第36届北京青少年创新大赛暨第16届北京青少年机器人竞赛上的科技酷品：明明可以靠颜值他们偏要拼科技

　　文并摄/记者 吕择 张星海

　　探月机器人、车用可移动警示牌、可食抗菌明胶包装膜制备……这些既实用又“高大上”的创意科技成品都是第36届北京青少年科技创新大赛和第16届北京青少年机器人竞赛现场的展示作品，两场比赛同时在中国科学院大学举行。在3月25日至27日之间，北京市“最富有创意”的中学生都聚集到了美丽的国科大，进行了一场科学思维的碰撞。

　　舞台不再需要灯光师

　　北京市第十二中学的周鹤杨非常喜欢做主持人，享受在追光灯下的感觉。他发现追光灯都靠灯光师用人力来操作，一场演出下来非常辛苦。他采用红外激光管发射红外线的方式来确定歌手的位置。在舞台边缘、对侧分别布置红外发射器和接收器，用来判断遮挡关系来确定歌手的坐标。歌手的位置得到以后，分别计算出追光灯的水平角和俯仰角。控制水平舵机和俯仰舵机，带动追光灯旋转到指定的位置。这样一来，即使有很多的伴舞，因为歌手的相对位置确定，追光灯也不会受到伴舞的干扰而远离歌手。

　　那么如果是演小品或者话剧，需要多个演员怎么办?周鹤杨坦言，这是他下一步研究所解决的问题。周鹤杨也荣获了创新大赛二等奖，预祝他接下来研究顺利，能够改善灯光师们辛劳的工作。

　　可以吃的包装袋

　　当我们泡方便面时，首先必须打开方便面桶盖，再把里面的调料包撕开，将料包倒出才能倒开水泡。北京第四中学(初中部)的许艺涵同学嫌这个太麻烦，于是她发明了一种可食用的抗菌的明胶包装膜。有了这种包装膜，方便面打开桶盖就能泡了，而且彻底告别了白色污染。当然，这种包装膜可不仅仅用于包装方便面的调料，许多食品包装都可使用它。这种透明的包装膜不但安全可食，而且抑菌性强，重要的是价格也很低廉。它本身是从动物骨头提取的蛋白质明胶为原料，以玫瑰提取物或者橘子皮提取物作为天然抗菌剂，复合制成的一种可食抗菌的明胶膜。这项发明专家给出的评价是为理想安全的可食食品包装膜的工业化提供了依据。

　　高颜值的智能安全拐杖

　　如今的“小鲜肉”明明可以靠颜值吃饭，他们却偏要拼智商啊!他们手中拿着的智能拐杖，获得了本次创新大赛的境外组一等奖，同时它也是非常有应用前景的智能硬件。它的原理非常简单，通过握力传感器和角度惯性传感器可以感知到老人是否跌倒，一旦发生异常，立刻会通过Arduino芯片短信传送到联系人的手机上。不仅如此，老人与拐杖相关联的手机还会通过专门的APP立刻发送紧急信息给一个或多个联系人。当然智能拐杖上还有一个紧急按钮，用于老人主动求助。

　　不再令人尴尬的警示牌

　　当你开车时突然出现故障的时候，需要在车后方摆放三角警示牌以告知后车。“车用可移动警示牌机器人”解决了这一问题，只需要利用手机就能够一键放置和回收三角警示牌。机器人采用单片机进行底层控制，驱动电机、舵机以及移动设备发送的指令。道路标线通过摄像头来捕捉。机器人采用的履带平台承重大、抓地力强。而采用的WiFi通讯，可以在100米内稳定工作。

　　这项发明看似简单，却用到了控制算法编程、软件架构、手机应用开发、机械和电路搭建等知识，可见要解决这个简单的问题并不是那么容易的，作品荣获一等奖桂冠。

　　语音控制的护理机器人

　　在病人中，最难照顾的就是瘫痪在床的病人。北京市第二中学分校的孙得伦(初中组)曾亲眼目睹瘫痪病人卧床不起给自己和家人带来的痛苦，他决心发明一款可以伺候瘫痪病人的护理机器人。

　　他通过实地调研和网上查找了解并总结国内外现状及病人的需求，在老师的指导下提出了自己的设计思路，并最终完成了整个项目的搭建与调试。他研制的护理机器人使用语言就可控制，病人不但可以让机器人播放音乐、关灯，还可以让其为自己喂水、按摩、活动筋骨，让机器人帮助自己坐起或者躺下，而且可以实时播报病人的当前身体状况、自动记录病人的起居状况，方便医生查看。

　　此外，本项目机器人还可通过网络将病人的信息发送给家人，使家人能远程照顾瘫痪病人。

　　吃货福音：3D打印食物

　　在打印了房屋和汽车之后，终于有人把3D打印用在“正地方”了。延庆县五中三个高中生发明的3D打印食物机器人获得大赛二等奖，这个发明满足了吃货们既能“秀”又能吃还犯懒的需求。只需要把你想吃的原料放在墨盒里，无论是果汁、奶油、面粉......随意组合，最后打印在电饼铛上加热凝固。至于形状样貌，随你创意。没有创意，也简单。它同样有一个扫描装置，把你喜欢的样子扫进去，它就照着打了。

　　自此，你可以骄傲地说，这是我自己烤的花形饼干，大大满足一个有创意的吃货的身心需求!

　　可变瘦、变胖的机器人

　　机器人之所以要这么任性，是为了适应不同的地理条件。北京市十一学校的陈靖铭所发明的可变宽度机器人是为了“高大上”的探月甚至火星的任务。

　　目前的探月机器人绝大多数都是固定结构型，当它们遇到比自己宽的沟壑或者比自己窄的洞穴往往是束手无策，采用避让的方式。能不能让机器人通过自身的改变来适应环境呢?陈靖铭用了一个非常巧妙的方法，就是几何图形当中的六边形。这种六杆结构非常灵活多变，通过摄像头来捕捉前方的路面情况，沟壑宽了就拉圆“身体”，路面窄了就“压扁”身体。不仅如此，它还能上楼、下楼、避让甚至自动恢复，对各种环境得心应手。看来，机器人体型变化可比人类减肥方便多了!它的可伸缩性能获得评委们的青睐，荣获创新大赛一等奖。

　　可摘大桃的机器人

　　北京市平谷区的大桃远近闻名，每到大桃收获季节，农民们就感觉劳动力不足，采摘人手不够。为了解决这个问题，北京师范大学附属中学平谷第一分校(高中组)的三位同学王帝、王浩文和王永嘉为农民伯伯们研制了一款大桃采摘助手机器人。这款机器人主要由三部分组成：可遥控的承载车、采摘机械臂、桃筐车。这项发明用科技彻底解放了果农，使用这个机器人，农民完全不用再爬树，他们只通过体感控制器和鼠标就可以控制机器人为他们工作了。

　　中国创客教育如何能办好?

文/记者 白竟楠
 

　　在今年北京青少年科技创新大赛举办进程中，有一间会议室正在展开着一场关于中外创客教育的论坛，中国的老师和外国的老师围坐在一起探讨到底应该如何培养创新型学生。在这里之所以没有用“人才”这个词，是因为他们有着一个共识，创客教育不仅为了培养人才，更是为了让所有的孩子都能把自己的创意通过努力变成现实。

　　创客是这样炼成的

　　什么是创客?发明家、自由职业者、科学爱好者还是有着各种新奇想法的人?对于“创客”这个词的最初定义其实很简单，英文是Maker，说的就是那些出于兴趣爱好努力把各种创意转变为现实的人。从这个定义式的解析可以看出，每一个Maker所创造出来的东西都是和别人不一样的。

　　创客也要从娃娃抓起。否则一个在学校只会乖乖听话的孩子，怎么可能走出校门就成为特立独行的The One呢?于是，在北京的各个中小学里都开始了创客课程和各种丰富多彩的创客论坛，而原先的数学、科学老师也承担起了创客教育的责任。

　　来自北京市第二中学的高凯老师是一位十分有经验的科技教师，他一直在思考一个问题：如何在中国这种大班制教学中开展个性化教育，让每个学生做自己想做的东西，而不是只会听老师的话。于是，他在自己的班上进行了一次勇敢的尝试。

　　以往每次上课的时候，高凯都会要求所有的小组按照一个原理做出同一个作品，有一次他做了一个实验，只把实验所需要的直流电机原理教给了学生，并告诉他们，这节课要讲的只有这些，至于每个小组要利用这个原理创造什么样的作品由每个小组决定。让他没想到的是，最后，每一个小组做出来的作品都不一样，比如爬虫、小车、电扇等等，但是使用的原理都是他教授的直流电机原理。

　　作为一个有着多年科技教育经验的老师，他也会对孩子的创造力感到惊奇。高凯说，这其实就是一种个性化的培养，不要限定他们的想法，这也是创客教育对科技教育的改变，把原来的重结果，变成了重过程。

　　教育界的小鲜肉——STEAM教育

　　国家主席习近平在走访了中国中关村创客空间后说过，“创客充分展示了大众创业、万众创新的活力。这种活力和创造，将会成为中国经济未来增长的不熄引擎。”奥巴马也在2014年宣布了由白宫主导的推动创客运动的整体措施。这两位国家领导人其实都想做好同一件事，那就是“STEAM教育”。

　　在此次会议上，“STEAM教育”无疑已经成为此次讨论的核心词。最早，STEAM的概念在1986年由美国国家科学委员会提出，后来美国总统布什以及奥巴马总统都指出了STEAM教育对国家城市的影响，由此在美国成为了国家战略，STEAM是Science(科学)、Technology(技术)、Engineering(工程)、Arts(艺术)、Maths(数学)的缩写。

　　请不要理解错误，这并不是“德智体美劳”全面发展的意思，而是学科交叉。

　　在我们的传统教育中，科学和数学的教学都比较完备，因为我们传统教育考虑得很周全，必须要把基础学科学好。但对于技术和工程来说相对比较薄弱一些，特别是工程，这是因为大部分老师没有这方面经验，所以，我们如何让老师先具有一些经验，然后再传授给学生是十分重要的。

　　中国力学学会科普工作委员会秘书长、清华大学航天航空学院教授高云峰说：“我理解科学是土壤，数学是根基，我们目前的教育学了比较多的数学知识，但是数学是一个基础学科，缺乏展示度，是地底下的‘树根’，能够为社会做出贡献的还需要技术支撑，所以利用技术把科学和数学这些东西融合在一起，设计出一些产品能够为社会服务，最后的工程是结果。这些全部组合起来，就是一棵完整的大树了。”

　　自由的灵魂是创意的摇篮

　　孩子们或多或少都会对学校产生反感，因为学校有很多规矩，老师都要管着学生的一举一动，如果能更自由，那该多好啊!北京十一学校的李希贵老师打开幻灯片，幻灯片上是一张照片，是老师和学生坐在书架前的沙发上聊天的场景，他们都“窝”在沙发里，他指着幻灯片上的图片说：“在这样的环境下和老师交流，你还会害怕上学吗?”这也是目前北京十一学校所推出的教育模式，事实证明，当老师真正愿意放下身份与学生平起平坐时，学生们的创意会为老师带来很多惊喜。

　　正如上海纽约大学交互媒体艺术副主管马修·贝朗格所说，对于学生来说，最重要的不是激光打印机、3D打印机这些先进的仪器，而是可以随意移动的桌椅和一个漂亮的空间。“这样的话，环境就是灵活的，可变的，无论学生需要以什么形式活动，他们都能随意对空间进行改装。”

　　马修为在场的观众展示了一张教室的照片，在教室周边的位置摆放着各种仪器设备，并且颜色设计也十分多样，每一张课桌都是独立安置，以方便老师可以轻松走到每一张桌前看到学生们正在做什么，并且每一张桌子都是带轮子的，为了方便移动。很多学生在工作室里待的不愿离去，他们甚至把工作室当成了一个玩的地方。所以，上海纽约大学的工作室均为24小时开放。他说，很多学生，尤其是还没有上大学的学生其实并不懂得太多的原理，但是他们会想尽办法达到自己的目的，最终可能就不知不觉得做到了一件在专家看来都很难的事情。

2016年机器人竞赛现场，“00后”小选手们正在紧锣密鼓地制作着他们的作品

　　创客教育哪家强?老师的角色是关键

　　马修·贝朗格举了一个有趣的例子，当上海纽约大学的创客实验室建好之后，他的一个学生为了能够进入这个实验室竟然用3D打印机复制了一份实验室的大门钥匙偷偷进入了这个实验室，为了表示对这个学生的“惩罚”，马修决定让这名学生担当实验室的负责人。

　　其实，创客不仅是机器人、3D打印，学生的爱好十分广泛，而为了满足这些学生的需求，马修让上海纽约大学实验室变得更加丰富，包含了缝纫、耕种、电子等各种各样的领域，让空间像工作坊，而不是一间教室。或许，你可以把它理解成一个能自己随便“造”的中国蓝翔。

　　既然学生可以自己随便做，根据互联网学习，那还要老师做什么?

　　老师不再是传统教育中“手把手”传授的角色，而是一个亦师亦学的过程。马修·内朗格说，学生想要研究什么不是由老师来决定的，老师的角色是鼓励学生并帮助其渡过难关，如果失败了，还有老师能“托底”。就像在瑞士的学徒制中，师父从来不会规定他的徒弟应该怎么一步步完成这个制作工程，而是交给他们组成小组自己解决，除非遇到了不可逾越的障碍。当然，大的方向是逃不出师父的手掌心儿的，只要方向是对的，随便做!

　　所以，学生创客的成长，不能完全采用开课的方式进行，更要创客的文化气氛，让学生自己决定自己要做什么，要做到这一切首先要有好老师。

国外完全开放的创客工作室

　　创客教师急需华丽转身

　　在今天，中国的“创客运动”已经是一个国家层面的战略了，不过，创客这件事儿还真不是自上而下开始的，而是自下而上开始的。起初都是由一些学校的个别老师自己对自己的学生进行创新启发，逐渐引来别的老师的学习，再上升到学校层面，直到今天引起这个“轩然大波”。

　　但是，在多数学校任课的老师都是在创客时代兴起的大背景下临时“充电”的，在与市场和行业有一定距离的情况下，学校的师资急需一个“华丽的转身”，这也是中国目前创客教育面临的一大难题。

　　北师大科学传播与教育研究中心副主任李亦菲说，首先的问题是科技教师的编制问题，这决定着师资的稳定性和队伍的质量与壮大。在教育内容方面，目前更注重的是科技技能的训练，而对于综合能力的培养较为缺失，这也是受师资所限。

　　在市场上，各种各样的创客机构纷纷开办，以机器人教育居多，而这些以营利为目的的创客机构所聘用的老师甚至让我们会觉得他们比学校的老师更专业。其实，如果单一从培训技能上来说，这些老师的工艺水平可能会比学校老师好一些，但是如果从长远来看，学校老师依然有优势，因为学校进行创客教育的目的是培养具有创客素质的学生，而不仅是创新人才。

　　为了解决这个问题，高云峰也常常奔走于各大师范教育学院里，为这些老师的后备军补充新鲜的知识。他说，对于老师来说，他们受到的挑战往往比学生还要大，因为他们必须先要把自己变成某种意义上的创客，才能去培养“小创客”，这不是一两年能够解决的事情。

　　互联网时代能为创客教育带来什么?

　　尽管创客教育潜力无限，但不得不说，在这个时代，创客教育也面临信息波的挑战。

　　在互联网的时代，可以说网络无所不知，信息超载是常有的事。那么在面临着百度也能查，Google也能讲，还有无数开放的网络课程可以看之外，老师到底应该如何“自持”呢?老师教的材料是一样的，但是受众是不一样的，学生的情况是不一样的，他们都有不同的需求。老师也是人，他们不可能满足所有学生的需求，但作为老师他们又有着引领学生的责任，所以到底老师除了教知识还应该做什么?这个问题应该是创客教育时代的一大问题。

　　其次，80后小时候家里都没有电视，没有手机，只有课本，但今天大家可以看到，每一个学生都有自己的手机、iPad，他们会通过这些电子设备充分接触外界信息，有些是有用的信息，有些是有害的信息，在海量的信息里充斥着干扰因素，让学生能够集中精力学习的能力非常有限，他们只会发140字的微博。那么，面对这个问题，老师又该怎么去教育呢，应该如何改变教育策略呢?

　　在信息飞速传播的时代，知识更是快速更新的，那么如何在知识更新十分快速的情况下让学校、教材和老师的步伐跟上呢?在全球化时代下，如何做才能让科学真正打破国家之间的界限呢?

　　哈佛医学院哈里巴布·阿桑纳里说：“我们需要像爱因斯坦这样的科学家，它打破了所有的界限，如果学生想要成为这样的人才，我们必须进行重新创造，开发学生的潜能，开发他们的大脑，让他们成为有素质的人才。”■