何荫棠中学夺全港创科大赛冠军 AI水质监察平台追踪药物水源污染

撰文: 金敏琍
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本年度由教育局、香港青年协会及香港科学馆合办的“香港学生科学比赛”吸引了 250 支本地中学队伍参赛,保良局何荫棠中学的 4 名中五学生李海睿、邓炜霖、陈溢升及余映林凭借用于追踪抗生素水源污染的“净水灵 - 自动化 AI 水质监察平台”(下称净水灵)脱颖而出,夺得高中组(发明品)冠军及社会创新大奖,并获教育局局长蔡若莲颁发奖项。

获得大奖的学生团队喜出望外,回顾净水灵的研发过程,由最初“盲头乌蝇”般迷失,以至“面懵懵”走访猪场及鱼场收集潜在用家意见,再“胆粗粗”电邮各领域专家虚心讨教,这项殊荣不仅是对 4 位中五学生整年付出的一份肯定,更印证了学校近年推行学术与实践并重的 STEAM 教育策略的成功。

保良局何荫棠中学于本学年夺得多项本地及国际 STEAM 赛事奖项,印证了学校教育策略成效。STEAM教育组主任范基柱表示,学校 STEAM 教育策略围绕两大核心,先以普及化为目标的“STEAM for all”,透过具趣味的 STEAM 活动启发学生潜能,从中挖掘出有才华、有热诚、愿意投放时间的学生,在中四起进行深度的梯队式栽培。

教育局局长蔡若莲颁发奖项亲自颁发奖项。(香港青年协会图片)

净水灵是一款结合物联网及 AI 视觉系统的微型实验平台。透过追踪海藻酸钙珠内基改大肠杆菌的色素蛋白讯号,串联合成生物学与真实世界的环境数据收集。平台共分三大模组,包括生物感测器培养模组、微流体包埋模组及比色模组,能稳定产出对四环素具有响应性的基因改造大肠杆菌,制备均一的海藻酸钙微珠后,产生蓝色变化,实现简单半定量分析。

团队之一的学生陈溢升表示,整套系统操作简便,具备于实地环境稳定运作的能力,可取代昂贵耗时的实验室分析,实现即时、经济的现场监测及追踪抗生素污染。

由“盲头乌蝇”到获奖 学生超惊喜

在比赛中获颁两个大奖,学生坦言超惊喜,然而回顾“净水灵”的研发起点,他们亦曾面临万事起头难的困境,“如盲头乌蝇般不知道做什么题目”。直至阅读大量报告后才发现香港启德河的药物污染在全港及全球的排名相当靠前(约全球十多至二十多名),这个震撼的数据促使他们决心针对抗生素污染(Antibiotics)展开深入研究。

为了让发明品真正落地,学生们“胆粗粗”向数十位有关生物化学等领域专家教授发送电邮请教,最终获数位热心的教授给予专业建议,继续推动项目。

拒闭门造车 难忘走访猪场臭味

学生用诚意打动渔牧业场主,愿意抽时间接受学生访问,讲解行业使用抗生素情况。(保良局何荫棠中学提供图片)

学生忆述为了解渔业和养猪业使用抗生素的情况,他们希望亲身探访本地养猪场和渔场,过程中尝过不少苦头,令他们印象难忘。

学生曾发电邮予多间猪场渔场,全部石沉大海。团队惟一成功联络的场主最初也直言“不要浪费时间”,所幸团队不甘放弃,场主最终被“想为香港水污染出一分力”的诚意打动,接受访问。学生余映林表示,“养猪场刺鼻的恶臭令我们在访问时都不敢脱下口罩,深刻体会到农夫的辛劳,场主提出设计产品必须做到简单操作才能吸引用家,这些前线的声音给予我们莫大动力。”

打动渠务署署长 派出专家与学生交流

“净水灵”最初由学生版本,升级至现时符合工业应用标准,有赖团队主动联系渠务署寻求专业指导。范基柱主任表示,学生为了了解政府检测污染的指标,主动联络渠务署署长莫永昌。莫署长不单亲自与学生会面,更就汇报内容及比赛策略悉心指导,令学生获益良多;他亦安排化验师和工程师到校,与团队进行技术交流达十多次,与学生就设计图、机器精密度及耐用度展开多轮会议。

保良局何荫棠中学一直积极参与不同 STEAM 比赛,除了在“香港学生科学比赛”囊括两大奖外,本学年亦是丰收之年。学校在国际基因工程机器大赛(iGEM),勇夺金奖及提名全球最佳硬件设计大奖,以及在第五十一届日内瓦国际发明展,与仁爱堂田家炳中学组跨校团队,在公开企业组别获颁铜奖。

参赛屡获殊荣 推普及与精英STEAM教育

科创成绩斐然,与学校 STEAM 教育策略有关。范主任表示,学校以普及化为目标推行“STEAM for all”策略。在初中阶段,透过策划兼具趣味与实践性的跨科活动,让全校学生皆能感受科创魅力。

其中,在中一 AI 智能车项目中,数学科老师陈秉浩特弃用坊间现成材料包,利用学校 3D打印,由零开始自行设计组装、接驳电线,并学习简单编程,让学生透过人手驾驶收集数据来训练 AI 模型,重现驾驶动作。

数学科老师陈秉浩表示,中一学生在 AI 智能车项目中,由零开始自行设计组装、接驳电线,并学习简单编程,让学生透过人手驾驶收集数据来训练 AI 模型,重现驾驶动作。(夏家朗摄)

珊瑚养育计划则是与中大珊瑚学院合作,初中学生也能参与观察或进行护养,透过测试剂测量水质盐度及矿物质浓度,让珊瑚碎片养育至六、七厘米大,并亲随中大职员放回吐露港。

学习题材广泛 学生获益良多

学生曹雅岚表示,此活动能应用书本以外的知识,并深刻体会到海洋食物链若受破坏,人类与整个生态皆会遭受牵连的道理。

此外,高中学生亦会参与黑水虻厨余回收计划。生物科冼浩朗老师表示,黑水虻幼虫能高效吃掉初中同学吃剩的厨余,学生在过程中能实际理解生物生命周期。学校现时设有多部智慧型厨余回收机,内设有感应器,能定时记录箱内湿度及温度,学生负责监测,若湿度太高会加入木粉吸干水分,防止幼虫逃走,及分解异味。有学生表示,从中反思人类更应从源头珍惜食物、减少厨余以保护环境。

发掘兴趣潜能 启迪学生思维

透过上述“STEAM for all”活动,在此核心基础下,学校能发掘有潜质及兴趣中四以上学生,展开“STEAM for elites”,作深度栽培。

范主任表示,学校引领精英学生跨入基因工程、AI 编程等前沿领域,支持他们走出课室、关怀社区,并透过参与本地及国际顶尖科学赛事力求进步。此外,学校亦与专业机构如 Re:learn 合作,在课后开设 AI 人工智能及 AR/VR 课程,全面启迪学生的科技思维与反思改良能力。

学生曹雅岚表示,透过珊瑚养育计划能实践书本以外的知识。(夏家朗摄)