每日精選：喜報(bào)｜世界級(jí)院士認(rèn)證！清瀾學(xué)子榮獲“青少年最佳論文獎(jiǎng)”

2022

(相關(guān)資料圖)

近日，2022全球院士論壇暨青少年科研論壇圓滿落幕。

此次京領(lǐng)全球院士論壇暨青少年科研論壇，清瀾山學(xué)校第一次參賽，有5位12年級(jí)學(xué)生獲得“青少年最佳論文獎(jiǎng)”的一、二、三等獎(jiǎng)，同時(shí)，清瀾山學(xué)校被授予了“中國(guó)國(guó)際學(xué)?？蒲袑?shí)驗(yàn)校”。

一等獎(jiǎng)

王烜燁、望然然

二等獎(jiǎng)

庾明磊、楊知翰、望然然

三等獎(jiǎng)

卓新啟、楊知翰

獲獎(jiǎng)喜報(bào)截圖

The Relationship between Yeast Multiplication Curve and Logistic Differential Equation

By王烜燁 & 望然然

我們論文的主題是觀察酵母菌的生長(zhǎng)并得出增長(zhǎng)率。在本文的寫(xiě)作過(guò)程中，我們首先假設(shè)通過(guò)logistic函數(shù)來(lái)表達(dá)酵母的生長(zhǎng)速度。為了證明這一點(diǎn)我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)酵母菌。通過(guò)統(tǒng)計(jì)特定時(shí)間的酵母數(shù)量，并在收集到足夠的數(shù)據(jù)后，我們最終建立了酵母的生長(zhǎng)曲線模型來(lái)證明我們的猜想。

在這一年AP微積分BC的學(xué)習(xí)中，我們對(duì)微積分有了初步的認(rèn)知。為了加深我們對(duì)微積分的理解，我們決定對(duì)面包酵母的生長(zhǎng)進(jìn)行研究，嘗試用用logistic微分方程來(lái)對(duì)酵母的成長(zhǎng)曲線進(jìn)行擬合，并基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫(xiě)出了這篇論文。在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中我們遇到了一些困難，但我們從困難中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并在最后一次嘗試中取得了成功。

記錄酵母菌的數(shù)量

在收集論文數(shù)據(jù)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三次，前兩次的結(jié)果都并不如意，直到最后一次才成功。但失敗的經(jīng)歷也很有價(jià)值，它教會(huì)了我們?nèi)绾卧谧鍪轮爸贫ㄒ粋€(gè)清晰的計(jì)劃，如何從失敗中吸取教訓(xùn)，使我們不必做重復(fù)的工作，也不必在截止時(shí)間前寫(xiě)論文寫(xiě)到凌晨2點(diǎn)。

在鞏固微積分知識(shí)的同時(shí)，我們也接觸到了生物學(xué)。培養(yǎng)酵母菌的實(shí)驗(yàn)幫助我們學(xué)習(xí)到了生物學(xué)上一些全新概念。我們還接觸了非常專業(yè)的設(shè)備，如微量移液器和搖床。這些都可以幫助我們未來(lái)在科學(xué)領(lǐng)域中的發(fā)展。

學(xué)生制作的培養(yǎng)基

完成我們的項(xiàng)目給我們提供了一種不同于普通高中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。我們首先需要思考我們的主題，接著在網(wǎng)上研究背景信息，聯(lián)系導(dǎo)師，計(jì)劃實(shí)驗(yàn)流程，寫(xiě)研究論文，包括修改一些錯(cuò)誤。雖然它相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，但這次的經(jīng)歷幫助我們更好地準(zhǔn)備未來(lái)的大學(xué)學(xué)習(xí)。

最后，我們要感謝教我們微積分的程娟老師。她給了我們參加這次比賽的機(jī)會(huì)，并為我們最終完成這篇論文提供了她所能提供的一切幫助。我們還要特別感謝李軒博士，她幫助我們準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)所有需要的材料，并指導(dǎo)了我們整個(gè)觀察過(guò)程。沒(méi)有她們的幫助，我們不可能取得這一成就。

Real Life Calculation Using Calculus AB Skills Calculating the Volume of Tennis Awning

By庾明磊 & 楊知翰 & 望然然

學(xué)生們?cè)跍y(cè)量學(xué)校外球場(chǎng)的棚子和柱子的高度

我們的選題是利用微積分知識(shí)計(jì)算清瀾山學(xué)校外球場(chǎng)的體積。首先，我們利用陰影法和直觀測(cè)量（無(wú)人機(jī)）實(shí)地測(cè)量球場(chǎng)支柱的高度，再用軟件3D建模，最后使用所得方程計(jì)算總體積。這三步說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，其實(shí)每一步都難如登天。

計(jì)算球場(chǎng)支柱時(shí)，我們一開(kāi)始使用陰影法：利用一根垂直于地面的棍子測(cè)量投影長(zhǎng)度，再用球場(chǎng)支柱投影長(zhǎng)度計(jì)算支柱實(shí)際長(zhǎng)度。由于我們做這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候球場(chǎng)外棚才剛剛建成，籃球場(chǎng)棚附近的地面崎嶇不平，地面并不與支柱垂直，是的我們無(wú)法用投影發(fā)，后來(lái)我們利用激光筆和量角器組裝成了簡(jiǎn)易的裝備，通過(guò)三角函數(shù)來(lái)測(cè)量籃球棚的周圍柱子的高度。

清瀾山學(xué)校戶外球場(chǎng)

另外我們測(cè)量底部各個(gè)柱子的間距，在確定各柱子的點(diǎn)坐標(biāo)后，我們利用Geogebra進(jìn)行3D建模。首先我們確定比例尺，再推算出各點(diǎn)坐標(biāo)，最后用直線連接各點(diǎn)。其中最復(fù)雜的是頂部建模，因?yàn)轫敳渴乔€而不是直線，所以我們只能慢慢用曲線擬合找到最接近的方程，而這個(gè)方程是每個(gè)截面的面積，他們是隨著地點(diǎn)的變動(dòng)面積在變動(dòng)，籃球棚是不規(guī)則的立體圖形，所以我們切割各截面，并通過(guò)黎曼積分來(lái)求解體積。

最后計(jì)算其實(shí)并沒(méi)有太難，手握神器TI84，我們也是很輕松的完成了計(jì)算！

在最后的論文中，我們清晰地闡述了測(cè)量過(guò)程，體現(xiàn)出我們清瀾學(xué)子對(duì)科研嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的態(tài)度，相信這也是我們能獲獎(jiǎng)的最重要原因！

用Geogebra 模擬籃球棚頂

此次論文的撰寫(xiě)幫助我們加強(qiáng)了對(duì)于微積分AB的理解。從中我們拓展并學(xué)習(xí)到了很多新的技能，比如用不同方法測(cè)量現(xiàn)實(shí)建筑的高度，再將測(cè)量好的數(shù)據(jù)運(yùn)用到電腦上的3D建模上。這些都是我們從前很少甚至從未嘗試過(guò)的。通過(guò)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)了能夠完整地寫(xiě)出一篇論文十分不易，從頭到尾大家花了幾個(gè)星期去完成。在測(cè)量與計(jì)算的過(guò)程中我們也遇到了許多困難，因此我們要感謝程娟老師一直以來(lái)的支持。整個(gè)過(guò)程中我們有任何的困難她都非常耐心的幫助我們一個(gè)一個(gè)的解決，直到我們最終成功計(jì)算出想要的結(jié)果，并順利得將論文寫(xiě)了出來(lái)。唯一不足的一點(diǎn)是，由于時(shí)間有限，我們沒(méi)能根據(jù)原本計(jì)劃通過(guò)自己將球場(chǎng)棚子的數(shù)據(jù)測(cè)量出來(lái)。因此，最終我們使用了工人提供的圖紙，將測(cè)量所需要花費(fèi)的時(shí)間和精力放在計(jì)算和寫(xiě)論文上。

The Hockey Myth and Age Cutoff: the Effect of Birth Month on Hockey Players" Performance

By卓新啟 & 楊知翰

調(diào)查背景與靈感：

這篇統(tǒng)計(jì)學(xué)論文的主題是NHL冰球運(yùn)動(dòng)員的出生日期是否會(huì)影響其生涯成績(jī)表現(xiàn)。這篇論文受《Outliers》啟發(fā)，也想嘗試反駁“成功皆是個(gè)人刻苦努力的結(jié)果”，“天賦和其他不重要，重要的是是否努力”這一類思想的不全面性。

研究主題背景為加拿大的冰球運(yùn)動(dòng)有設(shè)立年齡限制：需要在1月1號(hào)之后到達(dá)一定年齡才能參加，并且被分為同一個(gè)組。也就說(shuō)，2003年1月出生的孩子，會(huì)和2003年12月出生的孩子分在一組，而那12月出生的孩子只有到了12月生日的時(shí)候，才可以踏入正規(guī)訓(xùn)練場(chǎng)地。這將造成一個(gè)奇特的組合：1月份出生的孩子已經(jīng)在場(chǎng)地里訓(xùn)練了近一年，而12月的孩子才剛剛進(jìn)入場(chǎng)地，但是這兩類人被分到了一組進(jìn)行選拔。

數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算方法：

數(shù)據(jù)來(lái)源是NHL官網(wǎng)日期范圍為1980-2022的“NHL Total Point Ranking By Birth Month"和“NHL All Time Points Leaders"的出生月份；分析兩組數(shù)據(jù)的方式分別是1. Chi-Square Test for Independence and a one-sample z test 和2. one-sample z-test.

結(jié)論與啟迪：

對(duì)于大部分NHL的球員，出生日期是否在前半年有很大影響，出生在1-6月份的球手成績(jī)顯赫地高于出生在下半年的球手；但是對(duì)于最頂尖的紀(jì)錄排名（那30個(gè)人），出生于前半年沒(méi)有表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。NHL球員本身就是球員中的精英，他們已經(jīng)能夠代表絕大部分“成功者”，但是對(duì)于他們來(lái)說(shuō)出生日期的影響卻是不容小覷。

因此，我們用確切真實(shí)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了即使是運(yùn)動(dòng)員——人們通常認(rèn)為其成就只會(huì)是和其努力程度掛鉤的職業(yè)——也受到了意料之外的奇異的影響：出生月份。確切來(lái)講，構(gòu)成這個(gè)現(xiàn)象的主要原因是各個(gè)入學(xué)，入選條件中設(shè)立的“年齡截止日期”，比如英國(guó)足球的年齡截止日期設(shè)立為9月1號(hào)，中國(guó)小學(xué)入學(xué)年齡截止期是12月31號(hào)，美國(guó)通常于9月1號(hào)開(kāi)啟入學(xué)...這一系列截止日期都會(huì)成為孩子最開(kāi)始擁有的“怪異的優(yōu)勢(shì)”。

重要的是，這些“怪異的優(yōu)勢(shì)”不為人知，而“成功皆是個(gè)人刻苦的成果”思想?yún)s深入人心；自然而然人們?nèi)菀讓ⅰ笆　钡呢?zé)任全部攬到自己身上 —— “我在某處失敗了，全然是因?yàn)槲易陨淼膯?wèn)題。”

這個(gè)論文的研究?jī)H僅指出了眾多隱形因素中的一個(gè)；因此我們可以想象有多少我們習(xí)以為常，自然接受的“規(guī)則和習(xí)慣”添加了一些人的阻礙，又成就了一些人的優(yōu)勢(shì)。

指導(dǎo)老師感言

程娟老師

學(xué)生在學(xué)習(xí)完AP課程后的時(shí)間后，我們會(huì)讓學(xué)生將自己所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，在我的微積分和統(tǒng)計(jì)學(xué)班上，同學(xué)們都對(duì)于AP項(xiàng)目比較感興趣，他們覺(jué)得這是一個(gè)比較好的理論結(jié)合實(shí)際的機(jī)會(huì)，我會(huì)讓他們提出一些他們感興趣的問(wèn)題，并結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)，完成分析和解決問(wèn)題，并寫(xiě)出一篇小論文。

因?yàn)閿?shù)學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科，和很多學(xué)科都是有聯(lián)系的，特別是實(shí)際問(wèn)題，有許多跨學(xué)科的時(shí)候，王烜燁和望然然同學(xué)的論文的數(shù)據(jù)就需要生物數(shù)據(jù)，所以他們需要和生物老師聯(lián)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的可行性和可操作性，感謝李軒老師，在我讓同學(xué)和她聯(lián)系的時(shí)候，她很快就答應(yīng)了幫助培訓(xùn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)，雖然第一次數(shù)據(jù)失敗了，但是學(xué)生們很快調(diào)整并分析失敗的原因，并重新制定了計(jì)劃來(lái)收集數(shù)據(jù)，第二次數(shù)據(jù)成功收集。有了數(shù)據(jù)信息后，他們需要分析數(shù)據(jù)，并擬合模型，分析成稿，我在讀他們的初稿論文時(shí)，會(huì)給他們一下反饋，我會(huì)問(wèn)他們?yōu)槭裁从X(jué)得自己使用的理論是可行的，在他們對(duì)我問(wèn)他們的問(wèn)題進(jìn)行小組討論的時(shí)，他們自己會(huì)發(fā)現(xiàn)一些可以修改的地方，學(xué)生們?cè)趯?xiě)完論文后，都會(huì)感嘆原來(lái)我們的理論學(xué)習(xí)可以運(yùn)用在這些實(shí)際的生活中。

我鼓勵(lì)他們參加此次的京領(lǐng)論壇青少年，這樣他們的論文有來(lái)自來(lái)自哈佛大學(xué)、劍橋大學(xué)、牛津大學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W者專家的評(píng)審，對(duì)他們來(lái)說(shuō)是一次很好的科研機(jī)會(huì)，在這次參賽中，我看到了同學(xué)們的跨學(xué)科的串聯(lián)能力、自主學(xué)習(xí)的能力、精益求精的精神（有學(xué)生在最后投稿的時(shí)候還在和我商量文稿的格式，論文題目的完善等等），整個(gè)過(guò)程我看到他們的好奇心、探索和專研精神。今年雖然是我們第一次參賽，但學(xué)生們表現(xiàn)都不錯(cuò)，取得了最佳論文一，二， 三等獎(jiǎng)，祝賀我們的同學(xué)們！

全球院士論壇簡(jiǎn)介

Global Academician Forum

京領(lǐng)全球院士論壇由京領(lǐng)與來(lái)自哈佛大學(xué)、劍橋大學(xué)、牛津大學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W者專家共同發(fā)起，秉持教育讓人生更美好的初心，以培養(yǎng)國(guó)際化創(chuàng)新性人才為使命，依托百余位來(lái)自以哈佛大學(xué)為代表的藤校終身正教授以及以劍橋大學(xué)、牛津大學(xué)為代表的名校教授，打造全球領(lǐng)先的青少年科研平臺(tái)，點(diǎn)燃青少年對(duì)創(chuàng)新和科研的熱情，讓更多學(xué)校培養(yǎng)出具有科研素養(yǎng)的學(xué)生，讓社會(huì)涌現(xiàn)出更多具備國(guó)際化創(chuàng)新性人才素養(yǎng)的年輕人。

京領(lǐng)全球院士論壇暨青少年科研論壇為點(diǎn)燃青少年對(duì)于科研創(chuàng)新的熱情、提升青少年科研素養(yǎng)與能力，為青少年提供科研成果的展示平臺(tái)，組委會(huì)以人文社科、經(jīng)濟(jì)管理、科學(xué)、信息工程、醫(yī)藥健康、藝術(shù)設(shè)計(jì)六大學(xué)科，面向全球的青少年征集科研論文。在評(píng)審中，論壇組委會(huì)基于世界通行的學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括論文選題、研究?jī)r(jià)值、研究方法、論證分析、文獻(xiàn)引用以及原創(chuàng)性，對(duì)論文進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u(píng)審。