青少年科技创新的选题与方法

青少年科技创新的选题与方法

在青少年中开展科技创新活动，是提高青少年的科技素质的有效途径之一。我们作为教育工作者来说，应为培养出适应新世纪发展所需要的科技后备人才打好扎实的基础，必须踏踏实实地开展好青少年科技创新活动。

一、科技创新相关概念的界定

（一）科学素质的含义

美国学者米勒教授对公众科学素养的界定——公众科学素养由三个维度组成，即科学知识、科学方法、科学与社会的关系。我国基础教育中所谈的学生的科学素质是指科学探究（过程、方法与能力），科学知识与技能，科学态度、情感与价值观，科学、技术与社会关系等四个方面。

从广义上来说，科学包括自然科学、社会科学、思维科学、技术和工程学等，科学素质也就包括了由上述而派生的更多的内涵。美国等一些发达国家，现在分得更细一些，提出了科学素质、技术素质、工程素质以及数学素质等细分概念。另外，亦有科学素质的提法，应是科学素质与技术素质的简称。

（二）什么叫科技

1、传统认为，“科学”是人们所积累的自然、社会、思维的知识的体系。
2、我们所说的“科学”指研究自然现象及其规律的自然科学；“技术”泛指根据自然科学原理和生产实践经验，为某一实际目的而协同组成的各种工具、设备、技术和工艺体系。
3、科学与技术是辨证统一体，技术提出课题，科学完成课题；科学是发现，是技术的理论指导，技术是发明，是科学的实际运用。

（三）什么叫创新

科技创新分为理论上、研究方法上、工艺上等方面的创新。

1、理论上的创新
2、研究方法上的创新
3、技术工艺上的创新

对某一些产品在实际使用中发现它的不足，而我们依据一定的科学原理或方法去改进和完善它，使改进和完善后的产品，在实际使用中更方便，或能提高工效，或能节省原材料，或能降低产品成本，这就是技术工艺上的创新。

例如：《手持式电子自动瓶盖开启器》其功能：开启各种瓶盖主要结构：可充电电源、驱动电机、机械装置、控制电路原理：利用电机驱动开启瓶盖先进性：具有开启各种瓶盖的不同档位结论：脱离实践，不具备创新实践的综合能力，创新本身不具“价值”。

例如：

1、《方便淘米小水舀》结构的特点：将舀口倒水的一边的的面积用网孔板焊接在盖上。功能：淘米时不但方便，而且洁净。创新点:由于加了网孔板，米中的沉淀物容易舀出，省水省力，提高了效率。
2、《可视滴眼液》上述两种创新，第一种是不具“创新性”，而第二种在某种意义上来说，是具有“创新性”。

二、怎样选题

(一)、选题的重要性

（二）选题的原则

1、“三性”原则

①“三性”原则的内容：科学性、先进性、实用性

②如何理解“三性”原则：

a“科学性”是基本点。

b“创新性”是参赛作品的核心具有科学性的作品，不一定是优秀作品，只有那些具备“先进性、创造性”，或具有“实用性”的作品才算得上是优秀作品，“创造性”是参赛作品的核心。

c“实用性”是对作品评价的标准青少年科技创新参赛的作品，对科学价值的评价，主要从两个方面进行：一是它的学术价值；二是看它的实用价值。

2、“可行性”原则

①项目研究的“可行性”

a.“大”和“小”的关系

b.“难”和“易”的关系

②项目科学价值的“可行性”

以节水为例：

a、《改进水冲厕所的用水问题》（工程二等奖）

b、《二次水排放自动分流阀》（工程二等奖）

c、《生活废水再利用装置》（环境类二等奖）

d、《居民楼自动节水系统》

a、《改进水冲厕所的用水问题》核心内容：学校公厕原来是无论上厕所人数的多少和是否有人上厕所，总是定时定量排放，有些浪费。改进后，采用单片机控制。创新点：利用单片机计数功能，解决上厕所的人数的计数，达到了节水目的。

b.《二次水排放自动分流阀》核心内容：通过一对红外发射，接触光电管，自动检测排水（水质）浑浊度和洁净等级，通过电压比较器，控制不同等级的水的分流。创新点：通过利用光电管自动检测，电压比较器控制分流，达到了节水目的。

c、《生活废水再利用装置》核心内容：洗衣机排放口或水盆与马桶冲水箱的高差，把上述废水储于马桶冲水箱，留作二次利用；另加一个集水箱，其水可用于洗拖布；创新点：利用盆水或马桶冲水箱的高差，废水简单过滤，直接二次利用，达到了节水的目的，有实用意义。

d、《居民楼自动节水系统》核心内容：同一居民楼内的上下两个家庭之间，上层的洗衣、洗手、洗菜后的水用于下层冲厕所、洗拖布，以达到再次利用的目的。失败原因——分析表明，这个创新顾此失彼，从整体上看，失去了实用价值。

在掌握了选题原则的基础上，怎样从众多的问题中选择适合自身特点的课题？可把问题分为：“是什么”“为什么”“怎么办”

例：《大气污染的原因与防治》《区域范围酸雨形成的原因，危害及防治》《废电池的危害、回收和利用》《澳门黑沙海滩成因的研究调查》（21届环境科学一等奖）《城市空气致敏花粉污染特征及漂散规律的研究》（21届植物学一等奖）《体外培养肿瘤细胞‘团簇’和‘均匀’生长方式的成因分析》（21届生物化学二等奖）
《爬山虎攀援能力与攀援材料之间关系的初探》（21届科学研究一等奖）《海盐县大棚菜地土壤障碍的调查及论理对策研究》（21届环境科学二等奖）《一种用纳米陶瓷小球纯化白酒的方法》（21届化学二等奖）

（三）选题类型与学科

1、五大类型

①读书报告类

例：“关于克隆技术的研究综述”“毒品的危害”“上海因特网的现状”

②社会调查类

例“蛮汉山地区野生果树资源研究”（21届植物二等奖）“昆明地区不同环境中细菌对抗生素而授性的调查”（21届医学与健康学二等奖）“无糖食品的调查研究”（21届科学研究一等奖）

③观察记录类

例：“蚂蚁如何建巢”“蜓幼虫如何发育”“探究光线、食物对蚕的生长、发育，蚕茧颜色的影响“（21届动物学一等奖）例：“电视广告对市民的影响”“中学生看营养盒饭”“从‘超女’现象看平民偶像崇拜对青少年健康成长的影响”（21届社会科学二等奖）

④实验研究类

例：“硝基苯污染对水稻种子萌发及幼苗生长发育影响的研究”（21届植物学一等奖）“新型防水防腐混凝土材料的研究”（21届化学一等奖）

⑤设计制作类

例：“生化柴油”（21届化学二等奖）“脚用键盘”（21届工程学一等奖）“带裁判的军棋”（21届物理学一等奖）“绿色塑料”（21届环境科学一等奖）

以上是从五个类型所举得例子

2、13个学科

从创新大赛作品所属学科来看又分为13个学科，即数学、计算机学、物理学、地球与空间学科、工程学、动物学、植物学、微生物学、医学与健康学、化学、生物化学、环境科学、社会科学。

生物化学：《花卉百合种球冷处理过程中的生理变化》（全国二等奖）植物学：《植物芽“地、电效应”的研究》（全国一等奖）化学：《一种用纳米陶瓷小球纯化白酒的方法》（全国二等奖）计算机：《利用仿生学原理监控计算机病毒》（全国一等奖）工程学：《湿地科学考察机器人》（全国一等奖）地球与空间学科：《台风对于台州农村房屋影响的研究》（全国一等奖）数学：《关于任意球直接得分的探究》（全国二等奖）医药与健康：《腺病毒介导基因转移神经干细胞的应用研究》（全国一等奖）微生物学：《蘑菇的一种新奇菌丝附属结构》（全国一等奖）物理学：《公路三险三重弹性新型安全防护栏》（全国二等奖）社会科学：《传统文化遗产——耀州瓷的继承和发扬问题的探究》（全国一等奖）环境科学：《澳门黑沙海滩成因的研究调查》（全国一等奖）动物学：《北京城区蜘蛛生活环境初探》（全国二等奖）

3、选题时，根据以上五种类型和13个学科应注意两点：

①自己所掌握的专业理论知识属于哪个学科的，则应从这个学科去考虑。

②自己所把握的素材属于哪一类型的，则应从这一类型去考虑。

（四）选题的具体范围

课题内容的选择可以到各行各业中去寻找，所选的空间是全方位的。

△在日常生活中选

案例：《杵状拇指系列研究》

第一期研究：杵状拇指是否与遗传有关。

第二期研究：人类杵状拇指遗传的ABCD假说。

项目获奖情况：

第一期研究：第17届全国青少年科技创新大赛一等奖，英特尔英才奖，第二届明天小科学家奖励活动二等奖，第54届英特尔国际科学与工程大赛科学大奖四等奖。

第二期研究：第19届全国青少年科技创新大赛一等奖，英特尔英才奖。

学生选题：学生在日常生活中发现，姜老师的大拇指与自己的大拇指有个共同的点，第一节明显比第二节粗，且指甲的宽度约为高度的2倍，开始好奇，后来作为研究课题。

老师辅导：

1、能否作为一个课题

①是否与遗传有关，如果是，其结论将是科学界一个突破性发现。

②如果不是，而是后天因素的影响造成，那比赛就意义不大了，但也扫除了一种疑惑，也是有意义的。

基于正反两方面的假设，认为研究下去，是有价值的。

研究过程

第一阶段：

①杵状拇指的特征：拇指的指甲宽度约为高度的两倍，且拇指第一节明显比第二节粗。

②查资料：杵状拇指在中国人群中并不罕见。但尚未有该性状是否与遗传有关的研究。

③结论需要大量样本的数据支持才有说服力，因此调查涉及15所中小学的学生12180人。

④调查1万个样本，对其中具备这种拇指的人再进行家族研究。即有无病史，家族中有无其他人是这样的指型，以及家族的谱系图。

第二阶段：

①进一步研究杵状拇指人群的遗传规律、分布范围、在不同民族中比例差别等。

②重点调查了2个杵状拇指家族（共101人），逐个拍摄照片（共285张）和X光片（共82套164张），取得遗传图谱的典型资料。

③提出八类杵状拇指遗传的ABCO假说：“拇指的表现型是由于常染色体同一基因座上的A、B、C、i四个复等于基因控制的。

④杵状拇指是常染色体同一基因座上的杂合显性遗传，即，AC、BC分别为双手杵状拇指基因型和单手杵状拇指基因型，其他基因型表现为非杵型。

⑥对杵状拇指的遗传作出解释。

△在工农业生产中选

案例：《智能化蔬菜大棚》

项目获奖情况：第21届全国青少年科技创新大赛二等奖。

学生选题：被称“中国第一菜篮子”的寿光，是冬暖式蔬菜大棚的发源地。通过调查发现冬暖式蔬菜大棚，虽然保温效果很明显，但由于存在几十米宽的土墙外壳，导致农民的土地利用率太低。学生根据冬暖式蔬菜大棚的这一弊端，把它作为研究课题。

△在交通运输中选

案例：《智能公交车站牌》

项目获奖情况：第21届全国青少年科技创新大赛二等奖。

学生选题：乘公交车时，许多老人看不清站牌上的站名。为了方便市民和提升城市建设的其中一个亮点，把它作为研究课题。

△在从环保中选

案例：《含酚废水生物处理技术研究》

项目的获奖情况：第21届全国青少年科技创新大赛二等奖。

学生选题：作者于2004年7月1日，到沈阳青年公园青年湖划船时，看到湖水呈黑绿色，发出难闻的腥臭味儿，河面上漂浮着大量死鱼，岸边上有无数条死鱼聚集在一块儿。湖水为什么会变成这样？污水是从哪里来的呢？该如何治理？为了弄清这些问题，把它作为课题研究。

△在从节能中选

案例：《环保节能窗帘》

项目获奖情况：第21届全国青少年科技创新大赛二等奖。

学生选题：作者是澳门高美士中葡中学蔡佩仪同学，澳门地区夏天极为炎热，对于一些向西的建筑，每天放学回到家里，室内的温度高得难于忍受，必须开空调降温。开空调：一要消耗电能，二要增加经济负担，而更关键的是增大了地球的温室效应。为了解决这些问题，把它作为研究课题。

△在教学中选

案例：《圆锥曲线的新定义及其应用》

项目获奖情况：全国青少年科技创新大赛二等奖。

学生选题画圆有圆规，但在印象中还没有可以统一绘制三种圆锥曲线的“规”，于是萌发了制作一种可以科学、准确、简捷地画出三种圆锥曲线的绘图仪器，把其作为研究课题。

△在文化娱乐中选

案例：《传统文化遗产——耀州瓷的继承和发扬问题探究》

项目获奖情况：全国青少年科技创新大赛一等奖

学生选题：耀州瓷是我国古代劳动人民流传下来的优秀文化遗产，它在工艺技术和艺术修饰方面的成就，对中国陶瓷的发展曾产生十分重要的影响，有“宋代刻花青瓷的首冠和北方青瓷之代表”的美誉。它的艺术造诣和历史地位已经得到了公认，也越来越受到国家的重视和保护。然而对古代耀瓷赞誉有加，现代耀瓷发展日见衰败的尴尬局面并未得到根本性的改变。在市场经济条件下，如何保护、继承和发扬耀州瓷这样的优秀传统文化，是我们今天所面临的重大而严峻的挑战，所以，选择本题目作为研究对象。

△在从新闻报道中选。

在“非典”时期，电视新闻报道中每天都会报道这种病情传播情况，在当时一段时期，全世界都没有一种能有效杀死这种“沙氏病毒”的药。当每天都看到这种新闻时，曾有不少的人就把如何研究制造出一种能有效杀死这种病毒的药作为研究课题，花了将近一年的时间，最终是广州钟南山教授研究出了这种药。为建设一个和谐世界，安全世界，健康世界等做出了巨大的贡献。

△在从天文学中选

案例：《业余天文观测的新方法》

项目获奖情况：全国青少年科技创新大赛一等奖

学生选题：目前业余天文观测，分为目视观测和成像观测两种方法。目视观测就是用眼睛通过望远镜等观测仪器直接观测。它的缺点是：①很难保留以前的观测资料；②较暗的天体无法观测；③如果怀疑某个天体，还要对照星图进行确认。成像观测就是将照机设备连接到望远镜等观察设备上，把观测到的星空天体拍成照片，然后再利用照片进行比较和分析。它较好地解决了目视观测的缺点，但分析比较照片时特别麻烦。照片上的每一颗星都要进行对比，眼力和体力消耗太大，时间太长。怎么解决这一问题。学生把它作为课题进行研究。