2022年8月26日，第五届北京青少年创客国际交流展示活动总决赛通过线上形式举行。在清华附中付静和白鑫鑫老师的带领下，清华附中科学仪器创客社团和人工智能创客社团学生初2105王懿杨、初2016钟上钧、初2104张懿隽的创客作品“实时智能太空显微镜”从近200支队伍中脱颖而出，斩获一等奖。“北京青少年创客国际交流展示活动”是北京市教委主办的“学生科技节”系列活动之一。

“实时智能太空显微镜”简介

初2105王懿杨调试显微镜

学生讨论显微镜编程（左二初2016钟上钧）

初2104张懿隽介绍显微镜

“我们的太空显微镜，既有刚强的外表（硬件），又拥有智慧的内心（软件）”。要研发一款供航天员在空间站使用的实时智能显微镜，需要学生综合设计思维、计算思维，进行创新实践、团队合作、优化迭代。学生基于在科学仪器创客社团中对经典显微镜、拉曼光谱仪等科学仪器的发明与创新改造经验，以及在人工智能创客社团中对python编程、人工智能算法的理解与实践基础，自主设计搭建显微镜硬件，并编程实现了显微镜的自动对焦、智能识别与追踪。学生通过自主设计并搭建现代科学仪器，不但能够习得如何制造实验仪器的基本技能，还能用其验证基本科学理论，促进课内学习，真正做到“学中做，做中学”。同时学生还利用设计出的仪器尝试解决实际问题，提高了他们的自我探索能力、合作能力、以及快速学习能力。

2022年7月，以创客作品为原型，付静老师、白鑫鑫老师联合生物组、物理组等多名教师一起，为数百名初19学生开设了创客马拉松科技挑战活动，在为期两天的时间内，同学们全身心投入，最终成功搭建出29台显微镜，其中大部分实现了智能化。

创客马拉松中，初19学生团结一心组装显微镜硬件

创客马拉松中，初19学生全神贯注组装显微镜硬件

创客马拉松中，初19学生调试显微镜代码

创客马拉松，初19学生与显微镜作品合影

清华附中非常重视对科技创新人才的培养。为鼓励学生积极深入地参加科研，学校为同学们搭建了各种平台，激发学生对科学的兴趣，培养学生的科学素养，提升学生的创新实践能力。清华附中创客空间开设于2013年，目前已有6个创客社团：建筑模型、模拟飞行、科学仪器、人工智能、植物及地理等。学生在这些社团中根据自己的兴趣，自主选题，在专职教师的指导下，自由开展科技创新活动。

学生感想：

我们道法课上讲过“学贵有疑”，要有敢于质疑的精神，要敢于挖掘创造潜力，我觉得这个项目带给我的就是身体力行地感受了这一点。我在这个项目中负责软件核心技术自动对焦，一开始我查阅很多资料，都说能量梯度是很好的方法，于是我找了网上开源的算法去借鉴，但经过测试，我发现网上的算法根本没法实现我们的要求，所以我只好自学OpencV、cv2，自己思考并编写了以方差为核心的自动对焦算法，自主编写算法的过程十分艰难，但是我坚持了下来，前后修改了九个版本，最后成功地捕捉到视频流中最清晰的图片，为下一步实时识别和追踪奠定基础。包括后来我学习树莓派，自己观察切片、做训练集等等，我都觉得这些很好玩，都想自己动手试试。所以这一次让我体会到了坚信自己的探索思路，敢于创新是最重要的，不能一味的依赖他人或者网上的支持。另外就是团队的重要性。科学仪器社团给了我们很好的平台和支持，在老师的指导下，我们多次会议讨论，大家相互提出改进建议，让这个项目越来越成熟，技术方法越来越好。我们希望将来寻找到一种新的更合适的微生物，丰富我们的数据库，然后改进我们的算法，使算法能够更加准确，速度更快，更好实现实时智能化。总之，还是那句话，科创报国，从我们做起。——初2105王懿杨

在这次开发过程中，我遇到了许多困难：显微镜画面的处理方法，难以寻找的最佳阈值，以及至关重要的OpencV入门。但在最后得到了满意的效果之后，我体会到了独立克服困难的成就感，同时收获了许多宝贵的编程经验。我十分享受这次参赛的过程，它让我开始了解、并自己解决与人类科研息息相关的问题，让我对未来充满信心。感谢清华附中为我们提供这样难得的参赛机会，将成为我初中一次难忘的经历。——初2016钟上钧

整个比赛的过程也是我学习的过程，在前期的准备方面，我们在团队的相互配合中完成了硬件的搭建，搭建的过程中，我感受到了团结协作的力量和对科学知识的热爱，在日常生活中的小事中积极思考问题，遇到问题一起讨论解决，感谢学校为我们小组提供了这样宝贵的机会，让我们学习并收获成长，这将是我们生活中难忘的一环。——初2104张懿隽

图：付静 张祯意

文：付静 白鑫鑫

审核：徐文兵 党胜军 谭洪政 杨瑞

来源：科技办公室

编辑：行政管理中心