了水中微生物的分布。

　　研究结果显示，6个饮用水管网样品中都不含有对人体有害的大肠杆菌等菌种，检测出的优势菌群均属于对成年人无害的变形菌门和螺旋体门，分别是莫拉菌科、盐硫杆状菌科和螺旋体科，但总数量小于国家规定的标准。

　　“这表明饮用水管网中的微生物群落结构相对稳定，达到了成年人的饮用标准。”唐子博分析说，“不过查出来的微量无害菌，也有可能在一定条件下对抵抗力较差的婴儿、老年人有害，所以建议他们最好烧开后饮用，而不要直接饮用。”

　　调查中，唐子博还发现，虽然取自不同地点，但是同一时间里的饮用水管网中微生物群落特征更为相似，“时间的变化比空间的变化对饮用水管网内的微生物影响更大”。他分析说，这可能是跟饮用水不同时段来水水质的波动有关，这也表明从源头控制好饮用水水质，才能更有效的提高饮用水的生物稳定性。这条饮用水净化的建议，得到了北京市自来水集团的认可。

　　用科学研究破除谣言，让唐子博特别有成就感。“身边也有不少同学和亲戚担心自来水安全的问题，我拿出实验报告，还是在北大实验室做的数据，大家一下就相信了。”他笑着说，“这就是科学知识的力量。”

　　跟着大学研究生、教授做实验，也让唐子博体会到了科研的乐趣。实验中，他学习使用了灭菌锅、超声波仪、漩涡震荡器、细胞破碎仪、离心机、凝胶成像仪、低温冰箱等设备。

　　一个“百度”出来的一等奖

　　12岁的王祖位，是这次青少年创新大赛一等奖获得者中年龄最小的一个。他的“啤酒灭蚁”发明，缘自家里出现的蚂蚁灾害，解决方案的灵感，来自一条百度知识。

　　家住世纪城一楼的王祖位，在夏天的时候经常发现蚂蚁爬到自己家的餐桌上、柜子里。父母为此很发愁，但一时找不到蚂蚁的巢穴，对这些“小不点儿”显得很是无奈。

　　“有时候饭菜上桌，我们还没有吃，蚂蚁就已经赶过来了。”做完作业，王祖位也开始关注这些蚂蚁，连续几天寻找蚁穴，遗憾的是，这些来自户外的蚂蚁进入草丛就无法跟踪了。

　　想用自己学的知识帮助父母解忧，王祖位尝试着用网上说的开水烫、蚁药驱除等办法。试了几次后，他发现开水烫的效果短还毁坏地板；蚁药很容易被蚂蚁躲开，对人还有毒害。

　　怎么办呢？

　　一次无意中用百度查找蚂蚁的习性，“蚂蚁喜爱乙醇类液体的气味”，一下让王祖位眼前一亮：这比开水、蚁药更适合家庭灭蚁啊！

　　乙醇就是食用酒精。王祖位于是开始倒腾家里的高度白酒，希望用高含量的乙醇吸引蚂蚁然后淹死它们。结果几次试验，蚂蚁压根儿不待见白酒。随后换上香甜的葡萄酒试试，依然没有成功。

　　“难道乙醇不能吸引蚂蚁吗？”在怀疑的同时，王祖位尝试着用酒精含量很低的啤酒去灭蚁。让他意外的是，蚂蚁来了！

　　动手能力很强的王祖位，很快用易拉罐设计出一个灭蚁器，里面放上啤酒，蚂蚁爬进去后就出不来了。

　　“我也没有想到，还能得到创新大奖的一等奖。”稚气未脱的王祖位告诉记者，“可能创新发明并没有大家想象的那么难，只要多观察，积极去想办法就能实现。”

　　新闻调查

　　科技资源共享：

　　为青少年打开创新之门

　　在青少年科技创新中，他们共同的感受是：能走进大学、科学院的研究所，让自己走进了一个全新的世界。

　　“在学校用过光学显微镜，最多能放大400倍。但在北大的实验室里，我第一次用透射电子显微镜观察物体，进入了一个完全不同的世界。”刘雨鑫告诉记者，“课本里示意图上画的细胞壁、细胞核、线粒体，色彩斑斓地展现在眼前。”

　　在此之前，刘雨鑫从来没有想到，自己还是一名高中生的时候，就能用上如此昂贵、高级的科学仪器——一台透射电子显微镜，价格高达数百万元到上千万元；其分辨率为0.1到0.2纳米(长度单位，等于十亿分之一米)，放大倍数可达近百万倍。

　　唐子博的科研课题，也用实验室的公函，顺利取得了自来水公司的支持和信任。而对他和刘雨鑫这样的“后备人才”来说，每人每年进大学实验室，需要市科协给予4000元到5000元的经费支持，用于实验室的耗材、人工等成本；大学和研究所的实验室，也为他们的试验再投入一定的成本。“我的自来水微生物群落试验中，实验室帮我找了最专业的分子测序公司，用现代技术进行DNA测定。要知道，2万多对测试序列中，每个序列都包括300到400对碱基，这是一个非常庞大的数据。”唐子博对这样专业的科研测试，表现出非常尊敬的心理，“光这些测序，就需要三五千元。”

　　而赵嘉珩的试飞花费更巨。过去三年里，他的设计、改装、试飞等，已经耗费6万多元人民币。其中，他的父母给予了他大约1万多元的支持，其余5万元则是从北航的实验室支出的，包括使用许多专业设备进行测试。

　　“如果进行更大飞机的测试，花费将是天文数字。”市科协青少部负责人告诉记者，“以前我们有个孩子，科研项目得到一位院士的支持，使用风洞进行试验。开一次风洞就耗费数百万元呢！”

　　尽管投入不小，但从事青少年科技教育的这位负责人告诉记者：很值得！“这些科技资源向青少年开放，就是为他们打开一扇专业科研的大门。他们对科学研究有着浓厚的兴趣，也学有余力，有不少人未来会是科学家，这些实验室将是他们科学之路的起点。”他说。

　　创办北京青少年科技俱乐部的王绶琯院士，是中国射电天文学的开创者。他和一帮院士已经连续十多年开展青少年科技创新辅导，引导他们走上科学探索之路。牛顿23岁发现万有引力，爱因斯坦26岁发表狭义相对论，波尔28岁提出原子模型……20世纪的100年中，诺贝尔物理学奖获得者共计159人次，他们取得代表性成就的年龄在30岁以下的占29.9%，40岁以下的占67%。王绶琯认为，这种现象是有规律性的。在青少年培养科学兴趣的关键期，应该有一个组织给他们领路。

　　“如果每年平均能有100名‘可能的科学苗子’参加科研实践，其中有2%到3%日后会成为顶尖人才，那么积年累月，效果还是可观的。我们没有理由不尽力。”王绶琯说。

　　访谈

　　回归科技创新竞赛的本质

　　今年是调整竞赛成绩奖励政策的第一年，取消了与高考录取挂钩的鼓励政策。科技创新大赛对学生特别是准备高考的高中生还有没有吸引力，是检验办学理念和科技教育水平的试金石。

　　市科协副主席周立军表示，北京代表队在第28届全国青少年科技创新大赛上取得了突出的成绩，不仅展示了首都科技教育的成果，也体现了科技创新竞赛回归“创新”的本质后，对青少年依然有巨大的吸引力。

　　“科技教育是培养学生创新思维、训练学生运用所学知识研究解决科学问题的必要途径，是基础教育体系的重要组成部分。”周立军说。事实上，世界各国特别是发达国家，一直十分重视对青少年开展科技教育，“当成培养科技后备人才和提高国民科学素养的基础工程。”

　　在周立军看来，开展科技竞赛活动是促进科技教育的一种方式，有利于学生接受系统的科学研究训练，有利于培养学生独立思考、自主学习、动手操作和表达展示的能力，有利于调动各方力量参与支持科技教育事业。“竞赛是对教育成果的检验，是校外青少年科技教育实践活动的重要形式。”他说，竞赛成绩与高考脱钩，去功利化，更体现科技竞赛的本质，也更能激发青少年参与科技活动的热情。

　　北京在全国最先开展综合性青少年科技竞赛活动，近年来每年都有约30万中小学生参加，同时还吸引美国等十多个国外代表队参与。周立军表示，今后将继续利用首都人才和资源优势，大力推进更加纯粹的青少年科技创新活动。

　　“应该看到，在开展科技教育和科学普及工作中依然存在薄弱环节，最近一次调查显示，科技教育条件在地区间和学校间存在很大差异，首都科技教育资源利用还不充分。”周立军表示，科技教育更强调培养学生对科学的兴趣和严谨求实的作风，更注重训练自主学习和动手操作的能力，更需要校内外结合利用好社会资源，更重视因材施教，并且在着眼青少年科学素养普遍提升的同时，还要着力培养有潜质的科技人才。

　　“在开展全民科学素质行动的总要求下，全社会都应关注青少年成长，不断改善科技教育条件，优化人才培养环境。”周立军说。记者 童曙泉