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全国青少年科技创新大赛选题及策划


周建中 中国科协“做中学”科学教育改革实验项目教学中心(东南大学) 教育部儿童发展与学习科学重点实验室(东南大学) 江苏汉博教育培训中心 jzzhou0001@yahoo.com.cn

青少年科技活动的目标
? 掌握重要的有关科学和科学知识的概念,以及建立联

系科学概念的认知模型; ? 学习科学实践(科学探究和工程实践)的技

能; ? 促进语言和表达能力的发展; ? 保护孩子的好奇心和激发学习科学的主动性; ? 激发想象力,扩展思维; ? 改善合作和交往能力; ? 关心日常生活中的科学问题,关心环境和关爱生命。

青少年科技活动的工作流程
主题选择 形式论证 方案设计

组织实施

方案定稿

征求意见

撰写总结

修改定稿

检查活动的完整性

参加评审

向上申报

把握所有资料的规范性

由中国科协、教育部、科技部、国家环保部、国家体育总局、 共青团中央、全国少工委、全国妇联、国家自然科学基金委和 承办地人民政府共同主办、英特尔(中国)有限公司领衔赞助 的一项全国性的青少年科技竞赛活动。

全国青少年科技创新大赛
? 大赛分为青少年和科技辅导员两个板块,内容包括竞

赛活动和展示活动两个系列。
? 竞赛活动包括小学生科技创新成果竞赛、中学生科技

创新成果竞赛、科技辅导员科教创新成果竞赛。
? 展示活动包括少年儿童科学幻想绘画比赛、青少年科

技实践活动比赛等。
? 大赛终评期间设立科技教育论坛,以主旨报告、专题

发言、参与式培训等形式,为科技教育工作者提供研 修、交流与合作的平台。

《全国青少年科技创新大赛章程》
(2009年修订)
? 青少年科技创新成果竞赛中,小学生项目与中学 生项目分开申报和评审
? 引入“做中学”的教育理念,鉴于小学生知识和能力所

限,小学生与中学生项目在评价内容和评价方法上不是 完全一样等因素,把小学项目和中学项目部分区分开。 ? 必要性: (1)小学组项目不再按照中学组的13类学科,按科学研究 和技术发明两类和小学科学课课标的五个领域,对参赛 项目进行分类。 (2)项目申报、评审与中学组完全分开,成立单独的小学 项目评审组,单独聘请科学教育方面的专家对小学项目 进行评审。

青少年科技创新成果竞赛
? 小学组 / 中学组 ? 分类
个人项目 (1人)/ 集体项目(不超过3人) 小学:物质科学,生命科学,地球与空间科学,技术与设计 行为与社会科学5个领域 中学:数学、计算机科学、物理学、地球与空间科学、工程 动物学、植物学、微生物学、医药与健康学、化学 生物 化学、环境科学、行为与社会科学13个学科

? 评测环节
公开展示(设计搭建展板) 技能测评(现场操作任务) 素质测评(综合笔试问卷) 封闭问辩(面对评委答辩)

《全国青少年科技创新大赛章程》
(2009年修订)
? 对科技辅导员科教创新成果竞赛和优秀科技辅导员评审

进行整合 ? 这两项活动内容都是面向科技辅导员的,一个是评项目, 一个是评人,但两者在内容上又有交叉和重复,考虑对 两项活动内容进行整合,合二为一。 ? 必要性 (1)对两项活动内容进行整合,按三个作品类别进行评选: 科技发明类、科教制作类、活动方案类,侧重的是评选 科技辅导员的参赛作品。 (2)在对三个作品类别进行评审的基础上,从参赛科技辅 导员中评选出“十佳优秀科技教师”,在考虑参赛作品 的基础上,侧重的是评选优秀科技辅导员。

《全国青少年科技创新大赛章程》 ? 修订部分细节
? ? ? ?

格式修订为:总则——附则——附件 竞赛活动设立独立规则 规范相关表述 简化申报表格

请关注: 校校通网站(www.xiaoxiaotong.org) 中国科技教育杂志(www.cnstedu.cn ) 中国青少年科技辅导员协会 ( http://www.cacsi.org.cn )

提交的参赛材料
●申报书:关于申报项目名称、作者、研究过程等基本信息。

●论文及附录:详细介绍研究项目内容的论文和附录。 ●证明材料:项目涉及下列内容的还须提供有关部门的证明材料。 ? 医疗保健用品,由省级以上相关医疗科研部门开具临床使用鉴定。 ? 动物、植物新品种,由省级以上农科部门开具证明,证明确为培育和发现 的新品种。 ? 国家保护的动、植物,由省级以上林业部门开具证明,证明项目在研究过 程没有对动、植物造成损害。 ●所有参赛项目需要提交项目研究日志或者研究日记等能 说明项目研究过程的原始材料(初评阶段不予测评)。 ●查新报告:所有参赛项目应提供查新报告,其中技术发明要提供专利查 新报告。选手必须对类似论文或项目进行检索,并说明自己的项目与他人的论 文或项目相比有哪些创新之处。

评审原则
(1)自己选题:项目选题必须是作者本人提出、选择或发现的。 (2)自己设计和研究:设计中的创造性贡献,必须是作者本人构思、完 成的。主要论点的支撑论据必须是作者通过观察、考察、实验等研究 手段亲自获得的。 (3)自己制作和撰写:作者本人必须参与作品的制作。项目研究报告必 须是作者本人撰写的。 (4)科学性:包括选题与成果的科学技术意义、技术方案的合理性和研 究方法的正确性、科学理论的可靠性。 (5)创新性:包括新颖程度、先进程度与技术水平。新颖程度指该项发 明或创新技术在申报之日以前没有同样的成果公开发表过,没有公开 使用过,该项研究课题及论文的选题有创意;先进程度指该项发明或 创新技术同以前已有的技术相比,有显著的进步;技术水平指课题研 究及论文的研究结论所具有的科学价值和学术水平。 (6)实用性:指该项发明或创新技术可预见的社会效益、经济效益或效 果以及课题研究的影响范围、应用意义与推广前景。

评审原则
? 小学生科技创新成果竞赛项目在依据“三自”和“三

性”原则的同时,充分考虑小学生进行科学实践(科 学探究和工程设计)活动的特点和水平,需要从项目 涉及的科学知识、科学实践、科学态度和科学技术对 社会的作用四个方面进行评审。重点考察青少年科技 创新项目中所采用的科学实践方法和技能,如:科学 探究的五个要素和工程设计的五个步骤。
? 集体项目除按照以上所列个人项目的评判标准外,还

包括对团队工作情况的评审,鉴定最终成果是否为所 有组员共同努力的结果。

有利于 激发学生的兴趣 培养综合心智 培养社会情绪能力

探究式的科技 活动与学习
是 归纳式的学习方式 以学生为中心

不是

科学家真正的 工作方式

和内容分离的 过程
自我学习过程

模拟

知识发现和技术设计的过程

活动设计的基本要素

无引导过程

收集和获取证据 预测设计研究方案 提出和聚焦问题

从实证中得出结论

交流讨论和结论

设计与技术活动的基本步骤
查阅文献
明确目的 收集信息 开发或 建立设 计标准 完成设计 方案和材 料清单 设计 制作 制作并检验产品 测试 改进

定义需求

成品

其中交流与合作贯穿整个过程!

第26届创新大赛 内蒙古 呼和浩特
? 2011年8月2日—8日 ? 35支代表队 ? 465名学生 ? 187名科技辅导员 ? 13个国家、22个国际项目

竞赛系列
学生板块
? 参加终评:351个项目

辅导员板块
? 参加终评:200个项目

评审工作
? 完善评审办法,优化专家队伍 ,初评评委约200位、 终评评委约100位,学生板块的项目评审由会评制改 为网络在线评审 ? 加强对评审工作监督,由教育部、自然科学基金委、 中国科协科技工作者道德与权益专门委员会、中国 科协机关纪委等相关部门人员组成的大赛评审工作 监督组,对终评评审工作进行全程监督检查 ? 严格项目淘汰制度,对评审期间发现的项目抄袭作 弊问题,经查实后给予取消参赛资格处理。初评发 现全文抄袭某省科研部门发表的论文,经组委会研 究决定,取消其参赛资格,三年内不得申报全国青 少年科技创新大赛和明天小小科学家奖励活动

终评评审维度
创新性
? 项目选题新颖、独特,创新点突出,有研究价值,实用性强 ? 项目实施方案科学,方法先进,过程完整,体现创新性思维 ? 项目申报资料丰富、齐全,研究和分析数据充分,有说服力

完整性
? 项目研究达到一定阶段,有终期研究成果或阶段性研究成果 ? 项目有足够的科学研究工作量(调查、实验、制作、求证等) ? 集体项目所有选手参与并熟悉项目内容,体现团队合作精神

终评评审维度
真实性
? 项目符合选手年龄段的思维方式、知识结构和实施项目能力 ? 项目选题、实施和结论主要由学生提出和完成,符合“三自” ? 选手能够准确表述项目内容及原理,掌握知识全面,真实可信

展示问辩
? 展板内容齐全,设计新颖别致,动手制作工作量大,个性化强 ? 展示资料齐全,展示形式多样,作品功能完备,展示效果好 ? 选手综合素质较高,应变能力强,语言、形体得当,礼貌待人

素质测评
? 综合素质比答问卷

? 语文、数学、物理、化学、生物、社会科学等
? 4 — 6道题

? 主观题、客观题
? 百分制 ? 1个小时

素质测评现场

技能测试
题库: 1、差速车 2、道闸 3、吊车 4、高塔 5、机械伸缩钳 6、门座式起重机 7、三轮车
8、台钳 9、旋转广告牌 10、折叠椅 11、直升机 12、手摇钻 13、投石机 14、天平 15、手摇栏杆

技能测试

技能测试

“明天小小科学家”奖励活动是由中华人民共和国教育部、中 国科学技术协会、周凯旋基金会共同主办的一项面向中学生开 展的青少年拔尖科技创新人才选拔和培养的科技教育活动。

明天小小科学家奖励活动内容

参赛条件和程序
? 参赛学生须同时具备以下条件:
1. 2.

3.

申报时为国内普通中等学校高中二年级在读学生; 品学兼优;(在申报表中,要求提供参加科研实践活动的相关说明、 辅导教师评价意见、推荐专家意见和高中阶段各学期学习成绩表) 有独立完成的科学和技术研究成果(仅限自然科学项目,不接受社 会科学项目)。

? 参赛程序
参赛学生须在一个月申报期完成在线申报和纸质材料申报,通过组委 会办公室和省级审查部门的资格审查后进入专家评审环节,经专家初 评,确定前200名入围复评。根据复评总成绩排序,前100名入围终评 决赛。终评期间,入围学生须由本人参加评委会专家研究项目问辩、 综合素质考察以及组委会安排的知识水平测试和其他交流、体验活动。 经终评评审委员会评选产生各奖项,并在终评颁奖典礼宣布。

评审特点
? 重在选人,贯穿着整个评审的全过程
选拔和培养兼顾:在终评环节开展一系列丰富多彩的青
少年学习、交流、体验活动;对个人和学校提供持续 的资助,开展科技实践活动和人才培养;优秀学生的 推荐和信息跟踪 注重科研潜质的挖掘:通过审阅其申报表和研究项目, 评判参赛学生个人是否具有良好的科学思维、科学方 法运用是否合理、对科研工作是否有正确的认识以及 是否具备较好的综合素质

培养有志于在自然科学研究领域发展的学生

评审工作
? 分为初评、复评和终评3个阶段。 ?初评、复评是对参赛者提交的申报材料进行评价,主要 是对研究报告、实验日志、申报表、学习成绩等几个方 面进行评价。 ?终评评审阶段,所有入围终评的学生将到现场接受评委 会专家的现场问辩、综合素质考查和组委会安排的知识 水平测试。

通过近两天时间的测评考察,对参赛学生的科研意识、 能力、素质和潜力等方面进行综合评价。最后,根据 参赛学生在初评、复评和终评各阶段的测评成绩排序, 经评审委员会全体专家投票表决确定最终奖项。

终评评审
? 现场问辩:是按照参赛学科,由相应评审组专家逐一对
本学科参赛学生进行问辩,评价维度包括创造力与创新性、 科学思维、完整性、真实性、表达沟通能力等几方面;

? 综合素质考察:采取每个评审组专家分别与所分配的学
生进行座谈的方式,考察内容包括科学精神与态度、情感 与价值观、心理与道德、逻辑与思维、知识与思想等多个 角度,形式较为灵活,要求学生具有较好的现场应变和交 流能力。

? 知识水平测试:是以闭卷考试的方式考察学生对高中主

要课程基础知识的掌握程度,考试时长1小时,考察科目包 括:物理、化学、数学、生物、语文、英语和逻辑。

参赛注意事项
? 全面了解大赛,认真准备资料,不能忽略细节、因小失大。 ? 申报表要严格按照规定填写(2位具有正教授职称的推荐专

家);填写内容要客观、真实(对不确定的内容要向辅导 教师等有关人员咨询,如学校升学率等);在项目报告里 要明确说明自己的工作量、创新点。优先考虑与中学生知 识水平和认知能力相符的项目。 ? 终评准备:现场评审环节多、时间长,考察参赛者临场发 挥能力和综合素质,要放松心态,避免急躁和情绪波动, 以学习的心态和专家交流、互动。要合理利用时间,在20 分钟一轮的现场问辩里要用精炼的语言阐述研究项目内容、 创新点、实践心得等关键内容,注意倾听评委的问题,回 答问题要自然,遇到问题要诚实,征求意见要谦虚。知识 水平测试环节要根据自身特长和题目类型合理分配时间, 先易后难。

选题难点
难点一 难点二 难点三 难点四
缺乏创意:常规性的活动不 吸引人,学生兴趣不高。 方法难用:有创意的活动方 法设计难,经费有限。 时间紧张: 目前课程较多,课 后报班较多,作业也较多 信息不足:教师设计活动的 能力和辅导水平有限。

青少年科技创新项目的选题—— 原则
自发性原则——作者本人提出、选择或发现的
? 要体现自己的兴趣,自己具备的知识水平,自己 所处的环境条件,自己对别人或前人提供的选题

意见。
? 如果题目是依据自己的兴趣和经历、背景选择的, 具有个性化特点,符合研究规律,也易于青少年

坚持这个项目。

选题原则
科学性原则——以先进的科学理论和事实作依据 包括选题的指导思想,分析变量和自变量的方法, 进行比较分析,确定研究课题的过程。

创新性原则——新颖程度、先进程度与技术水平 是前人没有解决或没有完全解决的问题,是有别 于他人的方法和路线,或是否定或发展了前人的 工作。

选题原则
实用性原则——可预见的社会、经济效益或效果以 及研究的影响范围、应用意义与推广前景
? 应该是与社会生活密切相关、为广大人民群众所

关心的问题,特别是对经济社会发展服务有益的 问题。
? 学生运用自己所学的理论知识对其进行研究,提

出自己的见解,探讨解决问题的方法,不仅能使 自己所学的书本知识得到一次实际的运用,而且 能提高自己分析问题和解决问题的能力。

选题原则
可行性原则——具备解决问题的可能性 符合学生的实际知识、能力水平,具有可操作性; 既要有难度,又不能超越学生的实践工作能力。 ? 自己是否具备课题研究必须的知识水平和研究能 力; ? 考虑各种可能会遇到的困难,比如人力(研究兴 趣、理解程度、合作伙伴、指导老师等)、财力 (资料复印、实验经费等)、物力(研究地点、 实验仪器设备等)、时间(实验时间、收集资料 时间、撰写报告时间等)方面的各种可能性。

学生能自己设计并完成

可以掌握必需的科学 概念和科学研究步骤

可行的

有价值

有背景

选题要求
可持续
能使学生产生持续较 长时间的探究兴趣

是学生生活和其周 围世界中的真实问题

有意义 合伦理
有趣,能激发学生 学习科学的积极性

不会伤害学生生命和破坏环境

贴近 关心

社区 个人 国家

小事 生活 大事

选 题 方 向

关注

注意
发现 探讨

校园
隐蔽 新生

死角
问题 课题

选题——选题方法
●问题扫描法——从别人的论文、著作中选题
寻找别人论文里的差错、遗漏、缺陷或未完成的问题,站在别人研究的 基础上,更深入地探寻解决问题的思路、方法和技术等问题。

●疑问猜想法——从怀疑、猜想中选题
通过阅读来发现选题,以现实生活中的疑问、猜想作为选题,包括工作 中、生活中发现的问题。

●悬案借用法——从学术争论的焦点中选题
选择学术争论中众说纷纭、没有定论的问题作为研究课题。这类问题在 一定意义上是现成的科学问题。

●需求感知法——从社会现实问题的难点中选题
从社会现实问题的难点中选题,首先判断好需求的东西是不是科学问题, 要把一般问题转化为科学问题,从科学角度把科学问题概念转化研究课 题。

选题方法
●偶然发现法——抓住科学探究过程中出现的“意外”
对偶然发现的一瞬即逝的现象产生兴趣,追根求源。从客观现象中抽取 科学问题,开展研究工作。

●科学验证法——从总结实践经验中选题
在深入实地考察和大量阅读文献的基础上,提出研究课题。进入大学实 验室实施的课题多是这种类型。

●变换角度法——从不同角度中选题
同样一个问题,变换角度去思考,会得出新的、更深刻的结论。

●课堂延伸法——从已有选题的挖掘拓展中选题 选题须与个人实际能力结合,与自己及学校的具体情况结合, 而且每个人的科研选题范围要有一定的系统性、连续性,没 有目标的选题,其论文是难有深度的。

关 注 树 坑

树枝粉碎后的利用

高中生的研究—古建筑中的科学设计
雨速(v1)m/s 15 20 25 30

水流出房檐时的速度(v2)m/s
(Ⅰ)型房顶的流出距离(S)m (Ⅱ)型房顶的流出距离(S)m

3.79
2.57 2.25

4.81
3.12 2.69

5.86
3.62 3.09

6.94
4.09 3.44

古书上称之为“上尊而宇卑,则吐水急而溜远” 。

选题的注意事项
? 要避免脱离实践,围绕科学概念和理论设计科学实践

研究方案 ? 要避免仅关注热点表面,避免选题笼统抽象 ? 恰当地选择自变量和变量,具有可测量性和可操作性 ? 切入点应小:在大主题下,关注身边的生活和事物, 选择重要的小课题,捉住其本质和核心多方面多层次 进行挖掘。 “小调查发现大事实 小实验懂得大道理 小活动拓展大思维” ? 最好是半新型:选择已有一定研究成果的课题,一是 寻找一个新颖的角度进行研究;二是加大其深度和广 度。

选题如何表述?
可以从关键词入手,找到自己的研究方向,如:
? ? ? ? ? ? ?

×××对×××的影响(研究) ×××在×××中的应用 ×××的初步研究及应用 ×××的探究(研究) ×××的实验研究 ×××的调查研究(报告) ×××的分析与对策研究

科学

技术

解释的学科
得到新的解释

行动的学科
产生实际效果

研究什么是对的?什么是 研究什么更好?更有效的 错的? 研究时尽量简化参量 关心特殊性和具体情况

总希望规律能普适化

不期望能普适

科学知识本身不涉及伦理 技术应用必须考虑伦理和 和道德 道德的取向

八种基本实践
? 提出科学问题,明确工程难题;
? 建立和使用模型; ? 设计和实施调查研究;

? 分析和解释数据;
? 利用数学、信息与计算机技术和计算思维能力; ? 建构科学的解释,设计工程解决方案; ? 基于证据进行论证; ? 获取、评估和交流信息。

运用探究方法认识自然时需要首先提出 和聚焦问题
? 能保持好奇心,从学生兴趣和经验出发,对

自然界中的物体和现象提出问题
? 根据已有经验和知识,借助查阅资料、咨询

他人和讨论等手段获取信息,聚焦和确定可 研究的问题
学生已经知 道的知识有 哪些? 学生在生活 中有哪些经 验? 学生对这个主 题的哪些问题 感兴趣? 确定探究问 题和活动主 题

提出科学问题和明确工程难题
科学源于关于某一现象的 问题,例如:“天空为什 么是蓝色?”或者“什么 原因导致了癌症?”科学 家的基本实践是能够针对 现象提出通过实证可以解 答的问题,以便确定哪些 是已知的,哪些问题还没 有令人满意的答案。 工程学源于需要解决的某 个难题,例如:“我们如 何降低国家对化石燃料的 依赖?”“如何减少某种 疾病的发病?”“如何提 高汽车燃料的效率?”工 程师的基本实践是不断提 出问题来搞清楚需要解决 的难题,确定成功的解决 方案的标准,并明确限制 条件。

研究方案制定
? 做什么
我(们)研究什么题目?为什么选择这个题目?(意 义和价值)

? 怎样做
研究思路、方法、步骤,每个阶段的目标任务与时间安排,组内 (集体项目)同学的具体分工,从哪里、怎样(技术手段)获取 相关信息,可能遇到困难和解决方案、需要的帮助等

? 成果形式
论文(调查报告、实验报告)等。

选择研究方法
●实验研究法:依据一定的理论或假设,进行有计划的科 学实验。类似的方法还有观测、观察、考察等。 ●调查研究法:依据研究目标,确定调查目的、对象、方 法等,进行调查,对调查结果进行整理、分析等。 ●分析研究法:把一个现实问题转化为数学问题,进行数 学分析。 ●文献研究法:查阅、分析、整理资料,找出规律,得出 结论。 ●创造发明法:依据创造发明的原理,进行创造思维,对 某种物品或仪器等进行改进或改造。

一个课题往往需要两三种研究方法才能完成。

建立和使用模型
科学经常包含建立和使 用模型,并通过模拟的 方法来帮助形成对自然 现象的解释。模型有可 能超越可观察的范围, 并模拟一个尚未能见的 世界。模型可以是“如 果…那么…因此”形式的 预测,以便可以对假设 的解释进行验证。 工程学用模型和模拟的 方法分析已有的系统, 找出可能存在的缺陷或 者去测试一个关于新问 题的可能的解决方案。 工程师设计和使用各类 模型去测试提出的系统, 发现设计中的优点和局 限。

需要经过尝试和预测设计研究方案
? 根据已有的经验和知识对已确定的研究问题

提出验证的假设。对于高中生来讲,任何假 设都应该基于一个成熟的模型或理论。
? 能给出恰当的测试活动建议,设计合适的研

究方案 ? 能设计规范的基于变量和模型的实验方案

设计和实施调查研究
科学调查研究可以在野 外或者实验室进行。科 学家的主要任务是设计 并实施一个系统性的调 查,并需要明确哪些是 数据,哪些是实验中的 变量。 工程研究的开展,是为 了获得特定标准或参数 而收集重要数据,以及 检测提出的设计。像科 学家一样,工程师必需 明确相关变量,考虑如 何测量变量,并收集数 据进行分析。调查研究 可以让他们确定设计在 不同条件下的有效性、 效率和持久性。

研究实施的一般过程
科学研究项目:技术发明项目:
? 观察现象 ? 定义需求 ? 开发或建立设计标准 ? 查阅文献 ? 完成设计方案和材料

? 提出问题
? 查阅文献 ? 作出假设 ? 设计实验 ? 完成实验 ? 分析讨论 ? 得出结论

清单 ? 制作并检验产品

科学探究过程中需要收集和获取证据
? 根据先前的经验和知识,发展学生的观察和测 量的能力,使用合适的工具和仪器来收集数据 的能力 ? 进行细致的、系统的调查,通过观察、实验收 集实证 ? 支持学生利用会话、文字或数字等进行观察记

录 ? 进行实验和收集数据时能和其他人进行集体合 作,与其他人分享。

分析和解释数据
科学调查研究所生成的数据 工程研究包括分析对设计进 必需经过分析以获取其含义。 行测试时收集的数据,从而 因为数据本身往往不能自明, 可以比较不同的解决方案并 科学家要利用一系列工具, 确认各自在多大程度上满足 包括制表、图解、可视化以 了特定的设计标准,也就是 及统计分析,去阐明数据中 说,在一定的条件下哪个设 的重要特点和模型。还需要 计最好地解决了难题。像科 确定误差来源和计算确定程 学家一样,工程师需要利用 度。现代技术使大量数据的 一系列工具来确认主要的模 收集变得更加容易,从而为 式并对结果进行解释。科学 分析提供了第二手来源。 的进步使对提出的解决方案 的分析变得更加快捷而有效。

利用数学和计算思维
在科学领域,数学和计算是 表征物理变量及其相互关系 的基本工具,被广泛应用于 诸如构建仿真、数据统计分 析,以及定量关系的确认、 表达和应用等方面。利用数 学和计算方法可以做出对物 理系统性能的预测,并对此 预测进行测试。此外,统计 技术对于确定重要的模式和 建立相关性关系方面作用巨 大。 在工程领域,已确立的关系 和原理的各种数学和计算表 征是设计过程中主要部分。 例如,结构工程师需要对设 计进行数学分析,计算其是 否能够承受预期的使用压力, 以及是否能在一个可以接受 的预算范围内完成设计。此 外,如果需要,模拟是一种 非常有效的测试平台,可以 发展设计出难题的解决方案 并对其进行改进。

建构科学解释和设计工程解决方案
科学的目标是建立能为物质 世界提供解释的理论。一种 理论,当其具有多组独立的 实证证据、更强大的解释能 力、能说明更广泛的现象, 以及一致而简洁的解释时, 才能被接受。 工程设计的目标是基于物质 世界的科学知识和模型的难 题而提出的一个系统性的解 决方案。每一个解决方案的 提出都是一个平衡达到要求 的功能、技术的灵活性、成 本、安全性、审美以及符合 法律要求等诸多相互矛盾的 标准的过程。最佳方案取决 于提出的解决方案在多大程 度上满足了标准和约束条件。

科学探究过程中能够对所获得的实证进 行分析,得出结论
? 能运用多次观察和测量的方法反复验证信息 的可靠性 ? 能运用包括表格、图表在内的不同方式收集、

呈现某个范围或某些数值的数据,从而有助 于解释 ? 能将所获得的实证与之前的预测相比较,并 在实证和已有的理论或模型之间建立某些联 系,并从中做出判断,得出结论 ? 帮助学生利用符号表达式来表达数据和测量 的结果,甚至利用数学来获得进一步的关系

基于证据进行论证
在科学中,推理和论证对于 阐明一系列证据的优势和弱 点,以及找出关于一种自然 现象的最佳解释来说,都是 至关重要的。科学家必需要 为自己的解释辩护,在可靠 数据的基础之上形成自己的 证据,利用他人的证据和评 论来检查自己的理解,以及 与同行合作探寻所研究现象 的最佳解释。 在工程领域,推理和论证对 于找到问题的最佳解决方案 至关重要。在整个设计的过 程中,工程师都要与同行合 作,并经历一个关键阶段, 即从诸多相互竞争的想法中 选出一个最有希望的解决方 案。工程师运用系统性的方 法去比较各种选项,基于测 试数据形成证据,用论证的 方式为自己的结论辩护,批 判性地评价别人的想法,并 且为了找到最佳的解决方案 而不断修正自己的设计。

通过表达与交流公开和讨论研究过程、 方法和结论
? 应该鼓励学生创建图表来表征数据,通过绘

图与表格来记录观察和写作文章。同时应该 要求他们从写作报告或展板开始,将自己的 工作呈现给他人 ? 能够接受他人对研究过程和结果的检验和质 疑,在交流中吸收他人合理的意见和建议, 反思和改进自己的研究方案 ? 从探究活动的过程和结果出发,提出新的适 合探究的问题

获取、评估和交流信息
如果科学家不能清晰、令人信 如果工程师的设计的优点不能 服地交流他们的发现,或者学 被清晰、令人信服地表达出来, 习了解他人的发现,科学领域 工程领域不可能产生新的或改 就不能取得进步。因此,科学 进的技术。工程师需要具备相 实践的一个重要方面就是用口 应能力,用口头和书面形式, 头和书面形式,用表格、图表、 用表格、图表、绘图或模型, 曲线图和方程,以及长期参与 以及长期参与同行讨论的方式 同行讨论等方式交流研究的想 来表达他们的想法。此外,像 法和探究的结果。科学需要具 科学家一样,他们需要能够从 备对论文、互联网、研讨会或 同行的专业文字中引申出意义, 讲座等形式的科学文本进行理 评估信息并有效地应用。 解的能力,以便评价所获得信 息的科学有效性,从而将这些 信息整合到所提出的解释之中。

工程设计项目的10个步骤
1. 确定设计机会 2. 围绕设计机会展开调查研究 3. 集体讨论可能的问题解决方案 4. 起草设计简介 5. 研究并完善解决方案 6. 准备设计要求和概念草图 7. 建构模型、构件和零件 8. 建构解决方案的原型 9. 测试、评估和修订解决方案 10. 交流解决方案

设计流程
1. 确定设计机会 2. 围绕设计机会展开调查研究 3. 集体讨论可能的问题解决方案 4. 起草设计简介 5. 研究并完善解决方案 6. 准备设计要求和概念草图 7. 建构模型、构件和零件 8. 建构解决方案原型 9. 测试、评估和修订解决方案 10. 交流解决方案
交流与展示
模型制作、测试、修订 制作原型 设计 选题

周建中 jzzhou0001@yahoo.com.cn 13815872314


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