“水中叉鱼”引发少年的科学探索之梦 高二男生七次代表重庆出征国际国内大赛
段皓严在实验室。(北碚区委宣传部供图)
重庆日报消息，冬日柔和的阳光透过大玻璃窗，洒进西南大学的物理实验室，一个忙碌的身影正在桌子旁反复进行着实验，玻璃仪器上倒映出少年严肃认真的脸。
他叫段皓严，今年16岁，是西南大学附属中学高二的学生。小小年纪的他已七次代表重庆出征国际国内大赛等，并斩获各项荣誉。今年7月，他的个人科技创新成果在第34届全国青少年科技创新大赛中获金奖及北理专项奖。至此，他已连续3年代表重庆进入全国总决赛，取得1金2铜6专项奖的骄人成绩……
如今，他被重庆市教委命名为“科技小能手”，被同学们推选为学校第六届学生学术委员会主席，带领小伙伴们走在科技创新的道路上。
段皓严的科创经历始于初中物理老师讲的一个“水中叉鱼”的故事。物理课上，老师告诉大家，观察水中的鱼时，鱼看起来要比实际位置高一点，这是因为从鱼反射出的光，在水面处发生了折射，折射光线向远离法线的方向偏折，我们看到的是鱼的虚像，它所在的地方不是鱼的真实位置。因此，有经验的渔夫在用鱼叉捕鱼时，总是瞄准所看到的鱼的下方位置叉去，而不会将鱼叉对准他看到的鱼。
“那么，鱼像比真实的鱼具体要高多少呢？”充满好奇心的段皓严开始较上了劲。
为了解开心中的疑问，段皓严利用课余时间自学了高中的数学知识，算出了一个具体的定量公式来表达像与物的位置关系。之后他又想到在实际捕鱼的过程中，往往面对的是一群鱼而不是一条鱼。为了解决一群鱼的定位问题，他利用人工鱼群算法，实现了通过折射光线对鱼群进行定位。
如何将研究成果运用到实际生活当中？段皓严告诉重庆日报记者，他想出了鱼群定位装置的设计方案和节能型驱鱼实验装置设计方案，这是他第一次进行真正意义上的科学研究。
“在装置设计过程中，我还去西南大学实验室拜师，去识别电子元器件、学习焊接和电路设计，反反复复做实验。多少个周末泡在实验室，弄坏了多少个盆，多少次去江边观察，连我自己也记不清楚了。”
此外，段皓严还对“无人驾驶”情有独钟，他设计的“鹰眼”系统已经做到可自动识别交通标志。
为了设计这个“鹰眼”系统，段皓严使出了浑身解数：不懂编程，他就找相关书籍自学，搜集网上的公开课自行揣摩；面对更加深奥的机器学习理论，段皓严找到了西南大学电子信息工程学院的实验室，观摩相关实验，诚恳请教……
终于，“鹰眼”系统逐步建立起来了。他开发的“鹰眼”在光线不好的情况下仍能够清晰地识别交通标志，对一些比较倾斜、模糊的交通标志也有很高的辨识度，值得一提的是，他设计的算法识辨精度达到99.75%，超过目前最高准确度99.65%。
如果说“水中叉鱼”让他初涉智能算法，“鹰眼”交通标志识别则让他对算法有了更加深刻的理解。经过这两次的科研探索，段皓严体会到了智能算法的奇妙，开始思考这些算法在什么机器上运行更加有效。
作为英才学员和雏鹰学员的他，一次去大学实验室学习时，老师带着他认识了一个神奇的器件——忆阻器。用它设计的电路有仿生功能，能够实现类似人脑神经网络的结构和功能，大大提高了运算效率。
去年暑假，段皓严几乎每个周末都“泡”在了实验室里，在老师的指导下，他用蛋清做出了一个有机的柔性忆阻器。
“通过测试的那一刹那，我简直激动得流泪，开始期待着有一天在人工智能上用我设计的元器件。”
尽管取得了不俗成绩，但在科学研究的浩瀚世界，段皓严犹如一株刚刚破土的小苗，在阳光雨露的滋润下，正在努力向上生长。
重庆日报记者 李幸
原标题：“水中叉鱼”引发少年的科学探索之梦
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