全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽作品評(píng)析——以第二十一屆全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽為例
發(fā)布時(shí)間： 2025-04-07

　　編者按：作為教育部白名單賽事，全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽聚焦水主題相關(guān)科學(xué)研究，歷經(jīng)二十余屆發(fā)展，已成為培養(yǎng)青少年環(huán)保意識(shí)與科技創(chuàng)新能力的重要平臺(tái)。本文作者以第二十一屆全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽作品為例，從作品主題、研究方法、技術(shù)應(yīng)用、實(shí)踐價(jià)值等方面展開(kāi)評(píng)析，展現(xiàn)當(dāng)代中學(xué)生如何以科技之力回應(yīng)水環(huán)境保護(hù)的時(shí)代命題。 

　　

 

　　全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽作品評(píng)析——以第二十一屆全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽為例　　

 

　　徐琳瑜，張楠，北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院
　　

  一、摘要 

　　全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽旨在提升青少年科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)水資源保護(hù)意識(shí)。往屆作品有創(chuàng)新實(shí)踐融合等優(yōu)點(diǎn)但也存在不足，本文對(duì)其特點(diǎn)及不足進(jìn)行了評(píng)析，旨在鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新?lián)?dāng)，把握原則參賽。

 

　　二、全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽背景 
　　在當(dāng)今全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響的大背景下，水資源保護(hù)已然成為關(guān)乎全球可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵議題。全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽作為一項(xiàng)由生態(tài)環(huán)境部發(fā)起的極具影響力的環(huán)保公益活動(dòng)，現(xiàn)已成功舉辦二十一屆。比賽旨在對(duì)接國(guó)際賽事，鼓勵(lì)青少年對(duì)水資源保護(hù)的研究與實(shí)踐，在青少年與水資源保護(hù)領(lǐng)域之間搭建起一座意義非凡的橋梁。
　　該比賽的核心目標(biāo)之一是積極對(duì)接國(guó)際前沿賽事——斯德哥爾摩青少年水獎(jiǎng)（Stockholm Junior Water Prize, SJWP），作為久負(fù)盛名的 “斯德哥爾摩水獎(jiǎng)” 的重要分支，專(zhuān)門(mén)嘉獎(jiǎng)在水環(huán)境研究領(lǐng)域展現(xiàn)卓越才能、做出突出貢獻(xiàn)的青少年，其在國(guó)際上被譽(yù)為 “世界青少年水科技諾貝爾獎(jiǎng)”。通過(guò)與這一國(guó)際標(biāo)桿賽事的對(duì)接，我國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽為國(guó)內(nèi)青少年打開(kāi)了一扇瞭望世界水科技發(fā)展的窗口，激勵(lì)著他們向國(guó)際高水平看齊，在水資源保護(hù)科研道路上奮勇前行，促進(jìn)國(guó)際間青少年水科技理念與成果的交流碰撞。
　　從國(guó)內(nèi)發(fā)展需求來(lái)看，比賽緊密?chē)@提升青少年素養(yǎng)這一關(guān)鍵任務(wù)展開(kāi)。一方面，深入貫徹《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要（2021—2035 年）》，致力于全方位提升青少年的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)其對(duì)復(fù)雜環(huán)境問(wèn)題的探究精神與解決能力；另一方面，嚴(yán)格落實(shí)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中 “加強(qiáng)宣傳教育，把水資源、水環(huán)境保護(hù)和水情知識(shí)納入國(guó)民教育體系” 的明確要求，讓青少年群體成為水資源保護(hù)的堅(jiān)定踐行者與積極倡導(dǎo)者。
　　截至2024年，全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽已成功舉辦二十一屆，持續(xù)為青少年水科技培育注入活力。評(píng)析往屆全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽作品，一方面，有利于深入挖掘兼具創(chuàng)新性與實(shí)用性的作品，發(fā)現(xiàn)水科技人才；另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保、創(chuàng)新等意識(shí)與能力，推動(dòng)環(huán)境教育教學(xué)改革，還能向大眾普及水科技知識(shí)、傳播環(huán)保理念。
　　 
　　三、作品特點(diǎn)評(píng)析 
　　在備受矚目的第二十一屆比賽中，國(guó)內(nèi)作品綻放異彩，其鮮明特點(diǎn)可凝練為：創(chuàng)新實(shí)踐融合、情懷擔(dān)當(dāng)兼具。 
　?。ㄒ唬﹦?chuàng)新實(shí)踐融合
　　主題多元。參賽作品涉及污水低碳治理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、節(jié)水技術(shù)等多個(gè)水資源利用與保護(hù)領(lǐng)域。如特等獎(jiǎng)作品《一種太陽(yáng)光轉(zhuǎn)向聚集立體型菌藻協(xié)作污水低碳凈化裝置》就是以污水低碳處理為主題，一等獎(jiǎng)作品《違排污水源頭鎖定預(yù)警裝置》是以水質(zhì)監(jiān)測(cè)為主題。作品主題示例如表 1。
　　

 

　　研究方法多樣。參賽作品涵蓋實(shí)地調(diào)研、野外實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。如一等獎(jiǎng)作品《一種具有提質(zhì)增效型的城中村污水處理方法》綜合了實(shí)地調(diào)研、問(wèn)卷調(diào)查、實(shí)驗(yàn)室研究等多種方法。作品研究方法示例見(jiàn)表 2。
　　

 

　　采用的技術(shù)先進(jìn)。參賽作品采用了納米技術(shù)、仿生學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。如一等獎(jiǎng)作品 《磁性納米γ -Fe2O3 材料去除水中微塑料的研究》采用的是納米技術(shù)，作品《“魔鬼魚(yú)”式海洋牧場(chǎng)智能網(wǎng)箱清理機(jī)器人》則綜合采用了仿生學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。作品采用技術(shù)示例見(jiàn)表 3。
　　

 

　?。ǘ┣閼褤?dān)當(dāng)兼具
　　知行合一。學(xué)生能將中學(xué)知識(shí)運(yùn)用到發(fā)明創(chuàng)造中，針對(duì)實(shí)際問(wèn)題提出解決方案，具備較強(qiáng)實(shí)踐能力。例如第二十一屆特等獎(jiǎng)作品《一種太陽(yáng)光轉(zhuǎn)向聚集立體型菌藻協(xié)作污水低碳凈化裝置》，該作品不僅進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，還綜合了學(xué)生的生物學(xué)知識(shí)以及動(dòng)手實(shí)踐能力，采用立體型凈化裝置，為污水處理減污降碳協(xié)同增效技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供新的思路。知行合一的另一個(gè)方面是學(xué)生能將中學(xué)知識(shí)運(yùn)用到身邊場(chǎng)景，如以城市高架橋、校園、小區(qū)景觀、廚房、淋浴間等從室外到室內(nèi)等身邊場(chǎng)景為研究對(duì)象，針對(duì)實(shí)際問(wèn)題提出解決方案，具備較強(qiáng)實(shí)踐能力。作品應(yīng)用場(chǎng)景見(jiàn)表 4。
　　

 

　　情懷深厚。同學(xué)們以自己熟悉的生活地區(qū)為研究對(duì)象，例如一等獎(jiǎng)作品《基于納氏試劑與RGB系統(tǒng)的智能化氨氮檢測(cè)——以墨水湖為例》，以身邊的湖北省武漢市墨水湖為研究對(duì)象；而初中組二等獎(jiǎng)作品《山地城市道路洼地積水智能巡檢車(chē)》以小作者生活的城市重慶為研究對(duì)象。這展現(xiàn)了同學(xué)們對(duì)水科技的熱情和卓越的創(chuàng)造力，體現(xiàn)出學(xué)生保護(hù)地球家園的家國(guó)情懷，以及對(duì)美麗中國(guó)建設(shè)的深刻理解與實(shí)踐。參賽作品的研究地區(qū)示例見(jiàn)表 5。
　　

 

　　潛力巨大。參賽作品有望在科研領(lǐng)域取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果，參賽學(xué)生全方位綜合能力突出，展現(xiàn)出科技創(chuàng)新和應(yīng)用方面的實(shí)力與潛力。具體表現(xiàn)在：
　?。?）自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果顯著：參賽作品中有許多已經(jīng)獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，還有不少作品在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利過(guò)程中。
　?。?）跨學(xué)科綜合能力突出：如一等獎(jiǎng)作品《一種具有提質(zhì)增效型的城中村污水處理方法》采用了“物理隔離+生物吸收+化學(xué)反應(yīng)”三重結(jié)合的污水處理方法。
　　（3）科技創(chuàng)新實(shí)力強(qiáng)勁：如有些作品目前已經(jīng)獲得實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)，展現(xiàn)出強(qiáng)勁的科技創(chuàng)新實(shí)力。
　?。?）團(tuán)隊(duì)協(xié)作與實(shí)踐能力卓越：例如有些作品來(lái)自于學(xué)校的學(xué)科社團(tuán)，小作者們合理分工、團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同利用所學(xué)知識(shí)對(duì)身邊出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。
　?。?）未來(lái)科研人才儲(chǔ)備豐富：參加本次比賽的作者們有的還在其他全球重要賽事中獲得獎(jiǎng)勵(lì)，展現(xiàn)出了十分優(yōu)秀的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。　　

 

　　四、作品存在的不足 
　　第二十一屆比賽國(guó)內(nèi)作品在展現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也暴露出一些不足。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　技術(shù)成熟度和實(shí)用性有待提高。由于實(shí)踐有限，許多作品還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，缺乏實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，且部分作品成本過(guò)高，難以大規(guī)模推廣，導(dǎo)致其在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用價(jià)值受限。例如一些基于先進(jìn)技術(shù)的污水治理或水質(zhì)監(jiān)測(cè)作品，雖然理論上具有高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際推廣和應(yīng)用中可能受到成本、技術(shù)普及程度、維護(hù)管理難度等因素制約。建議推進(jìn)科技創(chuàng)新時(shí)，應(yīng)充分考量成本問(wèn)題，以提升作品實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與推廣可行性。
　　調(diào)研深度不足。例如某節(jié)水灌溉系統(tǒng)作品旨在通過(guò)節(jié)水灌溉系統(tǒng)提高農(nóng)業(yè)水資源的利用效率。然而，在調(diào)研過(guò)程中，學(xué)生可能過(guò)于關(guān)注灌溉系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，而忽視了不同地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源狀況和作物需水特性的差異。沒(méi)有對(duì)不同地區(qū)的土壤類(lèi)型、氣候條件、作物種類(lèi)和生長(zhǎng)周期等進(jìn)行深入調(diào)研和分析，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的灌溉系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可能無(wú)法適應(yīng)不同地區(qū)的需求。
　　研究廣度不足。缺乏對(duì)問(wèn)題本質(zhì)的深入探究，未能從系統(tǒng)角度考慮整體解決方案。例如在污水治理或節(jié)水系統(tǒng)類(lèi)作品中，當(dāng)面臨復(fù)雜實(shí)際情況，如污水成分波動(dòng)大、水壓不穩(wěn)定時(shí)，裝置容易出現(xiàn)故障，需進(jìn)一步加強(qiáng)研究廣度。
　　展示與表達(dá)能力不足。在項(xiàng)目展示和答辯環(huán)節(jié)未能清晰表達(dá)設(shè)計(jì)思路和創(chuàng)新點(diǎn)，項(xiàng)目報(bào)告撰寫(xiě)不夠規(guī)范也是去年廣泛出現(xiàn)的問(wèn)題。例如在答辯過(guò)程中，負(fù)責(zé)講解的學(xué)生明顯緊張，語(yǔ)速飛快，將原本精心設(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理一股腦兒地倒出來(lái)，沒(méi)有任何停頓或強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)。像涉及到的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，沒(méi)有用通俗易懂的語(yǔ)言解釋清楚，評(píng)委們多次提問(wèn)要求進(jìn)一步闡釋?zhuān)瑢W(xué)生才斷斷續(xù)續(xù)補(bǔ)充細(xì)節(jié)，導(dǎo)致整個(gè)答辯過(guò)程混亂無(wú)序，嚴(yán)重影響作品的展示效果。因此，展示與表達(dá)能力也是需提升的重點(diǎn)。
　　

 

　　五、參賽建議及寄語(yǔ) 
　　在參與全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽的征程中，一份精心構(gòu)思且貼合中學(xué)生實(shí)際的科學(xué)研究項(xiàng)目申報(bào)方案至關(guān)重要。申報(bào)的科學(xué)研究項(xiàng)目應(yīng)注意把握以下原則：
　?。?）創(chuàng)新性與探索性：關(guān)注當(dāng)前水科學(xué)領(lǐng)域的前沿技術(shù)和熱點(diǎn)問(wèn)題，探索新的領(lǐng)域或提出新的觀點(diǎn)和方法，提出創(chuàng)新性的解決方案和策略。
　?。?）科學(xué)性與客觀性：一是以科學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)證方法來(lái)驗(yàn)證假設(shè)和推斷，應(yīng)確保實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理、數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確、分析方法科學(xué)。二是鼓勵(lì)跨學(xué)科合作，鼓勵(lì)中學(xué)生結(jié)合生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，設(shè)計(jì)綜合性的水科技解決方案。
　　（3）實(shí)用性與應(yīng)用性：研究項(xiàng)目應(yīng)緊密結(jié)合實(shí)際需求，研究成果應(yīng)能夠解決實(shí)際問(wèn)題或具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　（4）興趣驅(qū)動(dòng)與適度性：以興趣為導(dǎo)向選擇課題，同時(shí)結(jié)合中學(xué)生自身能力和資源，確保課題的可行性。
　　水是生命之源，文明之基。第二十二屆全國(guó)中學(xué)生水科技發(fā)明比賽已經(jīng)拉開(kāi)帷幕，這是一場(chǎng)知識(shí)與實(shí)踐的盛宴，一次展現(xiàn)自我的絕佳機(jī)會(huì)，更是一份責(zé)任與擔(dān)當(dāng)?shù)膫鬟f。希望老師和同學(xué)們用科技創(chuàng)新守護(hù)碧水清流。希望同學(xué)們：
　?。?）關(guān)注現(xiàn)實(shí)，勇于擔(dān)當(dāng)，將目光投向身邊的水環(huán)境問(wèn)題，用所學(xué)知識(shí)為解決實(shí)際問(wèn)題貢獻(xiàn)力量。
　　（2）敢于創(chuàng)新，追求卓越，打破思維定勢(shì)，勇于探索未知，用科技的力量創(chuàng)造更加美好的未來(lái)。
　?。?）團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同進(jìn)步，在比賽中相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步，展現(xiàn)新時(shí)代青少年的風(fēng)采。