在科学研究与发明创造.ppt

1、在科学研究与发明创造实践中学习,爱因斯坦说:,人不能一辈子老是盲目地学习.东抓一把西抓一把,毫无目的地堆积各种知识是难以做出独特成功的.,爱因斯坦的定向选学法:,根据目标的需要进行学习,使有限的头脑空间得到充分的利用.爱因斯坦的创造了高效率的定向选学方法就是:在学习中找出能把自己的知识引导到深处的东西,从而集中力量和智慧攻克选定的目标.,国内外各类科学与工程竞赛活动为青少年提供机会，能够应用科学的方法参与创新并展示和交流创新成果：创新大赛；INTEL ISEF；明日科技之星评比活动,空调房内空气污染净化的研究：利用一定的化学原理，采用廉价的化学药品制成“空气净化片”，通过化学反应和物理吸附去除

2、空调房内的异味有害气体。用人发合成L胱氨酸锌的研究：实验分为两步：1、将酸加入人发进行水解，再调节PH值使胱氨酸析出，经过结晶与重结晶得到纯度较高的胱案酸。2、在胱氨酸中加入氢氧化钙、硫酸锌，控制温度和PH值，在一系列化学反应之后，得到配位很好的胱氨酸锌。称球问题的新发现：用一个经典数学问题说明了大进代码方法在数学应用上的广阔前景。,科学发现的一般过程：,科学问题（选题） 获取（研究信息） 整理（加工信息） 形成（理论观点） 评价（检验） 推广应用。,选题的原则：,创新性： 前瞻性和时代感； 实用性； 把研究的问题定位在一个有限的范围内。 需要做的问题； 有兴趣的问题； 能够做的问题。,大自然

3、- 永远读不完的教科书,太阳光下影子的触角 一位同学在距离墙的影子很近的地方，偶然发现，自己的头的影子在距离墙的影子很近的地方莫名其妙地凸出了一块，伸长着和墙的影子交接在一起。那情景使她感觉好象是在自己的头上长了一个触角。这是什么原因造成的呢？她曾经做了一系列实验，探究这个有趣的现象产生的原因。,实验器材： 小皮球; 写字用的垫板.,实验1：触角的出处是否与物体的形状有关？ 用一个小皮球和一张写字用的垫板，将它们分别按照高低不同位置各摆动几次，使他们的影子一次次逐渐接近。 实验的结果是：不但皮球的影子会有触角伸出，有时垫板那笔直的影子边上也会有触角伸出. 可见触角的出处与影子的形状是没有关系的

4、。,实验2：触角的出处与物体是静止的还是移动的有没有关系呢？ 先让垫板处于静止的状态，然后移动皮球使两个影子逐渐靠近，看到的结果是触角从皮球的影子伸出；再让皮球处于静止状态，移动垫板，使俩影子逐渐靠近. 看到的结果是触角还是从皮球的影子伸出。 这说明触角从那里伸出与物体是静止的还是移动的，没有关系。,实验3：触角的出处与物体的位置有没有关系？ 把皮球放得比垫板高（垫板离影子近）。结果是：不管移动皮球还是移动垫板，当两个影子靠近时，影子都是从垫板那里伸出的. 这个实验说明： 触角从哪里伸出，是与物体的位置有关的，触角一定是从离成影物较近的那个影子向对方伸出的。（在物体离开影子太近时，这种现象就不

5、太明显）,为什么阳光下的影子会产生触角？ 因为太阳不是一个点光源，在阳光下形成的影子（被物体遮住光的一个区域）有本影（光线完全照不到的区域），也有半影（只能照到部分光的区域）。半影中也有区别，有的很深几乎接近于本影；有的很淡几乎到了看不清的程度。当两个本影靠近还未相接时，他们周围的半影已经相接了。在下列的图中，我们在影子的周围画出不同的半影区域，用数字来表示半影的浓淡程度，越靠近本影数字越大表示半影越浓。当半影的叠加部分到了一定的程度，就成了黑暗的区域，看上去就象是伸出了一个触角。,为什么触角的出处与物体的位置有关？ 因为影子离开物体越近，它的本影和半影区的范围也越小，当两个影子靠近时半影相接

6、叠加后成为的黑暗区域很快就与离开物体较近的影子连在一起，好象是在这个影子上长出的触角一样。如图1所示皮球离影子近，垫板离影子远；所以皮球的半影的区域范围小，垫板半影的区域范围大。当皮球和垫板影子靠近到一定的范围时皮球前部较浓部分的半影与垫板的半影叠加成了本影，视觉上给人的感觉是在的影子上长出了一个触角的感觉。图2是皮球离影子远，垫板离影子近。当皮球和垫板影子靠近到一定的范围时，看起来的感觉就是在垫板的影子上长了一个触角。,“寻访自然之音”,大自然是一个”声音”的王国,寻访自然之音可以让我们们运用自己的感官去聆听,去观察,去记录,找出各种不同的声音,查找是什么或是谁发出的声音.我们还可以依据采集

7、到的自然之音加工成表现大自然的音乐;也可以对五花八门的声音的频率进行分析比较;还可以对不同物体(质)或动植物的发声机制进行探索研究.,海岸地形,问题：测定海堤对保护海岸的效果,问题的背景： 11世纪后期，荷兰人革新了海岸工程技术，即通过使用筑堤的方式从海洋获取土地。从此以后，人类按照自己的意愿和需要去塑造海岸的过程中，发展出了许多种技术。比如：海堤被用来保护海岸上人类聚居地。本实验是测定海地对保护海岸的效果。,实验过程： 在塑造海堤对巩固海岸效果的模型过程中，我们先建立起一个简单的计算机模型，它应用先进的海岸工程程式来预测海堤形成后，所承受的反射波能的增加。对这种反射波能增加的预测，可以用来测

8、定海堤建立后的侵蚀率。在完成计算机模型后，对几套方案进行了运作，以测定海堤对巩固海岸的效果。在比较计算机图形与自然界地形图后，对这些方案进行了修改，并在去德克萨斯考察旅行期间，又作了进一步的修改。,研究结果和研究价值： 本实验可以证明海堤在防御海岸线退化方面是非常有效的。然而，在相比较自然界的海岸，海堤在以不断增加的速率腐蚀。这种加速的腐蚀使海堤比自然海岸更脆弱。这种加速的腐蚀是经常被人们忽视的一种结果，而这种结果正是在评估海堤的实际经济价值时需要引起高度重视的。,金星上的小火山体与地球上水下火山的比较,问题背景： 对火山作用的研究可以揭示一个行星，包括它的形成、内部结构和不断的地质变化过程。

9、金星和地球有相似的物理特性：即规模和年龄。但它们内在的地质构造从理论上来说有很大的不同。然而金星表面和地球海底很相象，因为两处的外壳柔韧度及高压水平相似。通过比较金星上的火山和地球海底的火山，我们能更好地了解这些火山是如何形成的，以及地质变化是怎样在每个星球上发生的。,实验过程： 在我们实验的第一部分，通过使用在麦质伦宇宙飞船处收集的金星表面人造卫星影像去衡量了金星表面各种小的和中型的火山物体的直径和高度。用这些数据，我们计算出了部分比值（每个火山体的高度与直径之比）。然后我们将这一数据与不同系列的水下火山的数据作比较，我们发现金星火山同冰岛海底最为相似。,结论： 从这里我们推论出金星上的岩浆

10、的黏性同冰岛玄武岩的粘稠度相近。我们计划用这一结论研究金星上的岩浆的化学组成。我们的数据同时证实了假设：金星有一层薄岩石圈，并将成为我们未来研究的基础。,创新成果是如何形成的?,输液报警器; 单手系鞋带器; 汽车刹车误踩油门装置.,设计过程流程图,情况 分析情况 写概述 进行研究 写细则 做出可能的解决方案 选择满意的解决方案 准备工作图样和计划 制造原型 测试和评价设计 写报告,研究:,谁会用它? 它必须能做什么? 用什么材料做? 用什么样的制造方法? 可能引起的社会影响和环境影响.,测试和评价设计:,设计的功能如何? 满足了需求吗? 使用可靠吗?安全吗? 维护方便吗? 外观漂亮吗? 是否用

11、了合适的材料和合适的制造方法? 成本核算. 对社会和环境有何影响? 还能怎样改进?,行为及社会科学：,指人类与动物的行为，社会与社会的关系，包括：心理学、社会学、人类学、考古学、生态学、语言学、学习、感知、城市问题、阅读问题、众舆论调查、教育测试等等。 如：,电磁场对小白鼠记忆能力的影响； 失眠对于心情和认知力的影响； 新奇的视觉搜寻心理学； 美国是否会让一个母亲来当总统； 家庭和社会对人的道德发展的影响； 左右脑的刺激性状态,生物化学：,包括：分子生物学、分子遗传学、光合作用、血液化学、蛋白质化学、食物化学、荷尔蒙、酵等等。 如：,蛋白质的内部顺序的计算分析； 抑制细菌的抗生抵抗力； 测定氨

12、基酸在蛋白分子里的结构； 克隆及描述单端粒重复粘合因素； 在烧熟油时提高凝胶在法式煎炸中油的吸收,植物学： 指对植物的生命研究，包括：农学、农艺学、园艺学、林学、植物分类学、植物生理学、植物病理学、植物遗传学、植物溶液培养学、海藻等等。如：,万有引力对植物生命的影响； 二氧化碳对喜林芋属植物根部生长的影响； 耐盐突变角状蕨给海水农业指明了方向,化学： 指对物质性质及组成及其所遵循的规律的研究，包括：物理化学、有机化学（不包括生物化学）、无机化学、材料、塑料、燃料、农药、冶金学、土壤化学等等。如：,蒸馏水中铁的被动性； 烟草抑制腐蚀因素 形成气凝胶的新方法； 火星土检测研究； 橙子在不同环境下V

13、C的变化； 用被废弃的植物染色最安全； 用EDTA作配位剂进行电镀的可行性分析。,计算机科学： 对计算机硬件和软件的工程设计、互联网技术及其通讯、图形（包括人类界面）、仿真和虚 拟现实或计算机科学（包括数据结构、加密、编码及信息理论）的研究和开发。如：,多元化机器人系统中的复杂紧急行为； 安全译密码（你的数据资料有多安全)； 人性化网络购物的实现； 寻觅并治愈未知的计算机病毒的X射线； 一种基于嵌套分裂空间的实事地形细节平滑过渡的渲染算法。,地球与空间科学： 包括地质学、矿物学、地文学、海洋学、气象学、气候学、天文学、洞穴学、地震学、地理学等等。 如：,火星上的盾状火山、日冕及岩石圈运动； 在

14、无氢土壤中模拟含氢环境评述沼泽地； 密西西比海岸线对洪水的影响； 不同土壤地层对排水的影响； 小行星光度测量； 太阳黑子对上海地区气候的影响 氰基细菌能够在类火星环境中成活吗？； 地平线上的绿色瞬间视觉现象。,工程设计： 指技术，就是直接将科学原理应用于生产和实际应用中的课题，包括：土木工程、机械、航空、化学、电气、摄影、音响、汽车、船舶、制冷与制热、运输、环境工程等等。 如：,测定不同铝电镀建筑材料的表面温度； 控制液体冷却的工程设计； 你可以信赖什么样的结构？ 为机械手开发触觉器官； 路径自动探测小车； 在恶劣环境中的临时性帐篷； 盲人导盲系统。,环境科学： 指对于空气、水及土地等环境要素

15、的污染源及其控制的研究；生态环境的研究等等。 如：,生物过滤对净化水的应用； 检测和控制二氧化硫散发的微型传感器系统； 运用元素铁棒从饮用水中分离硝酸盐； 在干枯的河床下的溪流中发现杀虫剂； 树叶在环保中的新用途； 基于绿化三维量的城市生态环境评价系统,老年学： 是指对生物机理老化过程的研究。如： 音乐对早老性痴呆病人短暂记忆的影响； 保护HELA细胞免受氧化压力困扰（有关延缓衰老的问题）。,数学： 是指对形式逻辑系统和各种数字及代数计算的开发和这些原理的应用，包括：微积分学、几何学、抽象代数、数论、统计学、复数分析以及概率。 如：,星际宇宙飞船轨道； 太空站对接处的最理想的运行轨道航线； 一

16、种分隔图形的计算机编程绘画； 被“戳穿”的正多面体。,医学与健康学: 是指对人类及动物的疾病和健康的研究，包括：牙科学、药物学、病理学、眼科学、营养学、环境卫生学、儿科学、皮肤学、过敏反应、语言与听力等等。 如：,免疫系统对滤毒感染的 反应； 草本植物疗法的抗菌能力的研究； 蒜对血管瘤抑制作用的发现； 自然界的漱口液有利于口腔健康（薄荷叶和山叶草）； 中国青少年体内脂肪含量评估的研究； 用紫外光来测定防晒护肤品的防晒性能,微生物学： 是指微有机体的生物学，包括：细菌学、病毒学、原生动物学、真菌学、细菌遗传学、酵母等等。 如：,能有效处理喷气式飞机燃料污染的微生物溶液； 不同电压对细菌生长的影响； 氧氮激活死亡细胞； 咖啡因、蒜类和洋葱类中的萃取物对链球菌和大肠杆菌的影响； 细菌是怎样成活于成熟的番茄和生涩的番茄中的。,物理学： 是指能量及其物质的作用所遵循的理论、原理和规律，包括：固态、光学、声学、粒子、原子、原子能等离子体、超导体、流体和气体动力学、热力学、半导体、磁学、量子力学、生物物理学等等。 如：,对小提琴琴桥的研究； 不同规则碎片形小孔产生的激光衍射； 用超声波探测难以捉摸的白日光； 新型旋转圆盘式结晶装置的开发与研究； 激光分散在浑浊的水中的尺寸； 利用激光折射的方法全放位的测定地下管道管壁的压力,动物学： 指对动物