廣東普寧吳傑陽棄遊戲搞發明 破解果蔬保鮮難題

　 科技改變了未來，也改變了我們的生活。在所有的能為人類造福的財富中，我們知道，再也沒有什麼能夠比改善人類生活的新技術、新發現和新發明更加偉大的了。科學技術是現實生產力，是改造世界的物質力量。

廣東普寧創客吳傑陽展示多功能冰箱保鮮的荔枝。

2018年6月，廣東普寧市第二中學高一級學生吳傑陽的發明專利「一種基於LED脈衝光降解農藥的方法」和「一種多功能冰箱」兩項發明專利獲得國家知識產權局的授權，專利保護期20年。

　　三年來，吳傑陽與父親吳健創建的普寧民間創客團隊，已有三項發明專利、八項實用新型獲得授權，13項發明專利正在公開實審，還申報了11項PCT國際專利，第一項已獲得授權的發明專利「一種植物生長燈」，也獲得日本國家實用新型專利授權，歐盟及美國也正在公開實審。他們父子創客的新發明，將在通過人造環境快速促進植物生長、果蔬保鮮和農殘降解、增加果蔬營養成分等方面產生重大的影響，新發明不僅產生新的知識，且對於如何培養中學生的創新精神，也起到示範作用。

　　蛻變

　　作為年僅16歲的高一學生，吳傑陽如何取得如此的成績？其實，在三年前，他也與許多同齡人一樣，在課餘時間也沉迷遊戲。

　　吳健至今仍然記憶深刻。2015年5月1日下午，吳健剛從外地回到家中。映入眼帘的一幕，讓他大發雷霆，傷心氣憤，大罵起來。原來兒子吳傑陽正趴在辦公桌上，忘情的玩遊戲，還不時發出激動的聲音，連自己的父親走到跟前，他也沒有發現。而陽台上精心種植的花草果蔬，卻因為嚴重失水，全面枯萎了，種在陽台上面吳健精心用豬糞與花生渣發酵後製成的有機肥料種植的有機蔬菜，也因為沒有噴洒生物農藥，差不多被蟲子吃光了。

　　剛剛挨罵的吳傑陽，已經連續玩了六個小時的遊戲，他餓著肚子，開始給花草澆水。他從虛擬世界回到了現實，突然間清醒了不少，他突發奇想，便向爸爸提出建議能不能做一個人工裝置，讓這些花草能夠被自動「照顧」好，甚至比種植在自然條件下長得更快更好！

　　光合作用是人類物質能量的來源。這是吳傑陽在他的生物課上學到的，他突然間心血來潮，躍躍欲試。從仲愷農學院畢業的吳健，一直十分關心農業方面最新知識，也喜歡在家中陽台種植花草果蔬，便高興答應下來。但如何製作植物生長裝置呢？

　　我們知道植物生長需要「光、溫、肥、氣、水」等環境條件。他們父子便馬上行動起來，買來定製的鈦金箱，裝上特製的LED燈，開始了長達三年的各種對照實驗。如今，這台簡陋的裝置作為「多功能冰箱」的始祖，靜靜地呆在陽台上，而經過多次的改進、升級，「多功能冰箱」的構造要複雜得多，裡面除了六種特製波長的LED燈，還包括了控制溫度的壓縮機、控制光照強度和脈衝的控制器、調節濕度的空氣加濕器、換氣用的小風扇、排出廢水的排水孔等等，距離產業化僅一步之遙。

　　太陽的使者

　　俗話說：萬物生長靠太陽。製作人造環境的植物生長裝置，最核心的就是控制光。

　　陽光是地球上一切生物體和人類物質的來源，是一切生物體和人類能量的來源，是一切生物體和人類氧氣的來源。太陽光，司空見慣，但其組成卻沒有那麼簡單。平時我們所說的「光」，實際上只是整個電磁波譜的一小部分，因為人眼可以直接感覺，因此正式的物理名稱應該是「可見光」。

　　陽光有多強才對植物生長最有利？陽光中的哪些成份對植物生長影響最大？吳傑陽買來儀器，對太陽光進行探測。

　　在正午，陽光的照射強度大約是7-9萬雷克斯（光照強度單位），而其中絕大部分光的成分實際上對植物的影響十分微弱，實驗表明，植物的光合作用主要與紅光、藍光等六種波長的光有比較密切的關係。太陽給我們這個世界帶來光明，更帶來源源不斷的能量。這光明和能量的使者，就是「太陽光」。太陽這個巨大的氣態星球，內部不間斷地進行著劇烈的熱核反應，把4個氫原子核合成一個氦原子核，以太陽光的形式釋放出能量。每秒鐘，這樣的核反應大約發生8.5×1037次，有大約7億噸物質參與反應，而根據愛因斯坦著名的質能方程，太陽每秒鐘為此付出了約400萬噸質量虧損作為代價。

吳傑陽多功能冰箱中的蔬菜實現「二次生長」。

　　光到底是什麼？吳傑陽父子便從研究光的知識開始了「植物生長燈」的研究。

　　歷史上，對於這種我們身邊習以為常的存在，眾多偉大的科學大家曾經對其本質展開過曠日持久的大論戰。以牛頓為代表的「粒子說」和以胡克為代表的「波動說」掀開了這場論戰的帷幕。而論戰的結果，現在我們都知道了，光具有「波粒二象性」，它既是電磁波，也是可以稱之為「光子」的一份一份的能量子。我們的肉眼能夠感受到的光，被稱作「可見光」，是電磁波譜中極窄的一部分光譜波段。不同波長的光波，在人的感官器官裡面形成了不同的顏色。而對於植物和藻類來說，它們雖然沒有眼睛，但卻有另外一套複雜的機構，能夠感受到光的照射，並將光能巧妙轉化為化學能，生成有機物和氧氣——這是一個偉大的過程，地球上一切的生命體，其能量從根本上來說，正是來源於此！——這種複雜的組織，就是包括了葉綠素在內的各種「光合色素」。

　　以綠葉上的葉綠素為例，陽光照射到綠葉上，從微觀來說，是有大量的光子打到葉綠素上，這時，葉綠素通過一種叫做「光反應」的過程，吸收了光子帶來的能量，並把這種能量通過複雜的過程，轉化為化學能，產生了ATP、NADPH，並把周圍的水分子分解成了氧和氫，氧氣被釋放到大氣中去，增加了地球大氣中的氧氣成分，才使得我們的世界如此生機勃勃。然而光合作用還未結束，光反應中產生的物質緊接著開始了一個叫做「暗反應」的過程，它們吸收並固化了空氣中的二氧化碳，最終生成了葡萄糖等有機物，作為營養物質儲存在植物體內。實驗表明，「暗反應」不需要光照，總是伴隨著「光反應」同時進行。「光反應」和「暗反應」就像流水線上的兩道工序，不斷把從土壤、水和大氣中吸收的無機物加工成為氧氣和各種營養物質，而太陽光就是這條流水線的動力。

　　從生長箱到多功能冰箱

　　通過一千多個日子日以繼夜、數千次對照實驗，吳傑陽父子的研究不斷取得突破，從研究成果也從「植物生長燈」到「保鮮箱」再到「多功能冰箱」不斷升級改進。而這些成果中，最核心的是光。實驗探究表明，光合作用中葉綠素a吸收峰值的是波長430nm的藍色光和680nm的紅色光，葉綠素b吸收峰值是470nm的藍色光和650nm的紅色光，類胡蘿蔔素吸收峰值是450nm到480nm的藍色光。

　　在父親的幫助下，吳傑陽設計製作了第一代產品「植物生長箱」，他們用上述六種特定波長的LED光代替自然光。為了驗證人造環境的效果，他們將蔬菜全部放到自製的大箱子里，和箱子外的自然環境進行對照實驗。一段時間後，他們欣喜地發現，箱內的植物長得比外面更好，更加生機勃勃。

　　課餘時間，吳傑陽和父親經常到田間觀察老農給菜施肥。聽到老農介紹說，他施的是葉面肥，直接被葉子吸收了。吳傑陽聽了之後靈機一動，既然葉子也能吸收，把根系切斷了放入自己的生長箱裡面，會怎樣？

　　他的想法得到父親的支持，兩人立即行動起來。實驗結果令人失望，失去根系的蔬菜很快就嚴重失水，蔫了。於是，他們又在箱子內增加了空氣加濕器。經過多次實驗，發現濕度在98%時效果最好。然而，當時正值夏季，箱內的溫度較高，加上濕潤的空氣，裡面的蔬菜很容易腐爛。怎樣讓這些失去根系的蔬菜，既能夠保持活性，持續進行新陳代謝，又能有效抑制細菌繁殖？顯然，需要給生長箱降降溫了。於是他們買來空調，裝入生長箱內，將溫度設置在16℃，效果大為改善。但是，由於生長箱內只是空氣加濕器增加水分，並沒有營養液，蔬菜這樣放了一段時間以後，口感變得越來越差了。查閱了相關資料，吳傑陽判斷，這是由於蔬菜在合適的光照和濕度、溫度下，光合作用太快了，導致其性狀發生了變化。沒想到，生長箱適合生長的優勢，現在卻成了不足。該怎麼辦呢？

　　有一次，吳傑陽給家裡的烏龜餵食，突然想起來，烏龜在冬天的時候，天氣太冷了，會進入冬眠狀態，身體的代謝會進入極度緩慢的狀態。他忽然興奮起來，原來溫度是關鍵，如果溫度很低，植物是不是也要「冬眠」了？但是空調的降溫效果有限，能把溫度降到5℃以下的，只能是電冰箱和雪櫃。為了方便觀察箱內蔬菜的狀態，他們找來了幾台雪櫃，加入特製波長的LED燈、空氣加濕器，溫度控制在5℃以下。至此，在不知不覺之中，吳傑陽促進生長的「生長箱」已經成為了「保鮮箱」。

　　後來，吳傑陽和他的父親，在大量對照實驗的分析後，不斷對產品進行改良升級，他們使用LED控制器降低箱內的光照強度，只需要正午太陽光光照強度的大約4%就可以獲得最佳效果；由將恆亮照射調整為具有某一特定周期的脈衝光，增強了保鮮效果，有利於營養物質的生成；又在保鮮箱側面上開鑿小孔，安裝小風扇，定期為保鮮箱換氣……

　　到了今天，他們的發明已經升級為「一種多功能冰箱」，集「長保鮮、降農殘、增營養」為一體，產業化前景十分廣闊。該項目產業化之後，人們足不出戶，就能隨時隨地吃上無農殘、富營養、鮮美味的農產品。

　　顛覆保鮮業的新發明

　　通過數以萬計的比較試驗，吳傑陽的發明最終採用了植物生長最需要的六種特定波長的光進行照射，而且創造性地採用了按照特定規律一明一暗交替變化的脈衝光。這一技術，相比傳統生長箱所採用的紅藍兩色光直照，保鮮效果更加顯著。人造光源的脈衝特性也促進了植物營養物質的生產。

　　廣東普寧創客吳傑陽的實驗室一半在多功能冰箱里，另一半在農田菜地里。

　　通過大量實驗，吳傑陽父子發明了人造植物生長箱裝置，新發明產生了新知識。植物在光照下能夠進行光合作用，合成營養物質。當外界的光照停止的時候，正是光合作用的光反應階段停止，植物獲得休息的時候。跟人類一樣，植物也需要休息，周期性的休息可以讓植物養精蓄銳，長勢更好。研究表明，外界光照停止時，植物體內的C3數量會增加，而C3正是生成糖、儲能物質（如葡萄糖、蔗糖、澱粉，有的還生成脂肪）的重要原料。因此，在他們的保鮮裝置中，脈衝光的一明一暗，不僅讓植物長得更好，保鮮效果更加明顯，還節省了大量的電能。實驗結果表明，當明、暗的時間比例約為2:3時，效果最好。農藥降解效果更是在業內取得突破性的效果。他們發明的樣機經過了「農業部蔬菜水果檢驗測試中心（廣州）」和「中國廣州分析測試中心」兩家國家重點實驗室的嚴格檢測，在降解農藥和增加營養成分方面，效果最佳，得到在場專家的高度評價。

　　吳傑陽的多功能冰箱，在理念和技術上，顛覆了傳統冰箱。剛剛採摘下來的新鮮果蔬仍是具有生命的活體，進行著以呼吸作用為主的新陳代謝活動，由於離開了母體，物質與能量供應中斷，只能慢慢死去。如果創建適宜的人造環境讓果蔬在其中能夠繼續進行緩慢的光合作用，就能夠讓它們保持活體狀態，慢慢活著。這樣就是把傳統冰箱用低溫讓果蔬「慢慢死去」的保鮮思路，轉變為創造合適的環境，讓果蔬「慢慢活著」，因此保鮮效果顯著。例如包菜在多功能冰箱內保鮮一個多月仍然鮮脆，甚至重新長出了細長的根須，帶葉子的荔枝在多功能冰箱中能夠保鮮22天。放在多功能冰箱中的芒果、獼猴桃、蘋果更加香甜。通過實驗，他們得知光照不僅能影響植物的光合作用，還能改變植物的特性，使果蔬分泌出一種特殊的芳香物質，營養和口感更佳。

　　在多功能冰箱的光譜室中，慢慢生長的果蔬還由於室內的光照和水汽，可以同時對殘留農藥進行光解反應、水解降解和果蔬的新陳代謝，實現農藥大分子結構變為小分子結構、有害物質變為無害物質、果蔬體內有毒成份被排出體外然後降解。這一複雜的過程，可以快速有效降解果蔬的農藥殘留。

　　新型冰箱的問世引發轟動，獲得許多榮譽。2017年，吳傑陽聯合廣東工業大學一起申報了「2017年應用型科技研發及重大科技成果轉化專項資金（應用型科技研發扶持）」，得到評委專家高度好評，獲得省財政專項扶持資金300萬元；2017年12月，獲得了「2017年粵東青少年創客大賽」特等獎；2018年3月，又獲得「2017廣東省中小學生（含中職學校）創客大賽」特等獎。

　　棄遊戲搞發明

　　深入到科學研究的過程中，讓吳傑陽找到了新的樂趣。他每天不管學業多繁重，都要看看他的多功能冰箱，不斷改進、提升效果，是他最大的樂趣。不斷去參加各種創客大賽、科技大賽，也讓他開闊了視野，想的更多，看得更遠。

　　在課外，父親吳健從來不喜歡吳傑陽參加各種名目繁多的培訓班、輔導班，他喜歡帶著吳傑陽到田間地頭觀察植物的生長，請教農民伯伯的蔬菜種植方法。

　　有了這樣的科學探索經歷，吳傑陽越發感覺到創新思維、創造力具有多麼巨大的能量。他所在的普寧市第二中學在他的課外創客活動中給予他很大的支持和鼓勵，學校為他的創新活動安排了指導老師，著名校友、康芝葯業董事長洪江游先生為了鼓勵創新，出資1000萬元在母校設立獎學金，鼓勵學生的創新活動並給予獎勵，普寧二中溫俊義校長多次詢問項目創作過程和進度，對該項目的軟硬體條件提供了強有力的支持，普寧市教育局李悅雙局長高度重視創客活動，多次來校對吳傑陽的項目進行考察和指導。

　　有了這樣鼓勵創新的環境，曾經令他著迷的遊戲慢慢也失去了誘惑。現在，吳傑陽已經成為普寧二中小創客的代表，鼓舞著更多的二中學子，發揮聰明才智，投身創客活動中，以創新為榮。

　　現行教育制度的反思

　　吳傑陽是幸運的，不過，在當前並不是每所學校、每個地區都如此重視學生創新能力的培養。雖然國家實施素質教育已經有一段時間了，但現實的情況仍然是應試教育，因為高考指揮棒仍然是分數主義，絕大部分學生只能憑藉高考的高分才能進入好大學，這客觀上造成了「分數至上」，從學校的領導和老師，到我們的家長，再到社會的評價，都將考試分數、成績排名看作至高無上，一些同學參加創客活動反被認定是「不務正業」，是在「浪費時間」，不如回去教室多做練習題有用。因為在絕大多數人看來，中小學學生學習的終極目標，就是參加高考，高考考什麼，學生就被要求學什麼，高考不考什麼，學生就被禁止做什麼，許多同學的日常學習，就是把絕大部分時間和精力放在教室里，上課認真聽老師講課，課後端坐在書桌前，鑽進「題山卷海」。

　　這種對學生的評價機制已經越來越不適應新時代發展的要求。作為父親，在業餘時間，不但特別喜歡關注最新的農業知識，也對自己孩子的教育特別重視，這三年來共同學習，一起創造發明的日子裡，他深深的沉思起來，他們特別慶幸能夠生活在中華民族歷史上最重視創新，鼓勵創新，保護創新的新時代，他們深知，創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力，唯改革者進，唯創新者強，為改革創新者勝。謀創新就是謀未來，孩子是祖國的未來，但如何培養孩子的創新精神呢？吳健和吳傑陽父子結合自己的親身經歷，提出應該從「課程設計」和「評價機制」兩個方面入手，才能徹底解決這個問題。

　　首先，從小學開始，甚至幼兒園開始，增加「創新教育課」，一直到高中，到大學，系統性地培育學生們的創新精神和實踐能力，讓學生感興趣的科研探索活動不再是一個可有可無的「噱頭」和只是為了吸引眼球的「裝飾品」。讓學什們能夠減少一些枯燥無味的作業，多一些生動有趣的科學實驗，從被動接受知識變為主動獲取知識，甚至創造出新的知識，讓動手與動腦、行動與思考，讓創新的基因像種子一樣，從小就深埋到孩子們的靈魂里。

　　通過增設創新教育的課程，讓老師傳授學生知識的過程，變為學生通過思考和實踐逐漸自我領悟的過程，讓他們自己不斷提出各種各樣的問題、老師引導學生自己得出結論，引導學生們觀察、思考、辯論、體驗和領悟，讓他們內心激發出無窮無盡的動力去努力實現自己的目標，因為這種內生性的驅動力要遠比外部強加的力量大得多，也有效得多。讓每個學生都是天生的發明家、科學家！

　　其次，從高考評價機制上，要將學生的創造發明成果與高考的分數有機結合起來，讓有優秀創造發明成果的學生像體育冠軍一樣，能夠上北大清華等名校，實現自己的人生價值！

　　創新決勝未來，改革關乎國運。創新是人的智慧和意識能動性的最高體現。陶行知先生「處處是創造之地，人人是創造之人，時時是創造之時」。讓有科技創新成果的同學能夠「名利雙收」，激發他們熱愛科學、銳意創新、勇於實踐的精神，從在校學生開始，創新教育理念，開展系統的創新教育課程，形成新的教育效果評價標準，以此來引導和開發我國十三億人的大腦所蘊藏的強大智力資源，轉化為國家發展的強大動力！

　　創新教育的樂趣

　　對於嘗試創新的學生來說，舊的知識其實很重要。創新可不是憑空臆想，需要很紮實的知識基礎。吳傑陽的發明成果因為涉及多個學科，綜合性強，他自己也體會到，在研究過程中總感覺自己知道的知識還不夠，還需要努力學習更多科學知識。

　　對於創新活動來說，發散性思維和想像力十分重要。在項目的研究過程中，把溫度控制在2-3℃的低溫，是受到家裡養的烏龜冬眠的啟發，採用脈衝光是受到晝夜更替的啟發，從原來的「生長箱」到後來的「保鮮箱」，是因為聽農民伯伯提起葉面肥，知道葉子的氣孔也能夠吸收養分，於是想到斷了根系的蔬菜仍然可以保持活性，繼續光合作用的過程……許多小小的創新，源於對生活的細心觀察，而想像力讓我們靈光乍現，把原本不相干的事物聯繫到了一起。

　　最後，執行力是做任何事情都必須具備的基本素質。一方面是現在的誘惑實在太多，好玩的、好看的隨處可見，時間越來越碎片化，許多同學經不住這些誘惑的干擾，原本計劃得好好的事情，一不小心玩過了頭，計劃全部被打亂了；另外一方面，從創新活動來看，提出新的想法固然不容易，在實踐中克服各種困難把這些創意變成實實在在的產品，就更加不容易了。在研製「多功能冰箱」的過程中，吳傑陽父子經歷了許多的困難和危險，他們被破碎的玻璃割傷了手指、因線路漏電被電到、從高處不甚跌落摔傷了腿……沒有堅強的執行力，很容易「知難而退」，「淺嘗輒止」。由於要進行課外研究、參加各種創客比賽，吳傑陽的學習時間不可避免地會受到影響，這就要求他必須更加高效安排好自己的時間，上好功課、進行科技研究和體育鍛煉。

　　如果說良好的習慣和創新素養能夠讓我們的學生取得一些成果，那麼反過來說，在科學探索的過程中，學生們的行為習慣和創新能力也獲得鍛煉和提升。而創新與求學之路相輔相成，將伴隨他們不斷成長。

　　美好前景

　　時光飛逝，一眨眼，三年已過，父子創客三年的艱辛努力，結出創新成果。

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