從課堂到實(shí)踐：諾美科學(xué)展呈現(xiàn)120+前沿項(xiàng)目，讓創(chuàng)意與科學(xué)共舞!

　　近日，上海諾美學(xué)校開展了2024-2025學(xué)年科學(xué)活動。在一學(xué)期的科學(xué)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，全校各年級學(xué)生以團(tuán)隊合作形式積極參與，共呈現(xiàn)了超過120項(xiàng)涵蓋物理、化學(xué)、生物、數(shù)學(xué)、天文、編程、機(jī)器人及3D打印等多元學(xué)科領(lǐng)域的科研成果。參展學(xué)生通過精心制作的全英文展示板，系統(tǒng)地向觀眾闡述了各自的研究課題、實(shí)驗(yàn)過程以及最終研究成果。

　　本次科學(xué)展以小組合作的形式進(jìn)行。參與者需自主選擇感興趣的科學(xué)課題，在科學(xué)老師的指導(dǎo)下完成從理論探究到實(shí)踐驗(yàn)證的全過程。在項(xiàng)目推進(jìn)中，學(xué)生系統(tǒng)掌握了建立科學(xué)模型、檢索文獻(xiàn)資料、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案等核心科研技能。通過團(tuán)隊協(xié)作完成課題研究，最終以學(xué)術(shù)展示的形式呈現(xiàn)研究成果，顯著提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力、團(tuán)隊協(xié)作能力及學(xué)術(shù)表達(dá)能力。

　　科學(xué)展不僅是學(xué)術(shù)能力的試煉場，更是展示個人特長的舞臺。學(xué)生需通過海報、演示或?qū)嶒?yàn)報告等形式呈現(xiàn)研究成果，這一過程將顯著提升他們的邏輯表達(dá)與可視化設(shè)計能力。此外，團(tuán)隊合作中的分工協(xié)調(diào)、問題解決和溝通反饋，都是課堂難以復(fù)制的實(shí)踐體驗(yàn)。

　　研究成果：

　　《Genomicon》是一款創(chuàng)新互動游戲，旨在讓遺傳學(xué)學(xué)習(xí)--尤其是旁氏表和基因型之間的邏輯變得生動有趣。通過模擬遺傳規(guī)律和基因編輯過程，玩家可以在動態(tài)實(shí)踐中探索基因組合的奧秘。游戲設(shè)計包含三個關(guān)卡，每關(guān)聚焦一個核心遺傳學(xué)概念，采用挑戰(zhàn)式學(xué)習(xí)模式并實(shí)時評估學(xué)習(xí)效果，既能追蹤玩家進(jìn)度又可生成最終反饋。初期用戶測試顯示，不同學(xué)習(xí)者各有所好：有些玩家偏好視覺邏輯推演，另一些則更擅長通過試錯來掌握知識。這些寶貴反饋幫助我優(yōu)化了游戲設(shè)計，使之能同時滿足直覺型和分析型學(xué)習(xí)者的需求。假如未來繼續(xù)改進(jìn)此游戲，我設(shè)想引入基因突變模擬模塊，并添加現(xiàn)實(shí)案例庫，進(jìn)一步提升課堂教學(xué)適用性。

　　研究成果：

　　我們的項(xiàng)目旨在研究聲波頻率如何影響由振動表面形成的沙和水的圖案。實(shí)驗(yàn)中，我們控制了聲波的幅度、容器的類型以及沙和水的量，同時變化聲波的頻率。通過在金屬盤子上添加沙和水，并使用揚(yáng)聲器產(chǎn)生不同頻率的聲波，我們觀察到聲波頻率對沙或水圖案有顯著影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，更高的聲波頻率會產(chǎn)生更復(fù)雜、更小規(guī)模的圖案，而較低的頻率則產(chǎn)生較大、較簡單的圖案。聲波振動直接影響粒子的排列，這一發(fā)現(xiàn)為理解聲波與物質(zhì)相互作用提供了新的視角。未來的研究可以探索不同材料或表面對聲波頻率響應(yīng)的差異。

　　研究成果：

　　水果電池作為一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的有趣裝置，近年來吸引了眾多研究者的目光。研究表明，水果電池的發(fā)電性能受多種因素影響。水果種類是關(guān)鍵因素之一，在相同電極條件下，對檸檬、蘋果、梨、橙子測定顯示，發(fā)電電流大小排序?yàn)闄幟?橙子>蘋果>梨，這與水果的電導(dǎo)率排序一致，說明離子濃度越高越利于傳導(dǎo)電流，但與電勢關(guān)系不大。電極方面，電極片插入水果深度越深、面積越大，輸出電流越大;兩金屬片間距在2cm左右時發(fā)電能力較強(qiáng)。為提升水果電池性能，可從多方面改進(jìn)。在材料上，探索更優(yōu)電極材料與結(jié)構(gòu);使用催化劑加速電化學(xué)反應(yīng);用高導(dǎo)電性電解液替代果汁。水果電池在低功率電子設(shè)備和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域有潛在應(yīng)用前景，但目前存在能源密度低、壽命短等局限，后續(xù)仍需深入研究與改進(jìn) 。

　　研究成果：

　　我們的項(xiàng)目目標(biāo)是探究不同的聲波對火焰高度和形狀的影響。根據(jù)科學(xué)家邁克爾·法拉第提出的關(guān)于聲波頻率的增加會導(dǎo)致火焰跳動頻率呈線性增長關(guān)系這一假設(shè)，我們采用了擁有不同聲波頻率的音樂進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)。在多次實(shí)驗(yàn)后我們得出如下結(jié)論：當(dāng)采用慢節(jié)奏和較為舒緩的音樂時火焰的跳動頻率也會較為緩慢，而當(dāng)采用頻率緊湊的搖滾類音樂的時候火焰的起伏頻率會隨之變快，火焰也會變得更大。

　　我們的實(shí)驗(yàn)基本符合了我們的猜想，但是在實(shí)驗(yàn)器材和變量的把握上仍需要精進(jìn)。這些方面在調(diào)整過后都可以為下一次的實(shí)驗(yàn)提供更好的基礎(chǔ)，讓我們更加精準(zhǔn)地捕獲到數(shù)據(jù)和信息。

　　研究成果：

　　我們的項(xiàng)目是利用python制作一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來預(yù)測醫(yī)療行業(yè)公司的股票價格。我們使用了一系列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)以前的數(shù)據(jù)分析股票。這意味著我們不會考慮任何其他因素，例如新聞、財報等。我們使用了三家醫(yī)療公司(魚躍醫(yī)療、通策醫(yī)療、萬泰生物)的股票數(shù)據(jù)來測試我們的模型，并在多次試驗(yàn)后，最終得出將LSTM+CNN+殘差連接這三種算法結(jié)合預(yù)測漲跌幅，得出的結(jié)果平均誤差值降低到1個百分比以內(nèi)，R²指數(shù)(評估模型的指數(shù))接近滿分，意味著模型較為理想。

　　研究成果：

　　我們項(xiàng)目的主題是通過控制變量法探究溫度對滲透速率的作用機(jī)制。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在20-35℃范圍內(nèi)，滲透速率隨溫度升高呈指數(shù)增長，符合Q10定律，35℃時達(dá)到峰值;另外，超過40℃后，因膜蛋白變性導(dǎo)致速率顯著下降。同時我們研究發(fā)現(xiàn)，溫度會通過改變?nèi)苜|(zhì)溶解度間接影響滲透勢。

　　這些發(fā)現(xiàn)為優(yōu)化農(nóng)業(yè)灌溉(推薦25-30℃溫水)和生物樣本保存(建議4℃冷藏)提供了理論依據(jù)。后續(xù)我們期望繼續(xù)研究不同溶質(zhì)類型下的溫度效應(yīng)差異。

　　研究成果：

　　我們的項(xiàng)目目標(biāo)是探究不同天然物質(zhì)對霉菌生長抑制的不同效果。我們預(yù)測，大蒜、丁香精油和黑曲霉對霉菌有較為明顯的抑制作用。丁香精油含有丁香酚，能破壞霉菌結(jié)構(gòu)同時抑制其能量代謝和孢子萌發(fā)。大蒜中的蒜素能破壞其細(xì)胞膜完整性干擾酶功能。青霉素通過抑制霉菌細(xì)胞壁合成中的轉(zhuǎn)肽酶，導(dǎo)致細(xì)胞壁缺陷。我們通過將霉菌菌液與天然物質(zhì)混合并放在培養(yǎng)皿中常溫培養(yǎng)5天，得出了以下結(jié)論：抑菌效果--蒜>丁香精油>蜂蜜>姜>肉桂>椰子油(對照組黑曲霉和青霉素不計入結(jié)論)。

　　我們的實(shí)驗(yàn)基本符合預(yù)測結(jié)果，不過針對青霉素的結(jié)果有所誤差。大蒜的抑菌效果最為明顯，相較于其他物質(zhì)，黑曲霉只占培養(yǎng)皿的1%。黑曲霉對于霉菌的抑制作用有限，大概是因?yàn)檎婢?xì)胞壁主要成分為幾丁質(zhì)而非肽聚糖。下次實(shí)驗(yàn)，我們可以具體研究蒜素殺菌的實(shí)際應(yīng)用。

　　研究成果：

　　大象牙膏實(shí)驗(yàn)的核心原理是過氧化氫(H₂O₂)在催化劑(KI)的作用下迅速分解，產(chǎn)生大量氧氣：2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑，實(shí)驗(yàn)中加入的發(fā)泡劑洗潔精可以使產(chǎn)生的氧氣形成豐富的泡沫，這些泡沫迅速膨脹并從容量瓶中噴涌而出，形成類似大象牙膏的壯觀景象。

　　實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)：過氧化氫在催化劑的作用下，其分解速率大大加快，催化劑降低了反應(yīng)的活化能;氧氣氣泡的產(chǎn)生是由于反應(yīng)過程中釋放的能量，使溶液中的氣體迅速膨脹。隨著氧氣的不斷生成，氣泡逐漸增多并聚集，形成了“大象牙膏”泡沫;洗潔精的作用是降低液體的表面張力，使氧氣氣泡能夠穩(wěn)定地存在并形成豐富的泡沫，同時，洗潔精的成分也有助于泡沫的穩(wěn)定和持久;過氧化氫濃度：過氧化氫濃度越高，反應(yīng)速率越快，生成的氧氣量也越大，泡沫更加豐富;溫度：溫度對反應(yīng)速率有顯著影響，適當(dāng)提高溫度可加快反應(yīng)速率;容器形狀和大?。喝萜餍螤詈痛笮绊懪菽纳珊蛿U(kuò)散。較寬的容器有利于泡沫的擴(kuò)散和觀察，而較窄的容器則可能導(dǎo)致泡沫堵塞或噴濺。

　　課堂是知識的起點(diǎn)，而科學(xué)展則將學(xué)習(xí)延伸到更廣闊的天地。真正的教育不只發(fā)生在教室中，更需要學(xué)生主動參與、親身實(shí)踐，將所學(xué)化為所用。120多個研究項(xiàng)目和精心設(shè)計的展板，凝聚著同學(xué)們勤奮鉆研的汗水，也展現(xiàn)了他們對科學(xué)探索的熱忱。愿大家始終保持好奇之心，在追求科學(xué)真理的道路上，不斷發(fā)現(xiàn)生活中的美好與驚喜。