丘成桐中学生物竞赛分析及选题建议来了!

丘成桐中学生物竞赛分析,一起来看看。丘成桐中学科学奖由中国著名数学大师丘成桐先生于2008年为全球华人中学生设立。原先仅数学一类奖项,如今历经十几年,已发展出:数学、物理、化学、生物、计算机、经济金融建模六大学科为基础的中学生科研创新能力培养模式。
人类所认知的宇宙、自然界、生物、和人类自己都是非常有限的,草木禽兽以类聚,如何鉴定和区分,遵循了界、门、纲、目、科、属、种的现代科学。
生物形态学是一门古老的学科,形态学与分类学很早就被牵扯到创世说与进化论不断讨论之中。随着科学的不断进展,分子生物学不仅基于形态学研究,更多的是建立基因型特征,比如:编码的氨基酸序列,由此形成生物学中对世界的现代化认知。
继丘成桐计算机、数学竞赛之后,今天来分享一个与我们人本身息息相关的学科--生物。
作为初出茅庐的高中生,丘赛生物奖它希望我们研究些什么呢?
按照惯例,我们先来阅读生物奖的基本竞赛信息:

01 丘成桐生物奖

丘成桐中学生物奖,于2016年设立。大赛采用研究报告的形式,研究课题可以是所有和生物学相关的内容,既包括通过实验获得的研究成果,也包括纯理论的分析。
生物奖旨在:
激发中学生对于生物研究的兴趣、夯实中学生的基本生物理论基础
鼓励中学们在生物领域的创新
拓宽中学生在科学上的国际视野
培养和发现专注生物的年轻人才
建立中学和大学间的桥梁和纽带
生物奖面向全球华人中学生,舍弃试卷和标准答案,发现和培养有前途的年轻生物天才,帮助他们更好地适应未来社会的挑战。哈佛大学、普林斯顿大学、清华大学等国内外知名学府及大师们的关注,将为国内外华人中学生提供生物领域全新的舞台和机会。

02 评审标准

官网上的评审标准一共7条:
与生物学科的相关性
研究主题和研究方法的原创性
概念的正确性和结论的合理性
研究报告书的学术规范性
若参加面试答辩,口语表达的学术规范性:面试答辩需要说清楚问题的背景,关键背景材料,以及参赛队伍的所有原创内容
若参加面试答辩,阐述团队的合作性:如是团队参赛,其中每位作者都必须口头报告部分内容,并回答评委所提问题
评审委员在关注学术原创性的同时,还特别关注参赛团队的学术道德和诚信
摘取了生物选题需要注意的最重要的3条,接着我们一起看下官网对这3条标准的详细解读:
与生物学科的相关性
研究课题可以是所有和生物学相关的内容,既包括通过实验获得的研究成果,也包括纯理论的分析(如通过生物信息学进行分析得到的结论)。在评奖时考虑的主要因素是解决了一个什么样的生物学问题。
研究主题和研究方法的原创性
提出的生物学问题必须明确。研究的主题可以是原始的问题,或者现有尚未得到证实的猜想。参赛队伍应该提供相应的研究背景或者创新性的参考文献。那些在学术团体中已经公认知晓,但是参赛队伍并不知道的问题不能够被认定有创新性。仅提供一个研究思路的论文不得参与评奖。
概念的正确性和结论的合理性
对于课题中涉及的各种概念的理解必须是正确的。对于通过研究获得的(无论是实验还是理论计算)数据的解释可以不是唯一的,但必须是合理的。
生物与化学是丘奖中唯二两个学科提出了“解决了一个什么样的生物学/化学问题”的学科,因此在选题上,提出建议:“我们需要把选题的重点放在课题的解决方案上。”

03 往届获奖分析

在丘成桐中学科学奖的生物参赛课题中,我们可以发现其主要可以分为4类:植物学、动物学、病原学及应用和现代医学。
1 植物学
植物学主要研究植物的形态、分类、生理、生态、分布、遗传、进化等。目的在于开发、利用、改造和保护植物资源。其中很大部分课题是研究植物的生理状态,发生休眠、侵袭性感染、溃烂,严重影响植物生长和农作物生产。
纯理论的数学课题需要对某一问题展开深入研究,研究内容通常比较抽象,需要学生对选择的课题相关的背景知识进行深入学习,并对相关的问题,猜想等进行讨论、证明或推导,因此需要学生对研究课题有一定的基础。
农作物是植物学最火热的方向,比如水稻(2019优胜)、玉米—大豆(2021优胜)、猕猴桃(2021铜奖)、豌豆(2018优胜)、捕蝇草(2017金奖)、猪笼草(2016银奖)等。
这些植物对人类的健康成长息息相关,而在参赛的作品中,也对植物的发生发展,以及致病机理,如何恢复生产等都做了详细的实验与结果的整理。
水稻、蔬菜和水果,关乎于民生的植物依旧是植物学的热门课题。让植物提供更多的食物、营养、纤维、药物等,如何抵抗更为劣势的外部生长环境,从而提高产量。这些是科研界的挑战,也是高中生对于国际前沿科学的学习,提高科研兴趣,培养科研思维,都会是人生之中不可多得的机遇,人生因经历丰富而多彩。
2 动物学
动物学的研究主要介绍各类动物的形态结构、生活习性和经济意义,有时还介绍动物的饲养和管理、动物的地理分布。
丘成桐获奖课题一般围绕潮虫(2021金奖)、蚊子(2021优胜)、蚂蚁(2020金奖)、蝴蝶(2020银奖)等研究。
对于动物学的研究一般要求中学生比较系统地掌握关于动物的形态结构、生理、分类、进化和生态学等方面的基础知识,以及这些知识在农业、医药、工业、国防上的应用。
因此需要我们同学掌握很多实验室操作技能,比如显微镜甚至电镜的使用能对于动物的形态学进行鉴定;核酸的提取技术,可以用16SrDNA,CO1等分子层面物种鉴定,也可以对很多疾病进行筛查(2021金奖);
普通PCR循环扩增的理论知识和实践操作,实时荧光定量PCR仪器的使用,如何制作标准曲线与基因定量,甚至是最新的数字PCR仪器的使用;
全基因组测序技术,转录组、代谢组、蛋白质等组学的联合分析技术。国际前沿技术的应用,比如单细胞转录组测序技术的应用(单细胞转录组分析揭示镜像神经元,2021铜奖),这对于高中生来讲既是挑战又是机遇。
3 病原学及应用
病原学主要分为细菌、病毒、支原体、衣原体、结合杆菌、真菌、寄生虫等微生物研究。冠状病毒属的病毒是具囊膜、基因组为线性单股正链的RNA病毒,是自然界广泛存在的一大类病毒,比如SARS和新冠病毒。
丘成桐奖2016年以来并没有涉及到冠状病毒的研究,病原学的获奖课题多为植物、动物病原检测,比如:肠杆菌噬菌体在猕猴桃中的研究(2021铜奖)、青海湖噬菌体多样性及与宿主相互作用(2021优胜)、玉米大豆与土壤细菌(2021优胜)、北京市土壤中抗植物病原菌(2018优胜)、手机表面细菌携带(2016优胜)等。
高中生对于新冠病毒研究的热忱不断攀升,可以理解青年对新冠病毒的探索追求。但是由于病毒具有高致病性和潜在传播危险,且对实验室要求很高,因此不建议高中生从事此类病原的研究。
4 现代医学
人类今天的生活都受惠于20世纪现代医学的发展,而20世纪对医学来讲尤其是一个非常的历史时期,医院里所有的诊断、治疗的方法都是20世纪发明的 。“医学贵精不精则害人匪细”,医学必须秉持严谨的科学态度,要对患者和志愿者进行康复训练与应用。
比如智能感知结合音乐治疗脑卒中患者康复效果评价体系(2021银奖),智能感知结合音乐疗法的脑卒中患者康复效,可以能完成脑卒中患者排查、康复训练中病人运动能力和康复效果量化的功能。
通过人类基因组计划,基于公司测序平台,可以揭示分子基因的功能。比如最先进的单细胞转录组测序分析揭示镜像神经元的分子和功能特性(2021铜奖),通过单细胞转录组筛选出特定基因,揭示自闭症与渐冻症与特定基因的关系,各基因相互存在的机理。
高中生对于现代医学的研究会依赖于医院的患者或者志愿者。需要学生有良好的人际沟通能力、对于医学的喜好、治病救人的理念。

04 选题建议

近些年来丘成桐奖生物类的课题集中于以上四大类。
作为新一届参赛选手,我们可以从哪些方面来寻找一些选题的突破点呢?
针对选题进行研究,提出以下建议,供各位同学备赛参考:
多学科交叉课题
分析往年的获奖作品发现,植物学与病原学及应用等交叉课题较多,比如肠杆菌噬菌体在猕猴桃中的应用、植物与微生物去甲醛、玉米大豆和富含单宁的果皮的康普茶等研究课题。
对于提高农作物产量、植物自身保护机制、植物与环境安全等领域研究较多。在病原学及应用这个方向获奖作品中发现有许多课题开始关注病原的分类及系统进化关系的研究、变废为宝,循环利用等环保应用类课题、病毒与肠道微生物的研究。
世间万物的关联紧密,互相影响。多学科交叉研究课题既能深入了解事物本质又能锻炼高中生对新知识的探索能力,培养科研思维,开拓视野,对未来的职业选择与规划有着深远影响。
动物学课题应围绕我们日常熟悉的物种
动物学课题主要围绕:潮虫、蚂蚁、蚊子卵、六足动物、水蛭等研究,2021金奖主要研究的是动物中的一个新种潮虫,通过形态学和分子学鉴定,并通过系统发育树来研究进化关系。
未来成为热门的选题预测会有一些节肢动物的加入,节肢动物是病原菌的储存宿主,比如:蜱虫、跳蚤、虱子、蚊虫、蜘蛛等生物。可通过形态学分子学鉴定,筛查一些病原菌和地理流行病的研究课题。
环境依旧是热门课题
人类赖以生存的自然环境,20世纪的商度工业化,为人类带来了丰富的物质生活。当人们陶醉在现代物质文明的舒适享受中时,由于资源的过度开发和生态与环境的严重破坏而引发的自然灾害和各种疾病爆发。
人类面临着既要快速发展,又要保证生存安全,保护生态环境的严峻课题。各种病原在环境介质(生物、大气、水体、土壤)中的存在提供理论、方法和技术,并在此基础上提供控制污染的原理和方法;而且还能够利用其原理从源头上消除污染,即采用无毒、无害的原料和洁净,生产出有利于环境保护与人类安全的环境友好化学产品,如可降解的塑料、可循环使用的金属和橡胶、对臭氧层不会构成威胁的新型制品、能控制害虫而不危害人类和有用生物的农药等。
地球从形成初期的混沌状态,轻物质上升形成天空,重物质下沉为地壳。天与地之间形成了生物包括:植物、动物、微生物,又经过了38亿年的漫长进化,创造出了智慧生物——人类。

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生物界是多么的神奇!希望各位参赛者能够通过丘奖参赛之路,在心里埋下一颗对大自然探索的种子,坚定科研道路!
以上就是今天带来的丘成桐生物专栏选题解读,还想了解更多丘成桐竞赛信息的记得关注我们哦!

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