高中生做科研的專業程度可能已經超出你的想象。
在10月30日舉行的2026世界頂尖科學家論壇主題活動“未來科學家大會”上，約150名青少年與全球頂尖科學家面對面交流，一起討論未來科學的關鍵議題。6名中學生代表展示了他們的研究成果：從高空探測工程到人類智力演化的基因奧秘，從日常生活痛點到特殊人群的醫療照護，他們的科研項目展現出驚人的專業水平與想象力。
2026世界頂尖科學家論壇主題活動“未來科學家大會”現場。圖片由主辦方提供
從探空飛機到演化奧秘
青藏高原被稱為“世界屋脊”和“亞洲水塔”，其熱力與動力作用直接影響亞洲季風、全球大氣環流乃至氣候變化。青海省的沱沱河氣象站通常在每天早晚放飛兩次探空氣球，上面的氣象探空儀會記錄高空溫度、溼度、氣壓和風向等數據。
西寧市第二中學學生孔一宸發現，全球每年有數十萬次探空儀發射，其中超過80%的設備是一次性使用並被丟棄的，每年造成上億美元的損失。散落的電子元件和電池難以降解，對海洋和陸地野生動物造成了嚴重威脅。
西寧市第二中學學生孔一宸在演講中介紹他設計的可回收探空滑翔機。圖片由主辦方提供
為了解決這個問題，孔一宸想到可以用可回收的小型滑翔機把記錄著數據的儀器帶回來。但是，要讓輕小的滑翔機從兩三萬米的高空、在零下幾十攝氏度的極寒和強風切變中返回地面，傳統的固定翼設計往往力不從心。
他從NASA早期的研究中汲取靈感，採用了一種極為罕見的“斜翼”（oblique wing）氣動佈局。通過旋轉機翼改變翼展和麵積，利用原本被視為缺陷的氣動耦合效應來實現無副翼控制。同時，為了適應平流層的極端環境，他自己設計了帶有主動加熱功能的六層PCB電路板，實現了100公里以上的低功耗遠距離通信。
孔一宸帶著他的原型機在沱沱河氣象站進行了多次放飛測試。目前，他的第四代滑翔機正在研發中，並已申請發明專利。
上海市世界外國語中學高三學生張子墨則關注到了失語症患者這一特殊群體。受奶奶個人經歷的觸動，她設計了一款可穿戴手環及配套的家人手機端與雲端系統，通過監測老人的生理狀態進行情感計算，並利用觸覺、聲音和光感幫助失語者與家人交互。
除了工程設計之外，也有學生正在基礎科學的領域中探索。上海中學國際部高三學生雷倩的研究更是直接試圖回答一個演化生物學的大問題：為什麼人類如此聰明？
雷倩通過閱讀文獻發現，靈長類動物之所以比非靈長類哺乳動物聰明得多，核心在於大腦新皮質層的擴張，這得益於神經發生時間的延長以及外放射狀膠質細胞的出現。
與此同時，科學界還有一個神秘的發現：人類的大腦和睪丸儘管在形態和功能上截然不同，卻在所有人體器官中表現出最相似的基因表達模式。
既然大腦在演化中經歷了神經祖細胞池的擴張，那麼睪丸中的精子發生過程是否也有類似的“升級”？雷倩發現了一個比較冷門且未經驗證的假說：存在一組尚未被認識的“智力與生殖基因”，共同調控了靈長類動物神經和生殖系統的祖細胞增殖，成為了演化驅動力。
這個假說會是真的嗎？她首先利用生物信息學方法，在公開數據庫中對大腦和睪丸的基因表達進行無監督層次聚類分析。在經歷了多次數據庫比對無果後，她最終在嬰兒期的大腦基因數據和青春期至成年期的睪丸基因數據中，找到了一組高度共表達的基因。這意味著，生殖系統相關基因對智力的影響可能發生在個體發育的早期，是一個演化與發育交織的過程。
隨後，她在實驗室中進行了體外實驗驗證。通過慢病毒感染等技術將這些基因導入體外培養的人類胚胎幹細胞和小鼠精原幹細胞中，她成功觀察到了神經祖細胞自我更新能力的增強，以及精原幹細胞集落數量和大小的顯著增加。這一發現不僅為理解人類演化提供了新線索，未來還可能應用於阿爾茨海默病等神經退行性疾病的類器官建模，或作為不孕症診斷的新型生物標誌物。
教育的分野
不可否認，升學是推動許多高中生投身科研的直接動力之一。張子墨告訴記者，出國留學這條路徑本身，某種程度上“迫使”學生必須儘早找到自己的方向，“越好的大學可能越希望你有自己的這樣一個興趣，還有一個持續的項目”。
但這並不意味著高水平科研只是國際生獨有的。上海外國語大學附屬外國語學校高一學生劉誠愷告訴記者，他沒有出國讀本科的計劃，但這並不妨礙他對科學探索的興趣。
除了參加化學競賽之外，今年暑假，他在參加丘成桐數學夏令營時接觸到了一個數學問題，儘管已有前人解出，但他依然憑著興趣找到了一種全新的解法，並以“無限正則樹上熱核衰減的閉遊走分析與譜邊緣控制”為題寫成了一篇全英文數學論文。
上海市實驗學校高二年級組長張老師告訴記者，上海“新高考”中的綜合素質評價制度已經運行多年。很多高校在錄取上海考生時，除了高考分數之外，還會依照比例對學生進行面試，科研活動也會納入考量。
除了升學制度的引導，不少學生也提到家庭的薰陶與支持。張子墨的父親是一名通信工程師，在如何降低功耗、減少延遲等工程技巧上給了她很多指導。“（父母）對我的工程思維的培養，當我遭遇失敗時給予支持，都給了我很大的幫助。”她說。
雷倩的父親在醫療領域工作，雖然在具體項目上提供的幫助有限，但很早就開始培養她和哥哥的科學視野和思維。“他每天都會帶我們讀一篇科學論文。”雷倩說。
很多中學與高校等機構的資源對接，也為學生們搭建了接觸前沿科學的橋樑。張子墨告訴記者，她在技術選型和產品設計時請教的校外指導老師，便是由學校推薦認識的。雷倩進行實驗的大學實驗室，最初也是通過學校對接。
上海中學國際部高三學生雷倩在實驗室中驗證智力與生殖基因的共調控功能。圖片由受訪者提供
此外，不少機構也推出了各種性質的研學活動，如上海世界頂尖科學家發展基金會與上海市科技藝術教育中心發起的“未來科學家”培養計劃。
“我們生在一個很幸運的時代。想參加什麼樣的活動，很多信息在網絡上都能找到。不懂的知識通過AI和文獻，也可以很快學習。”劉誠愷說。
科學探索的“發心”
在張子墨看來，區分一個學生項目做得好不好，最核心的差別在於“發心”，即做研究的動機。如果僅僅是出於功利性的目的、為了應付申請而做項目，往往做到一定程度就停止了，很難做出真正優秀的結果。
雷倩告訴記者，在做智力演化基因的研究時，雖然別人都很佩服她在專業實驗室驗證的結果，但她自己最興奮的時刻，其實是在多次數據庫對比無果後，引入嬰兒與青少年基因數據後找到了關鍵基因。
雷倩說，她曾參加過美國的科學博覽會（Science Fair），那裡有很多青少年提出讓人興奮、天馬行空的問題，都源於對生活和自然最誠實和細緻的觀察。這種狀態讓她十分嚮往。
當有了真誠“發心”，這些高中生展現出了驚人的自主學習能力。由於缺乏專業背景，跨學科的項目中總會遇到知識盲區。張子墨的手環項目涉及全棧軟件編程，她基本靠自己“現學現賣”，利用AI輔助學習和編寫算法，再通過閱讀論文、請教老師來進行交叉驗證。
上海市世界外國語中學高三學生張子墨正在設計針對失語症患者的智能手環。圖片由受訪者提供
在獲取稀缺的實驗和調研資源時，他們也學會了主動出擊。
大學實驗室的運轉存在成本，教授們通常不會輕易讓一個高中生在裡面跑自己的課題。雷倩透露，實驗室一開始對於幫她做實驗驗證是非常猶豫的。直到她自己通過生物信息學計算，真正從數據中找到了關鍵基因，拿出了過硬的初步證據，實驗室才最終同意支持她的後續實驗。
張子墨為了解失語症患者的真實處境，不僅通過家裡嘗試鏈接醫院資源，還在去美國參加夏校期間主動給當地醫院的醫生髮郵件，爭取到了去醫院實地交流的機會。
在醫院的實地訪談中，她發現失語者的照護與康復遠非一個手環就能解決，它不僅是一個技術問題，更是一個複雜的醫療體系、倫理和社會機制問題——比如護工和醫師自身也面臨著薪資、社會地位等諸多困境。
“這些都是AI沒法告訴我的。”她說。因為這段經歷，張子墨在大學申請中除了電子工程和產品設計，還特意填報了STS（科學技術社會學）專業，希望在科技與人文社科的交叉點上繼續探索。
時代的召喚與年輕的資本
大會聯合主席、美國國家科學院院士、斯坦福大學數學教授孫理察（Richard Schoen）告訴記者，臺上臺下這些十幾歲便已具備相當水平科研能力的中國高中生給他留下了很深的印象。
在孫理察看來，國家和社會對科學的重視程度，對年輕人的選擇有著巨大的影響。他在主旨演講中回憶，自己出生在美國俄亥俄州一個只有1500人的偏遠農業小鎮，在有13個孩子的大家庭中排行第十。在那樣一個幾乎沒有科學榜樣、人們普遍受教育程度不高的鄉村環境裡，他之所以能走上數學研究之路，除了高中老師的鼓勵，很大程度上得益於20世紀60年代太空探索的大背景。
“那場太空競爭促使美國對數學和科學給予了極大的重視。普通人——即使是我身邊那些沒有受過教育的人——也認為數學和科學很重要，因為有國家的推動。”孫理察說，當時聯邦政府在科教領域投入了大量資金，如果沒有政府的助學金支持，他甚至很難讀完大學。
他認為，今天的中國，整個社會、商業界和公眾都非常重視數理基礎研究與科學教育，這為青少年提供了極佳的土壤。
對於中國高中生如此早地做出高度專業化的科學研究，孫理察認為這得益於各種教育條件的成熟，讓年輕人能夠在早期達到一定的高度。但他也擔憂，過早的專業化，有時也可能會限制青少年在其他領域的可能性。相比之下，他年少時雖然缺乏資源、需要靠自己摸索，但好處是沒有任何條條框框的限制。
孫理察告訴記者，教育資源的分配也可能影響學生投身科學的動機。他本科就讀於離家不遠的戴頓大學（University of Dayton），那並不是一所頂尖的研究型大學，但非常注重本科教學，併成功將大批學生送入了頂尖的博士項目。他本人就從一個“鄉下小子”，最終進入斯坦福大學攻讀博士，師從丘成桐等數學大師。
“如果你看美國的統計數據，很有趣的是，畢業生獲得博士學位比例最高的大學，往往不是那些你聽說過的大型知名學府，而是規模較小的學院，有時是文理學院。”孫理察指出，讓身處非頂尖中心城市的學生也能在當地接觸到優質的科研教育資源，這一點至關重要，不過他也觀察到，如今這種模式正在改變，沒有名校背景正變得越來越難進入好的博士項目。
清華大學翟薈教授在大會開幕致辭中提到，今天的基礎研究與應用研究之間，不同學科之間，乃至人類智能與機器智能之間的界限都在日益模糊，這些十幾歲的少年們正處於科學範式轉變的歷史交匯點上。無論是出於怎樣的契機開啟了人生的第一個課題，當他們真正帶著好奇心去觀察世界、直面失敗、關切人類共同的命運時，科學的種子便已真正生根發芽。
“對於像我們這樣的年輕科學家和學生來說，我們最大的優勢就是幾乎為零的失敗成本。我們應該勇敢地去尋找和抓住機會，去滋養我們真正熱愛的事物。”孔一宸在演講中說。
來源：澎湃新聞
