□本报记者 郭诗语
寒假即将来临,宁波市镇海蛟川书院的学生史浩嘉并未打算彻底放松。他计划利用假期,继续研究高分子材料相关的实验与知识。去年暑假,他和同学在中国科学院宁波材料技术与工程研究所(以下简称宁波材料所)参与了一项关于高分子材料静电纺丝的课题。从初次走进实验室,到最终成功制备出一张反渗透膜,这群初中生经历了一场真正的科研初体验。
从一间实验室到一片星空,从校内夏令营到研究所的科研项目,近年来,宁波市镇海蛟川书院构建了一个层次丰富、有机联动的科技教育生态。在这里,科技不是遥远的符号,而是可亲手测试的膜片、可发射的火箭、可拆装的望远镜,是在一次次失败与成功中逐渐清晰的未来之路。这份始于好奇、成于实践的培育,或许正是通往“高水平科技自立自强”道路上,基础教育所能提供的最坚实基石。
从“小”实验室出发
2016年,化学发烧友、科学教师曹雁在学校的支持下着手创建了SMALL实验室。创建实验室的初衷朴素而直接——因为“学生很聪明,课本上的知识吃不饱”,曹雁希望提供一个能激发学生兴趣、发挥特长的小平台。其名“SMALL”寓意“以小见大”:Synthesis代表综合,Maintain代表保持好奇心,Apply代表应用,Leading代表引领,Living代表学习新鲜知识。这个属于化学爱好者的自留地,随着学校科技教育的深入,逐渐拓展成为一座融合科学、技术、工程与数学的“创梦工厂”。
这里的项目化学习扎实且“硬核”。在固态燃料火箭项目中,学生们从解剖传统炮仗开始,逐步探究氯酸钾与铝粉、硝酸钾与蔗糖等不同成分配比的燃料特性。“有些人对飞行器构造感兴趣,有些人钻研燃料配方,有些人喜欢设计外形。”曹雁描述道。学生们根据兴趣组队,在严密的安全规范下协作完成从燃料制备、壳体设计到发射测试的全过程。
为培养学生的工程实践与动手能力,学校与双鹿电池、中车集团等16家企业建立了深度合作关系。以课本上的“原电池”知识为起点,学生在校内完成从伏打电池到碱性干电池的理论学习后,走进企业车间,在师傅的指导下,亲手完成电池的加工组装。
每年暑期的SMALL夏令营,则是一场探索之旅。在一周时间里,学生们沉浸在提取精油、调配铁离子七色彩虹等数十个精心设计的实验中。“我们调配出了很丑的颜色。”几个参加过夏令营的学生笑着说。“我在失败中发现了科学的好玩之处,失败了的作品才是自己的东西。”学生方一帆在试错中萌生了持续探索的科学热情。
“大中”衔接下的科研初体验
2023年6月,蛟川书院与宁波材料所携手,启动了“拔尖创新后备人才”联合培养计划,暑期科研项目是其中的重头戏。
与SMALL夏令营由校内教师主导不同,暑期科研项目由宁波材料所主导。“宁波材料所根据导师资源提供若干前沿课题方向,我们选拔出有浓厚科研兴趣的学生参加。一名导师带3~4名学生,学生参与到真实课题中去,和研究生一起工作。”副校长虞会介绍。
上个暑假,学生陈子尧、叶继锴、史浩嘉就进入了宁波材料所,参与了“高分子材料研究——静电纺丝”项目。初入材料所,实验室集群与繁忙的研究人员让3名少年“被科学的力量所震撼”,他们感慨:“仿佛世界上最新的技术就在这里发生着。”
项目第一天,导师用生动的比喻讲解了原理:静电纺丝技术如同用高压静电将特殊液体“纺织”成极细的丝线,层层叠加形成具有微孔的薄膜,这些孔隙能允许微小分子通过,却将杂质截留。在配置关键的纺丝液时,由于对温度、环境,尤其是液体混合比例的掌握不足,他们的第一次尝试没有成功。在导师的引导下,他们寻找原因,多次调整,经过机器一夜的“纺织”,最终制成了一张轻薄而具有韧性的反渗透膜。
随后几天,他们对反渗透膜进行了各项性能测试。“其实很多实验我们事先并不知道原理,但导师让我们先去做,做出来和正确的结果会有一些差异,研究生哥哥姐姐就会带着我们分析问题。”陈子尧说。“这个过程能很好地培养我们的探究精神。”史浩嘉补充道。
这学期,在课堂上学到“海水淡化”和“反渗透膜”相关内容时,他们感到格外亲切与自信。“课本上学的是‘理所应当’的知识,动手做了才知道知识是怎么来的、是如何应用的,对科学知识的理解更加深刻了。”叶继锴说。
筑就校园科创生态
天文社团在校园里广受欢迎。天文教室内,学生郁承易、陈致轩、陈羿尧正在组装一架望远镜。从三脚架的调平、赤道仪的安装,到寻星镜与主镜的同轴调试,每一个步骤都体现着他们的耐心与严谨。他们在浙江省中小学天文知识竞赛中屡获佳绩,更在动手与计算中,锻炼了空间想象、逻辑推导与跨学科应用的能力。
“学生能把学到的数学、物理等知识在天文学中用起来。”社团指导教师应林跃说,“很多人会问,你怎么知道天体有多远、有多大、温度有多高。”他告诉记者,学生可以运用三角视差法测算近处恒星的距离,通过理解斯特藩-玻尔兹曼定律揭示恒星光度、半径与表面温度之间的内在联系,并运用其进行相关的计算推导。
谈及收获时,郁承易的话道出了社团成员共同的心声:“学习天文学让我养成了反复钻研的习惯。遇到困难的知识点,我会反复琢磨直到弄懂。”这种在挑战中获得的探索乐趣与坚韧品格,正是科技教育希望赋予学生的深层素养。
每年年末的校园科技节则将这种科创氛围推向高潮,成为全员参与的“科学狂欢”。从考验综合素养的“一站到底”科学挑战赛,到融合趣味与知识的化学游园会;从设计精妙的桥梁承重、水火箭发射等实践挑战,到令人惊叹的“空气大炮”“火焰掌”科学秀,科技节以最生动的方式,将各学科知识转化为可参与、可竞技的体验。
学校的科技教育影响深远而持久。多年来,从SMALL实验室走出的学生,许多进入高校攻读化学、材料科学等专业,在更高的学术舞台上延续着他们的科创热情。他们的成长轨迹印证了学校科技教育的初衷:通过早期的兴趣激发与实践启蒙,为学生埋下热爱科学、敢于探索的种子,为他们未来无论走向哪个领域都奠定一种基于实践的创新思维与解决问题的底气。