青少年科學(xué)研究方法研究論文

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“提出問題比解決問題更重要，因?yàn)樘岢鲂碌膯栴}、新的可能性、從新的角度去看舊問題，都需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。”愛因斯坦是這么說的。選題是青少年科學(xué)研究的最重要的部分。

青少年科學(xué)研究的第一步就是確定一個(gè)問題或目標(biāo)。問題的內(nèi)容可以涉及與人類日常生活息息相關(guān)的各個(gè)方面。在選擇研究題目時(shí)，要顧及自己研究的結(jié)果，將如何“改善這個(gè)世界及其居住者的生活”，這也可以說是我們做研究的最基本的目標(biāo)。如果目標(biāo)定位正確，選題選得好，可以說研究工作已成功了一半。

科學(xué)研究的選題應(yīng)遵循如下幾條原則：

一、創(chuàng)新性

科學(xué)總是把目光投向新的問題、新的領(lǐng)域，總是追求新的發(fā)現(xiàn)、新的理論、新的創(chuàng)造。在一定意義上說，沒有創(chuàng)新也就沒有科學(xué)。創(chuàng)新是科學(xué)研究的靈魂。選題的創(chuàng)新首先體現(xiàn)在要有新的目標(biāo)，我們?cè)诖_定目標(biāo)以前必須要了解：?jiǎn)栴}所涉及的相關(guān)領(lǐng)域中，現(xiàn)在已經(jīng)有哪些成果，還有什么問題？這些問題中哪些已經(jīng)解決了？哪些問題還沒有解決？哪些問題還需要從哪些方面作進(jìn)一步探討？歷史上科學(xué)的創(chuàng)新可以歸納為六個(gè)方面：①有重大的新現(xiàn)象和新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)；②有重大影響的新工具的使用；③有重大影響的新方法的采用；④有關(guān)鍵性的新概念提出；⑤新理論的建立；③新領(lǐng)域的開拓。對(duì)于青少年的科學(xué)研究的創(chuàng)新，歸結(jié)起來也可以在以下幾個(gè)方面得到體現(xiàn)：

（一）、對(duì)有關(guān)領(lǐng)域中的舊觀點(diǎn)提出新見解

愛因斯坦的狹義相對(duì)論提出了物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、空間相關(guān)聯(lián)的相對(duì)時(shí)空觀，包括“運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理”、“光速不變?cè)怼薄ⅰ斑\(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度變短”等等。愛因斯坦的狹義相對(duì)論對(duì)牛頓力學(xué)的絕對(duì)權(quán)威提出了挑戰(zhàn)。中學(xué)生的科學(xué)與工程研究雖然不能與那些世界級(jí)的科技英才相提并論，但是中學(xué)生中仍然有一些敢于對(duì)現(xiàn)有的思想和觀點(diǎn)，經(jīng)過自己的研究與探索，大膽提出自己新的見解的勇士。

上海復(fù)旦附中姚周率同學(xué)對(duì)“被戳穿”的正多面體的計(jì)數(shù)問題進(jìn)行了研究。他的研究源于施坦因豪斯的《又一百個(gè)數(shù)學(xué)問題》中的題40：“用27個(gè)單位立方體組成一個(gè)3×3×3的大立方體，一條直線至多可以戳穿幾個(gè)單位立方體？”得出的結(jié)論是7個(gè)單位立方體。

姚周率同學(xué)采用了新的計(jì)數(shù)方法：“直線戳穿的單位立方體與直線被分割面截成的線段—一對(duì)應(yīng)。”不僅將其推廣到一般情形，證明了：“有N三次方個(gè)單位立方體組成的N×N×N大立方體，一條直線最多可以戳穿3N－2個(gè)單位立方體”，并且推廣到更一般的命題：“MNP個(gè)單位立方體組成的M×N×P長(zhǎng)方體，一條直線最多可以戳穿M＋N＋P－2個(gè)單位長(zhǎng)方體”。在此基礎(chǔ)上他還進(jìn)一步研究了一般正多面體的戳穿問題，得出如下結(jié)論：“一個(gè)N-分割后的正四面體，一條直線最多可以戳穿N個(gè)單位正四面體；一個(gè)

N-分割后的正八面體，一條直線最多可以戳穿2N－l個(gè)單位正八面體；正十二面體和正二十面體無(wú)法進(jìn)行N-分割”。

上述研究是一項(xiàng)組合數(shù)學(xué)中有關(guān)幾何計(jì)數(shù)問題的研究，這項(xiàng)研究的結(jié)果是對(duì)前人已有的結(jié)論有本質(zhì)的突破，可以說這是一項(xiàng)有理論價(jià)值的研究。

（二）、把分散的材料系統(tǒng)化．用新的方法整理成新的觀點(diǎn)、見解

在科學(xué)與技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代中，中學(xué)生獲取信息的渠道非常寬廣，許多中學(xué)生在閱讀瀏覽中，在各種媒體的信息中，找到能激起自己興趣的研究題目，用自己創(chuàng)造設(shè)計(jì)的研究方法，進(jìn)行調(diào)查、分析、歸納整理后，提出了自己新的觀點(diǎn)和見解。

上海位育中學(xué)李艷艷和余蕾同學(xué)查閱了1873年至1999年有關(guān)太陽(yáng)黑子的氣象資料，通過對(duì)太陽(yáng)黑子月平均值與降水、氣溫、氣壓的相關(guān)性進(jìn)行分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子數(shù)與上海地區(qū)的氣溫、氣壓數(shù)據(jù)之間有明顯的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0．54和負(fù)0．44，而氣溫、氣壓變化都滯后于太陽(yáng)黑子活動(dòng)約11個(gè)月。太陽(yáng)黑子與降水之間的關(guān)系不如氣溫和氣壓。他們分析認(rèn)為：這可能反映影響降水的因素有更多，因而也更具復(fù)雜性。但是通過對(duì)降水資料作分析，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)清晰的大約11個(gè)月零27天的周期變化，這說明太陽(yáng)黑子活動(dòng)對(duì)降水也同樣有影響。

這項(xiàng)研究有獨(dú)到的工作貢獻(xiàn)，數(shù)據(jù)充足，過程完整，結(jié)論合理。但由于太陽(yáng)黑子等太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響是“大尺度”的，如何將其影響應(yīng)用于局部地區(qū)，還需要進(jìn)一步探討。（三）、經(jīng)過自己的觀察實(shí)踐有新的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明

所謂新的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明（包括產(chǎn)品和方法），應(yīng)該是在這之前別人還沒有提出過的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，其鑒定的標(biāo)準(zhǔn)是：在書刊雜志中、市場(chǎng)產(chǎn)品中、專利公報(bào)上以及各種公開的場(chǎng)合中都沒有出現(xiàn)過類似的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。

復(fù)旦大學(xué)附中沈淵、袁家輝、張誠(chéng)同學(xué)針對(duì)教室內(nèi)的照明狀況，在分析了各種不足之處后，提出了一套優(yōu)化照明的解決方案，并在理論上加以論證和考慮了實(shí)際可操作性。這套方案分為三個(gè)部分：

1、黑板照明優(yōu)化：

根據(jù)教室黑板上的照明存在光利用不足，分布不均的缺點(diǎn)，即：離光源較近的地方有一條高光帶強(qiáng)反射，使同學(xué)很難看清黑板上的內(nèi)容；離光源較遠(yuǎn)處，光強(qiáng)又太弱。他們根據(jù)透鏡發(fā)散與會(huì)聚原理，設(shè)計(jì)一個(gè)透射和反射裝置。透射部分采用緊貼燈管的平凹透鏡和凸透鏡，發(fā)散中間光和會(huì)聚周邊光，把原來向下?lián)p失的光充分利用起來，使光線柔和均勻；反射部分采用拋物面鏡和雙曲面鏡的結(jié)合，使光線平行且強(qiáng)度均勻。

2、自然采光照明優(yōu)化：

針對(duì)教室內(nèi)靠窗口光線過于集中而太亮，而靠走廊的座位又不得不開燈，他們?cè)O(shè)想對(duì)玻璃窗作一些改進(jìn)：將玻璃窗的上半部分的外表面做成鍥形，以改變光線行進(jìn)方向；在鍥形玻璃之間做成階梯狀，可有效節(jié)約材料；鍥形玻璃內(nèi)表面略微磨砂，使光線柔和均勻。改進(jìn)窗簾的材料和顏色，增加冷光以保護(hù)視力；改進(jìn)窗簾的構(gòu)造，改成窗簾由下往上拉。通過這些改進(jìn)，教室能更合理地利用自然光。

3、燈具布局的優(yōu)化：

燈具布局的設(shè)計(jì)上他們大膽地類比原子核內(nèi)電子軌道的排布，將光源比作軌道中的電子，使它的間距以幾何級(jí)數(shù)遞減，并參照穩(wěn)定的氖元素核外電子和甲烷電子的排布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一個(gè)燈具布局的優(yōu)化方案，并通過模擬的對(duì)比實(shí)驗(yàn)加以論證。該方案的設(shè)計(jì)思想是把空間照明投影到平面，使光照分布均勻。

作者能利用學(xué)過的光學(xué)原理設(shè)計(jì)光源分布的優(yōu)化組合，并有簡(jiǎn)單的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)思新穎，具有可操作性和一定的實(shí)用價(jià)值。但限于應(yīng)用面，有一定的局限性，難以推廣實(shí)踐。在此基礎(chǔ)上還可以繼續(xù)探索更簡(jiǎn)易可行的方案。

創(chuàng)新包括觀點(diǎn)的創(chuàng)新和實(shí)施手段的創(chuàng)新，也就是解決新問題，提出新觀點(diǎn)和用新的方法去解決問題。

2000國(guó)際科學(xué)與工程大賽有一個(gè)項(xiàng)目《人的視覺導(dǎo)向》，這是一個(gè)行為與社會(huì)科學(xué)類的選題。它要研究的是“人在發(fā)現(xiàn)他所尋找的東西時(shí)的效率”。一般來說人眼在發(fā)現(xiàn)他所尋找的東西時(shí)，其效率是很難通過標(biāo)準(zhǔn)的視覺模型解釋清楚的。這項(xiàng)研究的目的是：①認(rèn)定進(jìn)行視覺研究過程的切人點(diǎn)是要對(duì)物體的方位進(jìn)行分類從而使這種分類能更有效地指導(dǎo)針對(duì)目標(biāo)的注意力；②完善這一分類機(jī)制。為達(dá)到上述目的，作者創(chuàng)造了一套測(cè)試實(shí)驗(yàn)的方法：由一臺(tái)電腦電視屏幕顯示幾個(gè)定向的物體在一個(gè)背景下重疊起來。問題是要被測(cè)試者尋找一個(gè)特定的目標(biāo)，被測(cè)試者無(wú)論是發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)，還是認(rèn)為目標(biāo)不存在，按下兩個(gè)鍵中的一個(gè)進(jìn)行選擇。通過對(duì)遮蓋或妨礙目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的背景定向的變換進(jìn)行測(cè)試。這項(xiàng)研究要測(cè)量的是在每一種背景方位下，能用多少時(shí)間找到目標(biāo)。研究結(jié)果顯示：當(dāng)與目標(biāo)在同一分類的方向下，有導(dǎo)向的背景影響更大，使得對(duì)方向進(jìn)行分類作為有效發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的方位的使用得到了認(rèn)可。這一研究成果充實(shí)了“預(yù)先指導(dǎo)”的理論，而且又為領(lǐng)先于“預(yù)先指導(dǎo)理論”的“早期視覺機(jī)械化”理論作了擴(kuò)充。

怎樣確定自己的選題有沒有創(chuàng)新呢？通過對(duì)專利公報(bào)和情報(bào)資料的查詢是一種最基本的方法，但是最重要的還是要學(xué)會(huì)從本質(zhì)上加以分析，因?yàn)轭愃频纳踔料嗤念}目仍然可以有不同的目標(biāo)、不同的過程方法和不同的結(jié)果，也能體現(xiàn)自己的創(chuàng)新成分。

二、前瞻性和時(shí)代感

自然現(xiàn)象繁復(fù)龐雜，瞬息萬(wàn)變。人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)，基于前人已經(jīng)獲得的知識(shí)的基礎(chǔ)，由此才能從膚淺的、零散的，發(fā)展為比較深刻的、系統(tǒng)的；從片面的、局部的，發(fā)展成為比較全面的、普遍的。探索自然奧秘的過程非常艱巨、曲折而漫長(zhǎng)。只有以前人已到達(dá)的地方為起點(diǎn)，繼續(xù)前進(jìn)，才能使短暫的一生為科學(xué)創(chuàng)造作出貢獻(xiàn)。正如牛頓所說他是“站在巨人的肩膀上”，這個(gè)巨人指的就是科學(xué)的前輩。

20世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期。20世紀(jì)世界重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科技創(chuàng)造和發(fā)明，涉及數(shù)學(xué)、生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)。醫(yī)學(xué)、機(jī)械工程、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)、軍事技術(shù)、激光技術(shù)、納米技術(shù)、航天科學(xué)技術(shù)和環(huán)境科學(xué)技術(shù)等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，正在使人們的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式發(fā)生著巨大的變化。科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為推動(dòng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)持續(xù)進(jìn)步的決定因素。青少年為科學(xué)與工程項(xiàng)目選題時(shí)，必須高瞻遠(yuǎn)矚，了解科學(xué)發(fā)展的來龍去脈，才能在科學(xué)與工程研究中有所作為。

哪些問題具前瞻性和時(shí)代感的選題呢？從如下的一些事例中我們會(huì)得到某些啟示。

（一）、與科學(xué)技術(shù)相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題

比如，有關(guān)城市垃圾的治理及對(duì)策問題，包括：生活垃圾無(wú)害化、減量化和資源化；人類對(duì)保健品的需求問題；青少年中間的肥胖問題等等。

上海向明中學(xué)柳思南等同學(xué)研究的是樹葉應(yīng)用于環(huán)保中的一種新用途，即：以樹葉為原料來制造內(nèi)包裝材料，同時(shí)采用添加廢紙作為輔助料的方法解決了樹葉纖維物理性能差的問題。他們以“生活垃圾無(wú)害化、減量化和資源化”為目標(biāo)，著重研究怎樣最低限度使用防腐劑和防潮劑，以避免成品材料引起的污染。該產(chǎn)品經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以在短期內(nèi)降解，并且可以回收利用。

隨著生活水平的提高，對(duì)于“飲食與健康”日益成為人們生活中的熱門話題。上海市政府在1995年曾經(jīng)宣布，所有的食鹽都須加碘。從生理學(xué)的角度而言，碘是合成甲狀腺激素的主要原料。而甲狀腺激素是維持人體正常生命活動(dòng)的重要物質(zhì)。人體缺少它時(shí)，對(duì)生長(zhǎng)與健康都有嚴(yán)重影響，會(huì)造成地方性甲狀腺腫大。但是，當(dāng)攝人碘過多時(shí)，就會(huì)引起甲狀腺功能亢進(jìn)癥。為此引起專家們對(duì)碘鹽的各種不同的看法。

大同中學(xué)朱嘉英同學(xué)對(duì)上海人是否都需要使用加碘鹽進(jìn)行了分析。她研究設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)定食物中碘含量的方法，發(fā)現(xiàn)上海人即使是在最普通的日常膳食中，也已經(jīng)能提供足夠量的碘。通過一系列的社會(huì)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)研究，她認(rèn)為：市政府在花大力氣生產(chǎn)加碘鹽的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)多向市民宣傳食用海產(chǎn)品的好處，鼓勵(lì)市民還是從食物中補(bǔ)碘，回歸自然為好。

肥胖是當(dāng)今文明世界的流行病，對(duì)于肥胖的原因的研究已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際研究的熱點(diǎn)。肥胖的發(fā)生受多種因素的影響，但主要的原因是與能量代謝失衡有關(guān)。

上海華東師大二附中王璐同學(xué)采用國(guó)際上的先進(jìn)技術(shù)——間接測(cè)熱術(shù)，檢測(cè)體重正常者與超重者的葡萄糖、脂肪氧化和靜息能量代謝情況，以分析這三個(gè)量在兩組人群中的異同，探討肥胖的發(fā)生機(jī)制。

（二）、已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生的與科學(xué)技術(shù)相關(guān)的問題

人類已經(jīng)進(jìn)人了信息時(shí)代，信息的較量在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中起著至關(guān)重要的作用。青少年科學(xué)與工程項(xiàng)目的選題，在信息資源的開發(fā)和利用方面有著非常廣闊的前景。

上海向明中學(xué)徐晨斐和上海南洋模范中學(xué)李愿達(dá)同學(xué)分析了目前我國(guó)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物發(fā)展的狀況，發(fā)現(xiàn)目前網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物的方式缺乏人性化設(shè)計(jì)，因此網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物發(fā)展很艱難。他們?cè)O(shè)計(jì)的目標(biāo)是怎樣讓網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物來迎合人們的日常購(gòu)物習(xí)慣。為此，他們?cè)L問了電子商務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，以及銀行工作人員，具體了解目前基于網(wǎng)頁(yè)的網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物的一些不足之處，然后針對(duì)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物人性化設(shè)計(jì)不足的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬的銀行——總服務(wù)器——商店系統(tǒng)，制作了一個(gè)多功能的通用客戶端網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物軟件——一MyShopping（我的購(gòu)物），在中間添加了很多人們?cè)谌粘Ｙ?gòu)物中習(xí)以為常，而目前網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物中卻沒有實(shí)現(xiàn)的功能，使網(wǎng)上購(gòu)物更加方便。

在世界上每天都有許許多多事情發(fā)生，只要注意觀察，會(huì)有很多問題值得我們?nèi)パ芯俊?/p>

1999年上海東方航空公司一架飛機(jī)在降落時(shí)，起落架的輪子發(fā)生了故障，幸好最后安全降落，有驚無(wú)險(xiǎn)，沒有造成傷亡事故，但這足以引起了大家的警惕。有一位中學(xué)生看到有關(guān)的新聞報(bào)道后，立即想到：要是飛機(jī)場(chǎng)有一種用于搶險(xiǎn)的活動(dòng)跑道，它類似大型的沒有發(fā)動(dòng)機(jī)的平板卡車，如果出現(xiàn)這樣的事故，可以將其拖到相應(yīng)的位置，飛機(jī)可以降落在活動(dòng)跑道上，由它帶著飛機(jī)在跑道上滑行，然后停下。雖然這個(gè)想法離開現(xiàn)實(shí)還有很大的距離，可是這確實(shí)是一個(gè)值得研究的問題。

白色污染給人類所帶來的嚴(yán)重惡果，已經(jīng)成為大家的共識(shí)。但是從衛(wèi)生健康的角度來看，一次性餐具確實(shí)也是人們?cè)谌粘Ｉ钪兴仨毜臇|西。所以有許多人在研究“可分解的塑料”。

1999國(guó)際科學(xué)與工程大賽中有一項(xiàng)《制造可分解塑料——“BIOPLASⅡ”》的研究。“BIOPLASI”是指可以被分解的塑料，而“BIOPLASⅡ”就是作者要研究的那種由天然成分組成的，在耐用性和防水性方面類似于商品化的塑料。這項(xiàng)研究的目標(biāo)是要?jiǎng)?chuàng)造出一種能在短時(shí)期內(nèi)分解的塑料；這種能分解的塑料是由一些有機(jī)材料混合制成的，研究的目的就是要找出這種最佳的有機(jī)材料。

作者使用的主要原料是凍粉。凍粉是一種不定形的半透明的材料，加熱十來分鐘后即能熔解。將凍粉、用作為粘合劑的天然樹脂和用作為填充料的Comsoreh以15：3：l的比例混合，可以使制成的“BIOPLASⅡ”達(dá)到最佳狀態(tài)。作者對(duì)“BIOPLASⅡ”的抗水性、可分解性、抗張強(qiáng)度、密度、熔點(diǎn)和彈性等進(jìn)行了測(cè)試，他們對(duì)所有的性能數(shù)據(jù)都經(jīng)過了統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的嚴(yán)格測(cè)試，并被逐個(gè)證明。他們確信“BIOPLAⅡ”的確是可以降解的，它比聚乙烯有更強(qiáng)的抗張強(qiáng)度，但是它的抗水性不如聚乙烯。

（三）、影響人類文明未來走勢(shì)的與科學(xué)技術(shù)相關(guān)的問題

城市與自然共存，人類與自然的和諧相處，謀求城市與環(huán)境的共同發(fā)展已經(jīng)成為城市發(fā)展的方向。

比如：城市綠地在改善城市生態(tài)環(huán)境方面具有重要的作用。目前國(guó)際上對(duì)園林綠地的量化研究主要是對(duì)其功能的量化研究。在不同的綠地條件下，采取不同的測(cè)試方法取得量化值，其中包括：人均綠地、面積、綠化覆蓋率、葉面積指數(shù)、葉于重、葉面積、綠視率、垂直綠化覆蓋面積、年游人量等指標(biāo)。其中大多采用的是二維面積為綠地的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在技術(shù)上國(guó)內(nèi)外還普遍將航空遙感技術(shù)、立體攝影測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于綠地率和綠化覆蓋率的測(cè)算研究。三維量綠色遙感調(diào)查是我國(guó)學(xué)者周堅(jiān)華等提出的一種估算城市綠化環(huán)境效益的新方法，該方法中的綠量概念，進(jìn)一步完善了城市綠化的量化指標(biāo)體系，其測(cè)算方法的研究符合當(dāng)前國(guó)際上精確地定量化研究城市綠化的新方向。其研究?jī)?nèi)容已經(jīng)成為國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)項(xiàng)目“城市生存環(huán)境綠色量值群的研究”中的部分研究成果。

華東師大二附中周一凡等同學(xué)在前人研究的基礎(chǔ)上研究并建立了一個(gè)關(guān)于“上海城市生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是一個(gè)以綠量的理論與測(cè)算方法為基礎(chǔ)，以城市綠化與生態(tài)環(huán)境的定量關(guān)系為基本內(nèi)核的一個(gè)實(shí)用的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。他的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：在信息獲取方面實(shí)現(xiàn)了遙感、人工調(diào)查、綠化規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多元數(shù)據(jù)的輸人和實(shí)現(xiàn)了遙感數(shù)字圖象的直接屏幕量化，實(shí)現(xiàn)了綠量和綠化環(huán)境效益的自動(dòng)測(cè)算，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)化的環(huán)境預(yù)測(cè)和決策支持等全視窗化的模塊和幫助子模塊，實(shí)現(xiàn)了直觀化、易交化、高效率的信息管理目標(biāo)，為綠化和環(huán)境數(shù)據(jù)的管理，為預(yù)測(cè)綠化規(guī)劃實(shí)現(xiàn)后的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和決策綠地建設(shè)方案提供了一個(gè)理論基礎(chǔ)可靠和易于操作的工具。

現(xiàn)代文明，使家用電腦，家用電器逐步進(jìn)人每家每戶。如果不會(huì)操縱這些現(xiàn)代化的設(shè)備，在未來的生活中，會(huì)有許多不便。在1999年和2000年青少年國(guó)際科學(xué)與工程大賽中，都出現(xiàn)有關(guān)于便于殘障人群操作的控制電腦的方法的研究項(xiàng)目。如：“腳踩鼠標(biāo)”和“給殘疾人的耳朵”——用詞語(yǔ)命令來開關(guān)連接到電腦主機(jī)上的家用電器等，為各種人群在現(xiàn)代文明的社會(huì)中的生活帶來方便。

三、實(shí)用性

青少年科學(xué)與工程項(xiàng)目的選題，要考慮的最實(shí)際的問題就是：怎樣通過它創(chuàng)造有關(guān)自己，或自己所生活的世界的知識(shí)；如何改善這個(gè)世界。科學(xué)與工程項(xiàng)目的價(jià)值和意義體現(xiàn)在應(yīng)用和認(rèn)知兩個(gè)方面，一個(gè)研究項(xiàng)目?jī)r(jià)值的側(cè)重點(diǎn)可以有所不同，但必須要體現(xiàn)它的價(jià)值。

比如姚周率同學(xué)的“被戳穿的正多面體”的計(jì)數(shù)問題的研究主要在認(rèn)知方面體現(xiàn)了它的價(jià)值。上海第三女子中學(xué)金如君的“用人發(fā)合成L——胱氨酸鋅的研究”，她了解到：鋅是一種人的生命活動(dòng)的必不可少的微量元素，胱氨酸具有很多藥理功能，它們兩者的配合物具有很好的保健作用。與傳統(tǒng)的補(bǔ)鋅劑相比，胱氨酸鋅具有較高的吸收率，而且沒有副作用。金如君研究了用人發(fā)合成胱氨酸鋅的方法：將酸加入發(fā)進(jìn)行水解，調(diào)節(jié)pH值至氨基酸分子所帶正負(fù)電荷相等，使其析出沉淀，經(jīng)過結(jié)晶與重結(jié)晶制得純度較高的胱氨酸；然后在胱氨酸中加人氫氧化鈣、硫酸鋅，控制溫度和pH值，在一系列化學(xué)反應(yīng)之后，得到配位率很好的胱氨酸鋅，究具有較好的實(shí)用價(jià)值。

上海復(fù)旦附中黃晸同學(xué)的“旋轉(zhuǎn)圓盤可控梯度場(chǎng)微分結(jié)晶方法和裝置的結(jié)晶均勻性研究——與攪拌結(jié)晶法的比較研究”包含了認(rèn)知研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面。結(jié)晶是醫(yī)藥、生化、精細(xì)化工領(lǐng)域科學(xué)研究和生產(chǎn)過程中廣泛采用的純化和精制方法。晶體的晶型、尺寸、以及均勻程度對(duì)化合物或產(chǎn)品的純度、性質(zhì)和用途有著重要的影響。一般來說，晶體過于細(xì)小，會(huì)導(dǎo)致晶體表面積增加，容易造成吸附和包裹母液中的雜質(zhì)，降低產(chǎn)品的純度；晶體尺寸不均勻，也會(huì)影響使用。目前通常使用的是攪拌式結(jié)晶的方法，由于其設(shè)備結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，母液在冷卻器和攪拌器間反復(fù)冷卻、攪拌、混合、結(jié)晶生長(zhǎng)。部分母液過冷冷卻以及攪拌產(chǎn)生的機(jī)械碰撞造成了兩次成核，從而導(dǎo)致了結(jié)晶顆粒分布不均勻。過冷造成的共結(jié)晶，以及顆粒大小不均勻造成的母液和洗滌液抽濾可透性的不均勻使細(xì)小晶體表面積更容易吸附和包裹母液中的雜質(zhì)。上述兩條是結(jié)晶純度下降的主要原因。如果要保證晶體的純度，就必須通過提高母液放料溫度和增加洗滌液量，使收率下降。目前所使用的一種較為合理的方法是用帶W底導(dǎo)流筒式的攪拌結(jié)晶器，它雖然可以控制結(jié)晶冷卻曲線，增加晶體顆粒尺寸，但仍然無(wú)法解決顆粒均勻性問題。黃晸同學(xué)研究的“可控梯度場(chǎng)微分結(jié)晶方法”將旋轉(zhuǎn)圓盤上的流動(dòng)、溫度、濃度理論解析運(yùn)用于溶液結(jié)晶。她設(shè)計(jì)和研制了旋轉(zhuǎn)圓盤式結(jié)晶裝置。在設(shè)計(jì)過程中，她解決了用實(shí)驗(yàn)室磁力攪拌器驅(qū)動(dòng)圓盤旋轉(zhuǎn)和調(diào)速，設(shè)計(jì)了一個(gè)能有效冷卻旋轉(zhuǎn)圓盤的冷卻槽，用特殊的密封材料和結(jié)構(gòu)，以及密度大于母液的乙二醇冷卻液得到的穩(wěn)定的液封解決了密封問題。她還在自己設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置上完成了原理性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，并與實(shí)驗(yàn)室攪拌結(jié)晶實(shí)驗(yàn)結(jié)果和帶W底導(dǎo)流筒式的攪拌結(jié)晶器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，旋轉(zhuǎn)圓盤式結(jié)晶裝置在提高結(jié)晶顆粒均勻性和操作穩(wěn)定性（重復(fù)性）方面具有明顯的優(yōu)越性。她的研究得出了這樣的結(jié)論：一次成核晶核數(shù)、轉(zhuǎn)速、溫度、降溫速率是提高結(jié)晶顆粒的均勻性和得到大顆粒尺寸結(jié)晶的主要因素；而圓盤溫度過冷、轉(zhuǎn)速過快造成的流速過大是形成二次成核的主要原因。

按照馬克思主義的科學(xué)價(jià)值觀，生產(chǎn)水平和科學(xué)進(jìn)步是評(píng)價(jià)科學(xué)技術(shù)社會(huì)價(jià)值的客觀標(biāo)準(zhǔn)。科技對(duì)社會(huì)的影響具有兩重性。一方面它是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的杠桿，這是本質(zhì)的主流的一面；但另一方面，當(dāng)它被濫用時(shí)又會(huì)對(duì)人類造成危害。科學(xué)對(duì)社會(huì)所產(chǎn)生的作用，就是社會(huì)的日益科學(xué)化。社會(huì)的科學(xué)化，使得人類的物質(zhì)文明和精神文明都得到迅速提高。雖然由于生產(chǎn)的盲目發(fā)展也造成自然資源的破壞，環(huán)境污染，生態(tài)失調(diào)等嚴(yán)重威脅人類生存的現(xiàn)象，使一度以自然征服者自居的人類受到了自然的無(wú)情懲罰。但這不能歸咎于科學(xué)，恰恰相反，這是由于科學(xué)知識(shí)的不足，由于人們對(duì)人類同自然環(huán)境的相互關(guān)系的規(guī)律的無(wú)知，一旦認(rèn)識(shí)了這種規(guī)律，并采取有效的自我控制的措施，人和自然也就有可能逐漸和諧相處，協(xié)調(diào)發(fā)展。

由于人們的不良生活習(xí)慣，以及向海邊大量?jī)A倒垃圾所造成的污染的危害，并沒有引起一般人的重視。1999年美國(guó)有一個(gè)中學(xué)生的研究項(xiàng)目叫“病原體的天堂”。他研究的目的是：測(cè)試由于在佛羅里達(dá)海灣的沿海居民因?yàn)閷?duì)處理污水的不良習(xí)慣，而引起的海水污染。他用轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)換——聚合酶鏈反應(yīng)測(cè)試海水中的對(duì)人體有致病作用的細(xì)菌。他研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)人類丟棄的廢棄物的滲出，污染了海水，有100多種致病細(xì)菌從人類垃圾中釋放，最終形成了對(duì)人類健康的嚴(yán)重威脅。為了引起人們的重視，防止反復(fù)污染，他研究出了一種快速而靈敏的方法去測(cè)定水中是否有這些病菌存在。

青少年在學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)研究的過程中，特別要學(xué)習(xí)怎樣用正確的科學(xué)價(jià)值觀來評(píng)價(jià)自己的選題，使自己的研究對(duì)人類、對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)。

80年代以來，上海及江浙兩省的臨近城市發(fā)展非常快，人口急劇增加，一些河道污染特別嚴(yán)重。上海的母親河——蘇州河常年黑臭，嚴(yán)重影響上海國(guó)際大都市的形象，已經(jīng)成為市政府和廣大市民共同關(guān)注的問題。雖然，近年來在社會(huì)方方面面的共同努力下，蘇州河及其周圍的環(huán)境有很大的改觀，但是為了防止產(chǎn)生反復(fù)，對(duì)蘇州河的治理和保護(hù)仍然需要得到長(zhǎng)期的重視。

四、分階段目標(biāo)

科學(xué)家從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，是為了在相對(duì)純粹的條件下更好地揭示自然規(guī)律。科學(xué)家在科學(xué)研究的過程中貫穿著極為艱苦的創(chuàng)造性的精神勞動(dòng)，其產(chǎn)品則為知識(shí)。只有在知識(shí)成果的基礎(chǔ)上，科學(xué)才能進(jìn)人生產(chǎn)過程，成為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。現(xiàn)代科學(xué)的不斷拓展和深化還告訴我們，科學(xué)事實(shí)也是發(fā)展變化的。由于自然界的事物是多側(cè)面，多層次的，而且認(rèn)識(shí)事物的手段、方法在日趨完善，科學(xué)揭示的事實(shí)無(wú)論是廣度、深度，還是精度，也在不斷地豐富和發(fā)展。

青少年科技創(chuàng)新活動(dòng)崇尚不斷探索不斷進(jìn)取的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。要求研究項(xiàng)目每年都有一個(gè)明確的、在一個(gè)有限的范圍內(nèi)討論的問題。

1999國(guó)家科學(xué)于工程大賽有一個(gè)選題，研究“轉(zhuǎn)爐接觸反應(yīng)的新催化劑”以減少環(huán)境污染。課題的來源是：因?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生含有CO、NO及碳?xì)浠衔铮懦龅臍怏w的不完全燃燒產(chǎn)物，如果不經(jīng)過轉(zhuǎn)爐接觸反應(yīng)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，美國(guó)有三分之一以上的空氣污染是由此而產(chǎn)生的。目前應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐接觸反應(yīng)的催化劑是一些貴重金屬，價(jià)格非常昂貴。該課題要研究的是能取代現(xiàn)在所使用的貴重金屬、低成本的新催化劑。

這項(xiàng)計(jì)劃的第一階段目標(biāo)是：研究一種新的催化劑，它的表面積要比其他催化劑大好幾倍，在氧化反應(yīng)中的活性也是它們的好幾倍，與貴重金屬相仿。

第二階段的計(jì)劃是用一種新方法合成新的催化劑。這種新的催化劑有很高的氧吸附能力，在還原一氧化氮的反應(yīng)過程中起到關(guān)鍵的作用。在這項(xiàng)化實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新催化劑的還原能力要高于目前最常用的催化劑，而這些發(fā)現(xiàn)都可以證明新的催化劑在將來很可能取代現(xiàn)在所使用的貴重金屬。

以后的目標(biāo)還要研究新的催化劑對(duì)不同的硅酸鹽與介質(zhì)的混合物如氧化氮和碳?xì)浠衔锏幕旌戏磻?yīng)，及在硫化反應(yīng)中的催化活性的比較。

學(xué)生研究的項(xiàng)目，應(yīng)該每年都有一個(gè)明確的目標(biāo)，一項(xiàng)研究解決一個(gè)問題。我們有的同學(xué)選題過大：或者提出了問題以后，不知道從何著手去解決問顆。比如關(guān)于“電池的利用、回收與處理的問題”．大家都知道廢電池是一種含鉛的危險(xiǎn)廢棄物，如果隨意丟棄的話．不但回造成鉛資源的浪費(fèi)，而日還會(huì)污染大氣、水質(zhì)和士壤環(huán)境，被污染的土壤需要幾百年時(shí)間才能得到自然凈化。我們?cè)S多中學(xué)生也都在關(guān)注這方面的問題，有的組成志愿者隊(duì)伍，積極宣傳和回收廢電池。但是回收了以后該怎么處理？對(duì)隨意丟棄有毒的廢棄物的問題該怎么進(jìn)行管理？對(duì)環(huán)境造成污染的還不僅僅是家用的干電池，還包括大量的隨著汽車工業(yè)、電子通訊設(shè)備、電腦、電力助動(dòng)車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展所生產(chǎn)的大量的被丟棄的鉛酸蓄電池。這一切實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)工程問題，這里既有科學(xué)技術(shù)方面的問題，也包含有社會(huì)的問題。

如果我們有志研究這方面的問題，那么應(yīng)該先了解一下這個(gè)問題的有關(guān)信息。據(jù)有關(guān)資料顯示：1996年8月，為了保護(hù)我國(guó)的有限鉛資

源和避免對(duì)環(huán)境造成污染，改變我國(guó)再生鉛回收技術(shù)的落后面貌，上海引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的無(wú)污染再生鉛生產(chǎn)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備；引進(jìn)了破碎和分選設(shè)備，經(jīng)過對(duì)這些引進(jìn)的工藝技術(shù)進(jìn)行消化、吸收、調(diào)整、提高，使它更符合我國(guó)的實(shí)際情況，對(duì)廢鉛酸蓄電池中的板柵、鉛膏、硫酸、PVC隔板、塑料外殼等進(jìn)行分類回收和冶煉，形成了從廢鉛酸蓄電池的回收、再生熔煉、資源綜合回收利用的“一條龍”生產(chǎn)線，建成了每年能回收鉛3萬(wàn)噸、銻8000噸，硫酸1萬(wàn)噸、塑料5000噸；消除3萬(wàn)噸二氧化硫排人大氣；再生鉛品位達(dá)到99．99％的現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)。

但是，由于對(duì)含鉛廢棄物的回收、利用和管理不規(guī)范，沒有統(tǒng)一的回收渠道，造成具有先進(jìn)處理設(shè)備的企業(yè)因?yàn)槿狈υ希蚨a(chǎn)能力不能發(fā)揮；而不具備處理能力和技術(shù)的一些個(gè)體、私營(yíng)企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)大量收購(gòu)廢鉛酸蓄電池，將廢舊電池隨意拆卸、倒酸，并利用原始的土爐、土罐熔煉廢鉛。這樣做的結(jié)果，不僅造成浪費(fèi)，而且會(huì)加劇生態(tài)環(huán)境的惡化。

在了解了有關(guān)的信息以后，我們可以根據(jù)自己的條件，把研究的問題定位在一個(gè)有限的范圍內(nèi)：可以是回收的措施和管理的問題，也可以是處理過程中的技術(shù)問題等。

我們?cè)诖_定科學(xué)與工程研究目標(biāo)的時(shí)可在不同的層次上定位：一個(gè)主目標(biāo)可以分解成若干個(gè)子目標(biāo)，可以在合理的范圍內(nèi)把一個(gè)問題分成若干個(gè)小問題逐個(gè)加以解決，這樣做就能更具體、更有效地解決問題；如果在主目標(biāo)的上面找到更大的目標(biāo)，就可以使我們看問題的視野更開闊，目標(biāo)更明確，解決問題的思路就會(huì)更周全、更合理。