专题]着眼世界承担相应的责任追逐理想——美国STS和ISEF科技英才竞赛活动

  研究自然杀伤免疫细胞CD56Bright和CD56Dim如何受到癌细胞的影响；

  以上科学研究课题看起来像科研机构中科学家关注并攻坚克难的目标，但出乎意料的是，这些课题的研究者其实就是年龄不超过18岁的9—12年级的中学生。

  美国17岁的莉莉安·彼得森在新闻上读到有关粮食短缺的消息，发现非洲粮食面临严峻的挑战。由于监测和报告天气和作物健康的技术较为落后，非洲国家对干旱和粮食短缺的反应十分缓慢，例如2015年和2016年的埃塞俄比亚大干旱，现存的8个相关组织都没做好准备。这种落后将导致干旱期间超过一半的国民面临粮食安全问题。因此，莉莉安决定设计一种简单的工具预测生长期早期的收成情况，从而改善粮食分配计划。经过科学探究，她设计的工具最终成功精准预测了非洲的粮食作物收成。

  出于保护自然环境的立场，来自美国俄克拉荷马州马斯科吉17岁的布伦丹·约瑟夫·克罗蒂设计并制造了一种高效的混合气体燃烧器，该燃烧器能够在一定程度上帮助减少发电和材料制造等行业的生态影响。譬如电气等行业通常使用预混合燃烧器，对火焰特性控制较少，会产生副产品气体，对我们赖以生存的环境能够造成危害。为了达成环保愿望，布伦丹作为一个中学生，自学了计算机设计软件、金属铸造和机械加工。最终，他设计的专业燃烧器系统可比工业燃烧器更耐高温，成功将排放的二氧化氮气体减少了19%。

  这些例子都体现了青少年对紧迫热点问题的关注和他们为解决社会问题而付诸的不懈努力。以上提到的所有研究均出自美国科学与大众协会举办的两项青少年科技英才竞赛项目：科学人才选拔赛（Science Talent Search，STS）和国际科学与工程大奖赛（International Science and Engineering Fair，ISEF）。

  科学人才选拔赛（STS）是美国历史最悠久、最负盛名的科学和数学竞赛，它致力于发现、启发和吸引全美高中生中最有前途的未来科学家。年满13周岁并有法定父母或监护人同意；年满18岁或脱离父母而独立生活的美国籍未成年人均有资格报名参赛。大赛作品的甄选过程具备极高的竞争性，除了研究报告、推荐信、论文外，考试成绩、课外活动和高中成绩单都可能会成为考虑因素。此外，大赛评审分为3个部分，包含对评审资格，科研水平和原创性，以及学术伦理和道德的评审。竞赛主办方会表彰300名学生，并邀请最终入围的40名学生到华盛顿参加最终评审，向公众展示他们的研究和作品，并会见著名科学家和政府领导人。在奖金设置方面，STS一等奖奖金高达25万美金，决赛选手最低可获得25 000美元奖金。

  国际科学与工程大奖赛（ISEF）是在美国举办的一年一度的全球顶级规模、级别最高的面向9—12年级（初三至高三）的青少年科技竞赛，每年为来自80个国家和地区的超过1 800名高中生提供展示和交流他们研究成果的平台和论坛。符合年龄的个人与团体均可报上自己的姓名去参加，团体需由2〜4名学生组成。ISEF在评审方面与STS相同，包含对评审资格，科研水平和原创性，以及学术伦理和道德3个方面的评审。ISEF的奖项包括奖学金、学费资助、实习、科学考察和大赛奖金，在促进年轻科学家、工程师和发明家对STEM领域的追求方面起着至关重要的作用。ISEF在各国家、地区均具有附属竞赛，每年大约有700万学生参加。中国科协青少年科技中心举办的青少年科学技术创新大赛即有其附属竞赛属性，每年面向我国的青少年科技英才举办。

  STS与ISEF作为美国最负盛名、影响力最大的两项青少年科技竞赛，其比赛流程、评价标准既具有相似性，也具有差异性。

  STS与ISEF的相似之处包括道德要求、评审流程和申请材料要求。作品评审均由美国科学与大众协会的工作人员负责，对参赛资格，包括背景信息、推荐信与学习证明等资料做检查，并使用抄袭检测软件对科研报告的原创性进行评审，同时组成伦理与规范委员会对研究的学术伦理和道德进行评审。与作品研究领域相关的3位或3位以上的科学家、工程师或者数学家将组成专家评审委员会，对研究报告的内容做评审。竞赛重视学术规范和道德要求，要求符合法律规定、学术规范和独立开发原则，导师和成年研究者对学生的帮助需要受到限制。研究产品若涉及到环境、动物、人类和危险制品，需要遵循一定的伦理道德准则。

  竞赛在评审过程中要对作品进行反复审查，对申请者个人材料和研究成果的真实性进行多次多人复审，对于不当的作品（如从专家处获得不当帮助，用不当特权获得资源和抄袭等行为），作品将撤回并保留退还奖金的权力。经过多轮评审脱颖而出的作品将会进行公开展示和论证。

  两项竞赛的区别包括申请者国籍、年龄、比赛团队限制及大赛目标。在申请者国籍要求上，STS要求申请者均为美国公民；ISEF则面向来自80个国家和地区的学生。在申请者年龄上，STS要求申请者年满13周岁并有法定的父母或监护人同意，或年满18岁，或是脱离父母而独立生活的未成年人；ISEF要求9—12年级或同等学历，且在当年的比赛开始之前未达到20岁。

  两项竞赛的目标和愿景也各不相同。STS主要是助力国家最有前途的，尝试解决社会最紧迫挑战的年轻科学家们，对作品的要求是解决社会最紧迫挑战的作品。ISEF代表所有科学（物理、生命、社会等），为学生提供机会遇见与自己相同兴趣和能力的同龄人。

  我国的青少年科技英才是ISEF竞赛的重要参赛成员。在中国科协举办的青少年科学技术创新大赛中的入围学生，将有机会参加为期1周的ISEF决赛，参赛的每位青少年都会被授予ISEF决赛奖牌，得到国际科技界的认可。

  17岁的布伦丹·约瑟夫·克罗蒂看到了废气排放对环境的影响，研究了工具减少NOx的排放；17岁的罗汉·马哈什开发了一种细菌驱动的传感器系统，以无线方式向农民发送有关土壤水分和养分状况的最新测量数据，从而能够减少浪费的灌溉水量，提高作物产量。17岁的阿德里亚娜·伊丽莎白·汤普森在玉米植物中发现了新的调控途径，可能有助于确定生长因子并预测这种重要作物的产量。作为大赛最终被选拔出来的决赛选手，这些青少年有才华、有天赋、有灵感，最重要的是有梦想。他们从不同的社会新闻中感受到了亟待解决的问题，并在不同的领域付诸了自己的行动。

  STS和ISEF两项大赛的目标与愿景、设置、获奖青少年所关注的科技问题均值得科技教育工作者深思。国际顶尖的青少年科技英才着眼世界急迫科学问题，能承担社会责任，并勇于追逐理想。这种责任意识与使命感，是科技教育工作者应该对我国青少年所传达的。两项大赛对我们国家科技教育工作者有以下启示。

  周围发生的一切事情都会转化成青少年思考的灵感。科技教育工作者要培养青少年观察世界、敏锐地察觉缺陷并尝试处理问题的能力。教师能将参赛作品的选题作为引导，帮助青少年了解当前的研究者将问题聚焦在哪些领域，需要运用哪些学科或领域知识解决。青少年一方面能够通过阅读新闻报纸等途径关注世界，了解当前紧迫的社会问题，另一方面还可以从探索问题的过程中得到解决实际问题的办法，在实践中探索科学本质。

  建议科技教育工作者通过社会主义文化建设和道德教育培养青少年面向社会问题、国际问题的责任意识与使命感。ISEF与STS等大赛参赛类别的规定与奖项颁发的设置，能够引导参赛者关注社会焦点问题，并积极探索解决这样一些问题的方法，引导其运用理论知识积极实践，并在实践过程中加深对科学大概念的理解。科技教育工作者要鼓励青少年将目光和着眼点放在前沿问题，譬如公共卫生问题、环境生态问题等，承担起新时代振兴中国、增加国家软实力和综合国力的使命感。青少年怀有梦想和抱负，未来才皆有可能。

  科技强则国强，中国特色社会主义文化建设的主要内容除了科学教育文化建设，还有思想道德教育。不仅要培养青少年的责任心和使命感，也要教导青少年树立正确的世界观、价值观、人生观，重视科研伦理道德和培养学术规范。青少年对研究对象要怀有伦理道德和仁爱之心，不能对实验对象造成过大伤害。在研究时要遵循实事求是的原则，遵守学术规范，抄袭。

  在2020年STS大赛中，有位参赛者使用评委科学家所研究内容的革新技术作出新的突破，正如STS的获奖者霍莉·陈所说，看到这样的学术传承很让人激动，参加这样的比赛可以让青少年了解到科学在日常生活中对人类的重要性，也让他们了解到需要通过合作解决多种多样的科学问题。作为教师和青年科学家的引导者，科学家有责任对新一代青少年作出正确的培养和引导，鼓励科学的传承和学术的发展。通过科学研究，能够使世界变得更美好，这也是科研工作者的美好愿景。

  本文原载于《中国科技教育》2020年第11期专题“国际青少年科技英才培养”，作者蒋演（单位：北京师范大学科学教育研究院）。中国青辅协会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。

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