編者按

作為教育部白名單賽事，全國中學生水科技發明比賽聚焦水主題相關科學研究，歷經二十余屆發展，已成為培養青少年環保意識與科技創新能力的重要平臺。本文作者以第二十一屆全國中學生水科技發明比賽作品為例，從作品主題、研究方法、技術應用、實踐價值等方面展開評析，展現當代中學生如何以科技之力回應水環境保護的時代命題。

全國中學生水科技發明比賽作品評析——以第二十一屆全國中學生水科技發明比賽為例

徐琳瑜，張楠，北京師范大學環境學院

一、摘要

全國中學生水科技發明比賽旨在提升青少年科學素養，培養水資源保護意識。往屆作品有創新實踐融合等優點但也存在不足，本文對其特點及不足進行了評析，旨在鼓勵學生創新擔當，把握原則參賽。

二、全國中學生水科技發明比賽背景

在當今全球氣候變化和人類活動影響的大背景下，水資源保護已然成為關乎全球可持續發展的關鍵議題。全國中學生水科技發明比賽作為一項由生態環境部發起的極具影響力的環保公益活動，現已成功舉辦二十一屆。比賽旨在對接國際賽事，鼓勵青少年對水資源保護的研究與實踐，在青少年與水資源保護領域之間搭建起一座意義非凡的橋梁。

該比賽的核心目標之一是積極對接國際前沿賽事——斯德哥爾摩青少年水獎（Stockholm Junior Water Prize, SJWP），作為久負盛名的 “斯德哥爾摩水獎” 的重要分支，專門嘉獎在水環境研究領域展現卓越才能、做出突出貢獻的青少年，其在國際上被譽為 “世界青少年水科技諾貝爾獎”。通過與這一國際標桿賽事的對接，我國中學生水科技發明比賽為國內青少年打開了一扇瞭望世界水科技發展的窗口，激勵著他們向國際高水平看齊，在水資源保護科研道路上奮勇前行，促進國際間青少年水科技理念與成果的交流碰撞。

從國內發展需求來看，比賽緊密圍繞提升青少年素養這一關鍵任務展開。一方面，深入貫徹《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035 年）》，致力于全方位提升青少年的科學素養，培養其對復雜環境問題的探究精神與解決能力；另一方面，嚴格落實國務院發布的《水污染防治行動計劃》中 “加強宣傳教育，把水資源、水環境保護和水情知識納入國民教育體系” 的明確要求，讓青少年群體成為水資源保護的堅定踐行者與積極倡導者。

截至2024年，全國中學生水科技發明比賽已成功舉辦二十一屆，持續為青少年水科技培育注入活力。評析往屆全國中學生水科技發明比賽作品，一方面，有利于深入挖掘兼具創新性與實用性的作品，發現水科技人才；另一方面，可以培養學生環保、創新等意識與能力，推動環境教育教學改革，還能向大眾普及水科技知識、傳播環保理念。

三、作品特點評析

在備受矚目的第二十一屆比賽中，國內作品綻放異彩，其鮮明特點可凝練為：創新實踐融合、情懷擔當兼具。

（一）創新實踐融合

主題多元。參賽作品涉及污水低碳治理、水質監測、節水技術等多個水資源利用與保護領域。如特等獎作品《一種太陽光轉向聚集立體型菌藻協作污水低碳凈化裝置》就是以污水低碳處理為主題，一等獎作品《違排污水源頭鎖定預警裝置》是以水質監測為主題。作品主題示例如表 1。

研究方法多樣。參賽作品涵蓋實地調研、野外實驗、實驗室研究、系統設計等。如一等獎作品《一種具有提質增效型的城中村污水處理方法》綜合了實地調研、問卷調查、實驗室研究等多種方法。作品研究方法示例見表 2。

采用的技術先進。參賽作品采用了納米技術、仿生學、物聯網及數字技術等先進技術。如一等獎作品 《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，作品《“魔鬼魚”式海洋牧場智能網箱清理機器人》則綜合采用了仿生學、物聯網及數字技術等先進技術。作品采用技術示例見表 3。

（二）情懷擔當兼具

知行合一。學生能將中學知識運用到發明創造中，針對實際問題提出解決方案，具備較強實踐能力。例如第二十一屆特等獎作品《一種太陽光轉向聚集立體型菌藻協作污水低碳凈化裝置》，該作品不僅進行了技術創新，還綜合了學生的生物學知識以及動手實踐能力，采用立體型凈化裝置，為污水處理減污降碳協同增效技術的開發和應用提供新的思路。知行合一的另一個方面是學生能將中學知識運用到身邊場景，如以城市高架橋、校園、小區景觀、廚房、淋浴間等從室外到室內等身邊場景為研究對象，針對實際問題提出解決方案，具備較強實踐能力。作品應用場景見表 4。

情懷深厚。同學們以自己熟悉的生活地區為研究對象，例如一等獎作品《基于納氏試劑與RGB系統的智能化氨氮檢測——以墨水湖為例》，以身邊的湖北省武漢市墨水湖為研究對象；而初中組二等獎作品《山地城市道路洼地積水智能巡檢車》以小作者生活的城市重慶為研究對象。這展現了同學們對水科技的熱情和卓越的創造力，體現出學生保護地球家園的家國情懷，以及對美麗中國建設的深刻理解與實踐。參賽作品的研究地區示例見表 5。

潛力巨大。參賽作品有望在科研領域取得自主知識產權成果，參賽學生全方位綜合能力突出，展現出科技創新和應用方面的實力與潛力。具體表現在：

（1）自主知識產權成果顯著：參賽作品中有許多已經獲得了國家發明專利，還有不少作品在申請國家發明專利過程中。

（2）跨學科綜合能力突出：如一等獎作品《一種具有提質增效型的城中村污水處理方法》采用了“物理隔離+生物吸收+化學反應”三重結合的污水處理方法。

（3）科技創新實力強勁：如有些作品目前已經獲得實用新型專利證書，展現出強勁的科技創新實力。

（4）團隊協作與實踐能力卓越：例如有些作品來自于學校的學科社團，小作者們合理分工、團結協作，共同利用所學知識對身邊出現的問題進行創新實踐。

（5）未來科研人才儲備豐富：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勵，展現出了十分優秀的創新精神與實踐能力。

四、作品存在的不足

第二十一屆比賽國內作品在展現出諸多優點的同時也暴露出一些不足。具體表現在以下幾個方面：

技術成熟度和實用性有待提高。由于實踐有限，許多作品還停留在實驗室階段，缺乏實際應用測試，且部分作品成本過高，難以大規模推廣，導致其在實際場景中的應用價值受限。例如一些基于先進技術的污水治理或水質監測作品，雖然理論上具有高效、環保等優點，但在實際推廣和應用中可能受到成本、技術普及程度、維護管理難度等因素制約。建議推進科技創新時，應充分考量成本問題，以提升作品實際應用價值與推廣可行性。

調研深度不足。例如某節水灌溉系統作品旨在通過節水灌溉系統提高農業水資源的利用效率。然而，在調研過程中，學生可能過于關注灌溉系統的技術設計和實現，而忽視了不同地區農業水資源狀況和作物需水特性的差異。沒有對不同地區的土壤類型、氣候條件、作物種類和生長周期等進行深入調研和分析，導致設計的灌溉系統在實際應用中可能無法適應不同地區的需求。

研究廣度不足。缺乏對問題本質的深入探究，未能從系統角度考慮整體解決方案。例如在污水治理或節水系統類作品中，當面臨復雜實際情況，如污水成分波動大、水壓不穩定時，裝置容易出現故障，需進一步加強研究廣度。

展示與表達能力不足。在項目展示和答辯環節未能清晰表達設計思路和創新點，項目報告撰寫不夠規范也是去年廣泛出現的問題。例如在答辯過程中，負責講解的學生明顯緊張，語速飛快，將原本精心設計的系統原理一股腦兒地倒出來，沒有任何停頓或強調重點。像涉及到的關鍵技術環節，沒有用通俗易懂的語言解釋清楚，評委們多次提問要求進一步闡釋，學生才斷斷續續補充細節，導致整個答辯過程混亂無序，嚴重影響作品的展示效果。因此，展示與表達能力也是需提升的重點。

五、參賽建議及寄語

在參與全國中學生水科技發明比賽的征程中，一份精心構思且貼合中學生實際的科學研究項目申報方案至關重要。申報的科學研究項目應注意把握以下原則：

（1）創新性與探索性：關注當前水科學領域的前沿技術和熱點問題，探索新的領域或提出新的觀點和方法，提出創新性的解決方案和策略。

（2）科學性與客觀性：一是以科學理論為基礎，通過實證方法來驗證假設和推斷，應確保實驗設計合理、數據收集準確、分析方法科學。二是鼓勵跨學科合作，鼓勵中學生結合生物學、化學、物理學、信息技術等多學科知識，設計綜合性的水科技解決方案。

（3）實用性與應用性：研究項目應緊密結合實際需求，研究成果應能夠解決實際問題或具有實際應用價值。

（4）興趣驅動與適度性：以興趣為導向選擇課題，同時結合中學生自身能力和資源，確保課題的可行性。

水是生命之源，文明之基。第二十二屆全國中學生水科技發明比賽已經拉開帷幕，這是一場知識與實踐的盛宴，一次展現自我的絕佳機會，更是一份責任與擔當的傳遞。希望老師和同學們用科技創新守護碧水清流。希望同學們：

（1）關注現實，勇于擔當，將目光投向身邊的水環境問題，用所學知識為解決實際問題貢獻力量。

（2）敢于創新，追求卓越，打破思維定勢，勇于探索未知，用科技的力量創造更加美好的未來。

（3）團結協作，共同進步，在比賽中相互學習，共同進步，展現新時代青少年的風采。