青少年科技创新课题研究的实践流程与方法技能 —22年指导学生开展科技创新课题研究经验总结

本文基于2023年“河南省义务教育阶段骨干科学教师教育能力提升培训班”专题报告内容汇集改编

作者：刚永运，北京师范大学附属实验中学生物高级教师、全国十佳优秀科技辅导员、北京市科普工作先进个人科技创新人才培养，是我国长远发展和提高核心竞争力的着力点，而创新是指在前人或他人已经发现或发明成果的基础上，做出新的发现、提出新的见解、开拓新的领域、解决新的问题、创造新的事物，或者能够对前人、他人已有的成果进行创造性的运用。

2023年5月，教育部等十八部门联合发布的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》中指出，要引导学生广泛参与探究实践，在孩子心中种下科学的种子，培养科学精神、全面提高学生科学素质，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。因此，面向广大青少年大力开展能培养科技创新意识和提高实践动手能力的课题研究活动格外重要，让学生的科学素质在科技创新课题研究中得到充分锻炼和提高。

刚永运结合22年指导学生进行科技创新课题研究的亲身实践经历，总结出青少年开展科技创新课题研究的实践流程、时间分配和方法技能，如下图所示：

“万丈高楼平地起”，科学选题作为青少年科技创新课题研究的第一步，至关重要。青少年（一般1~3人）应关注身边、周围世界和已有现象，或借助学校平台（“中学生英才计划”“科技后备人才培养计划”“科技俱乐部”等）进入高校、科研机构实验室等，也可在各类野外科考实践活动中发现问题，并学会对感兴趣的事物提出问题——“为什么”会这样？若施加某个因素后，又会发生“怎么样”的变化？青少年对这些“为什么”“怎么样”的问题要从与我是何关系、我能否完成、是否有价值，以及不伤害他人与环境4个方面进行筛选，同时还要通过文献检索确保研究内容和方法具有创新性，进而确定课题，完成科学选题。文献检索在科学选题中非常重要，青少年要学会利用“中国知网”等平台对感兴趣的问题进行检索（可利用关键词、篇名、摘要等进行），获得最近3~5年国内外相关文献资料后，再进行分类（区分综述和研究，找出对自己研究有用的）、泛读（了解其研究目的和意义，30篇或以上）和精读（对密切相关的文献要认真研读、分析和审视，15篇或以上），进一步确定课题的创新性，力求在研究内容和方法或研究成果创造性应用上有所突破。

为避免选题中的盲目性，需要对选定的课题进行分析、预测和评价，即开题论证。青少年首先要根据所阅读的文献资料及精细分析撰写开题报告（一般包括课题名称、研究目的及意义、国内外研究现状及分析、研究的主要内容及创新点、研究方案及进度安排、预期目标、已有及所需条件、可能存在的问题及解决对策、参考文献等），然后在学校召开的开题论证会上，利用PPT向校外专家（3位或以上，其中至少1位来自同学科领域，需提前阅读开题报告）作开题报告陈述（7分钟或以上），接受专家的质疑并予以回答（8分钟或以上），会后再根据专家意见进行研究内容的调整、完善和实施。

开题论证通过后，就进入了科学研究阶段，开展研究的最佳时间在暑期，是青少年对自己提出的课题假设进行验证的重要时期，按照设计的研究方案，通过观察法（肉眼或借助显微镜、放大镜、摄像机等工具进行，多见于生命科学学科课题）、实验法（需要精秘仪器设备等设施，多见于生命科学、物理、化学等自然学科）、调查法（一般为实地考察生物多样性等研究，或通过问卷、访谈进行社会现象的调查研究）和模拟法（多见于数学、计算机等学科）等研究方法获取相关数据（作好记录），研究过程中应注意实验室操作安全规范和往返交通安全。

完成科学研究后，新学年伊始，青少年科技创新课题研究进入结题阶段，即形成论文。一篇规范的青少年科技创新课题研究论文应有标题（与研究内容一致，简短精炼，20字以内，忌哗众取宠、文不对题）、作者信息（包括姓名、所在学校名称、指导教师及单位）、摘要（一般300字左右，应包括研究目的、研究内容、所做工作、结论和创新点等）、关键词（摘要后有2~5个与内容方法相关的词语，供检索用）、引言（也可称为研究背景，忌写成问题发现过程，应简要回顾本课题涉及的科学问题研究历史及国内外研究现状，并提出本课题所要解决的问题，如何改进，改进后的价值意义等，一般1000字左右）、材料与方法（以实验法为例，应包括实验材料、仪器用具、研究方法、研究步骤等，实验设计要体现影响因素、对照和重复原则）、结果与分析（需将客观、实事求是记录下来的研究结果经过求平均值、方差分析等方式进行数据的统计分析，然后用表格、曲线图、柱状图等形式直观地表现出来，并进行趋势分析或规律剖析）、讨论（本部分篇幅较长，最能彰显研究水准，需予以重视，应旁征博引地引用他人的相关研究结果来解释或支持自己的研究结果，发现、总结其中规律，提出本研究的创新点及意义，并指出不足之处，即下一步要做的工作）、结论（根据研究结果和讨论得出的简洁结束语，要求准确、明确和扼要）、致谢（向对课题研究有过指导、帮助的人表示感谢，应简洁、规范，忌用形容词和作环圈揖）和参考文献（应将本课题研究过程中引用的、对课题研究有帮助的文献资料按照一定顺序罗列在文后，并在论文中引用位置标上相应的序号，一般不超过15篇，可引用原著和已发表论文，不引用译文、转载、私人通讯及未发表的内部资料）11个部分，有时也会将作者的收获体会及其他不便列入正文的资料或图纸作为附件附在参考文献后。初稿形成后交由指导教师修改，一般需修改3稿以上，梳理研究思路，改进不足之处。

修改完善后的研究论文可在学校的科技创新课题研究结题答辩会（可邀请校外相关学科领域专家，提前提供研究论文）上进行展示交流，由作者通过PPT进行研究论文的展示宣讲（7分钟或以上，要结合自己选题、自己设计和研究、自己制作和撰写的“三自”原则来介绍选题缘由、过程与结果、研究意义和未来展望等，并展示原始实验数据、研究日志记录本），随后接受专家的问题质疑并进行互动答辩（8分钟或以上，专家会从创新性、科学性、实用性的“三性”原则进行评审）。学校教师会根据不同级别科技竞赛的提交时间要求（比如市区级科技创新大赛在每年11—12月，省市级科技创新大赛在次年3—4月，全国科技创新大赛在次年8月），先将符合条件的科研究论文送交上去参加市区级大赛，经评审答辩后获“一等奖”的部分研究论文可晋级，参加后续高级别的科技创新大赛，经初评入围终评的优秀论文作者将再次获得参加评审答辩机会，进一步锻炼自己的成果展示技能（坦诚自信、表达清晰、交流学习、逻辑思维等），全面提高自身科学素质！