青少年科学研究的选题方法

青少年科学研究的选题方法“提出问题比解决问题更重要，因为提出新的问题、新的可能性、从新的角度去看旧问题，都需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。

”爱因斯坦是这么说的。

选题是青少年科学研究的最重要的部分。

青少年科学研究的第一步就是确定一个问题或目标。

问题的内容可以涉及与人类日常生活息息相关的各个方面。

在选择研究题目时，要顾及自己研究的结果，将如何“改善这个世界及其居住者的生活”，这也可以说是我们做研究的最基本的目标。

如果目标定位正确，选题选得好，可以说研究工作已成功了一半。

科学研究的选题应遵循如下几条原则：一、创新性科学总是把目光投向新的问题、新的领域，总是追求新的发现、新的理论、新的创造。

在一定意义上说，没有创新也就没有科学。

创新是科学研究的灵魂。

选题的创新首先体现在要有新的目标，我们在确定目标以前必须要了解：问题所涉及的相关领域中，现在已经有哪些成果，还有什么问题？这些问题中哪些已经解决了？哪些问题还没有解决？哪些问题还需要从哪些方面作进一步探讨？历史上科学的创新可以归纳为六个方面：①有重大的新现象和新规律的发现；②有重大影响的新工具的使用；③有重大影响的新方法的采用；④有关键性的新概念提出；⑤新理论的建立；③新领域的开拓。

对于青少年的科学研究的创新，归结起来也可以在以下几个方面得到体现：（一）、对有关领域中的旧观点提出新见解爱因斯坦的狭义相对论提出了物质及其运动的时间、空间相关联的相对时空观，包括“运动相对性原理”、“光速不变原理”、“运动物体在运动方向上长度变短”等等。

爱因斯坦的狭义相对论对牛顿力学的绝对权威提出了挑战。

中学生的科学与工程研究虽然不能与那些世界级的科技英才相提并论，但是中学生中仍然有一些敢于对现有的思想和观点，经过自己的研究与探索，大胆提出自己新的见解的勇士。

上海复旦附中姚周率同学对“被戳穿”的正多面体的计数问题进行了研究。

他的研究源于施坦因豪斯的《又一百个数学问题》中的题40：“用27个单位立方体组成一个3×3×3的大立方体，一条直线至多可以戳穿几个单位立方体？”得出的结论是7个单位立方体。

姚周率同学采用了新的计数方法：“直线戳穿的单位立方体与直线被分割面截成的线段—一对应。

”不仅将其推广到一般情形，证明了：“有N三次方个单位立方体组成的N×N×N大立方体，一条直线最多可以戳穿3N－2个单位立方体”，并且推广到更一般的命题：“MNP个单位立方体组成的M×N×P长方体，一条直线最多可以戳穿M＋N＋P－2个单位长方体”。

在此基础上他还进一步研究了一般正多面体的戳穿问题，得出如下结论：“一个N-分割后的正四面体，一条直线最多可以戳穿N个单位正四面体；一个N-分割后的正八面体，一条直线最多可以戳穿2N－l个单位正八面体；正十二面体和正二十面体无法进行N-分割”。

上述研究是一项组合数学中有关几何计数问题的研究，这项研究的结果是对前人已有的结论有本质的突破，可以说这是一项有理论价值的研究。

（二）、把分散的材料系统化．用新的方法整理成新的观点、见解在科学与技术飞速发展的时代中，中学生获取信息的渠道非常宽广，许多中学生在阅读浏览中，在各种媒体发布的信息中，找到能激起自己兴趣的研究题目，用自己创造设计的研究方法，进行调查、分析、归纳整理后，提出了自己新的观点和见解。

上海位育中学李艳艳和余蕾同学查阅了1873年至1999年有关太阳黑子的气象资料，通过对太阳黑子月平均值与降水、气温、气压的相关性进行分析计算，发现太阳黑子数与上海地区的气温、气压数据之间有明显的相关性，相关系数分别达到0．54和负0．44，而气温、气压变化都滞后于太阳黑子活动约11个月。

太阳黑子与降水之间的关系不如气温和气压。

他们分析认为：这可能反映影响降水的因素有更多，因而也更具复杂性。

但是通过对降水资料作分析，发现有一个清晰的大约11个月零27天的周期变化，这说明太阳黑子活动对降水也同样有影响。

这项研究有独到的工作贡献，数据充足，过程完整，结论合理。

但由于太阳黑子等太阳活动对地球的影响是“大尺度”的，如何将其影响应用于局部地区，还需要进一步探讨。

（三）、经过自己的观察实践有新的发现和发明所谓新的发现和发明（包括产品和方法），应该是在这之前别人还没有提出过的发现与发明，其鉴定的标准是：在书刊杂志中、市场产品中、专利公报上以及各种公开的场合中都没有出现过类似的发现和发明。

复旦大学附中沈渊、袁家辉、张诚同学针对教室内的照明状况，在分析了各种不足之处后，提出了一套优化照明的解决方案，并在理论上加以论证和考虑了实际可操作性。

这套方案分为三个部分：1、黑板照明优化：根据教室黑板上的照明存在光利用不足，分布不均的缺点，即：离光源较近的地方有一条高光带强反射，使同学很难看清黑板上的内容；离光源较远处，光强又太弱。

他们根据透镜发散与会聚原理，设计一个透射和反射装置。

透射部分采用紧贴灯管的平凹透镜和凸透镜，发散中间光和会聚周边光，把原来向下损失的光充分利用起来，使光线柔和均匀；反射部分采用抛物面镜和双曲面镜的结合，使光线平行且强度均匀。

2、自然采光照明优化：针对教室内靠窗口光线过于集中而太亮，而靠走廊的座位又不得不开灯，他们设想对玻璃窗作一些改进：将玻璃窗的上半部分的外表面做成锲形，以改变光线行进方向；在锲形玻璃之间做成阶梯状，可有效节约材料；锲形玻璃内表面略微磨砂，使光线柔和均匀。

改进窗帘的材料和颜色，增加冷光以保护视力；改进窗帘的构造，改成窗帘由下往上拉。

通过这些改进，教室能更合理地利用自然光。

3、灯具布局的优化：灯具布局的设计上他们大胆地类比原子核内电子轨道的排布，将光源比作轨道中的电子，使它的间距以几何级数递减，并参照稳定的氖元素核外电子和甲烷电子的排布结构设计出一个灯具布局的优化方案，并通过模拟的对比实验加以论证。

该方案的设计思想是把空间照明投影到平面，使光照分布均匀。

作者能利用学过的光学原理设计光源分布的优化组合，并有简单的模型进行实验验证，构思新颖，具有可操作性和一定的实用价值。

但限于应用面，有一定的局限性，难以推广实践。

在此基础上还可以继续探索更简易可行的方案。

创新包括观点的创新和实施手段的创新，也就是解决新问题，提出新观点和用新的方法去解决问题。

2000国际科学与工程大赛有一个项目《人的视觉导向》，这是一个行为与社会科学类的选题。

它要研究的是“人在发现他所寻找的东西时的效率”。

一般来说人眼在发现他所寻找的东西时，其效率是很难通过标准的视觉模型解释清楚的。

这项研究的目的是：①认定进行视觉研究过程的切人点是要对物体的方位进行分类从而使这种分类能更有效地指导针对目标的注意力；②完善这一分类机制。

为达到上述目的，作者创造了一套测试实验的方法：由一台电脑电视屏幕显示几个定向的物体在一个背景下重叠起来。

问题是要被测试者寻找一个特定的目标，被测试者无论是发现了目标，还是认为目标不存在，按下两个键中的一个进行选择。

通过对遮盖或妨碍目标发现的背景定向的变换进行测试。

这项研究要测量的是在每一种背景方位下，能用多少时间找到目标。

研究结果显示：当与目标在同一分类的方向下，有导向的背景影响更大，使得对方向进行分类作为有效发现目标的方位的使用得到了认可。

这一研究成果充实了“预先指导”的理论，而且又为领先于“预先指导理论”的“早期视觉机械化”理论作了扩充。

怎样确定自己的选题有没有创新呢？通过对专利公报和情报资料的查询是一种最基本的方法，但是最重要的还是要学会从本质上加以分析，因为类似的甚至相同的题目仍然可以有不同的目标、不同的过程方法和不同的结果，也能体现自己的创新成分。

二、前瞻性和时代感自然现象繁复庞杂，瞬息万变。

人类对自然规律的认识，基于前人已经获得的知识的基础，由此才能从肤浅的、零散的，发展为比较深刻的、系统的；从片面的、局部的，发展成为比较全面的、普遍的。

探索自然奥秘的过程非常艰巨、曲折而漫长。

只有以前人已到达的地方为起点，继续前进，才能使短暂的一生为科学创造作出贡献。

正如牛顿所说他是“站在巨人的肩膀上”，这个巨人指的就是科学的前辈。

20世纪是科学技术飞速发展的时期。

20世纪世界重大的科学发现、科技创造和发明，涉及数学、生命科学、农业。

医学、机械工程、交通运输、信息技术、军事技术、激光技术、纳米技术、航天科学技术和环境科学技术等各个专业领域，正在使人们的生产方式、生活方式和思维方式发生着巨大的变化。

科学技术已经成为推动社会和经济持续进步的决定因素。

青少年为科学与工程项目选题时，必须高瞻远瞩，了解科学发展的来龙去脉，才能在科学与工程研究中有所作为。

哪些问题具前瞻性和时代感的选题呢？从如下的一些事例中我们会得到某些启示。

（一）、与科学技术相关的社会热点问题比如，有关城市垃圾的治理及对策问题，包括：生活垃圾无害化、减量化和资源化；人类对保健品的需求问题；青少年中间的肥胖问题等等。

上海向明中学柳思南等同学研究的是树叶应用于环保中的一种新用途，即：以树叶为原料来制造内包装材料，同时采用添加废纸作为辅助料的方法解决了树叶纤维物理性能差的问题。

他们以“生活垃圾无害化、减量化和资源化”为目标，着重研究怎样最低限度使用防腐剂和防潮剂，以避免成品材料引起的污染。

该产品经过实验验证，可以在短期内降解，并且可以回收利用。

随着生活水平的提高，对于“饮食与健康”日益成为人们生活中的热门话题。

上海市政府在1995年曾经宣布，所有的食盐都须加碘。

从生理学的角度而言，碘是合成甲状腺激素的主要原料。

而甲状腺激素是维持人体正常生命活动的重要物质。

人体缺少它时，对生长与健康都有严重影响，会造成地方性甲状腺肿大。

但是，当摄人碘过多时，就会引起甲状腺功能亢进症。

为此引起专家们对碘盐的各种不同的看法。

大同中学朱嘉英同学对上海人是否都需要使用加碘盐进行了分析。

她研究设计了一个测定食物中碘含量的方法，发现上海人即使是在最普通的日常膳食中，也已经能提供足够量的碘。

通过一系列的社会调查和实验研究，她认为：市政府在花大力气生产加碘盐的同时，还应当多向市民宣传食用海产品的好处，鼓励市民还是从食物中补碘，回归自然为好。

肥胖是当今文明世界的流行病，对于肥胖的原因的研究已经成为当前国际研究的热点。

肥胖的发生受多种因素的影响，但主要的原因是与能量代谢失衡有关。

上海华东师大二附中王璐同学采用国际上的先进技术——间接测热术，检测体重正常者与超重者的葡萄糖、脂肪氧化和静息能量代谢情况，以分析这三个量在两组人群中的异同，探讨肥胖的发生机制。

（二）、已经发生、正在发生或将要发生的与科学技术相关的问题人类已经进人了信息时代，信息的较量在国际竞争中起着至关重要的作用。

青少年科学与工程项目的选题，在信息资源的开发和利用方面有着非常广阔的前景。