丘成桐中學生科學獎往屆獲獎論文分析！

丘成桐中學生科學獎

丘成桐中學科學獎由中國著名數學大師丘成桐先生于2008年為全球華人中學生設立。原先僅數學一類獎項，如今歷經十幾年，已發展出：數學、物理、化學、生物、計算機、經濟金融建模六大學科為基礎的中學生科研創新能力培養模式。

往屆獲獎論文分析

在丘成桐中學科學獎的生物參賽課題中，我們可以發現其主要可以分為4類：植物學、動物學、病原學及應用和現代醫學。

植物學：

植物學主要研究植物的形態、分類、生理、生態、分布、遺傳、進化等。目的在于開發、利用、改造和保護植物資源。其中很大部分課題是研究植物的生理狀態，發生休眠、侵襲性感染、潰爛，嚴重影響植物生長和農作物生產。

純理論的數學課題需要對某一問題展開深入研究，研究內容通常比較抽象，需要學生對選擇的課題相關的背景知識進行深入學習，并對相關的問題，猜想等進行討論、證明或推導，因此需要學生對研究課題有一定的基礎。

農作物是植物學最火熱的方向，比如水稻（2019優勝）、玉米—大豆（2021優勝）、獼猴桃（2021銅獎）、豌豆（2018優勝）、捕蠅草（2017金獎）、豬籠草（2016銀獎）等。

這些植物對人類的健康成長息息相關，而在參賽的作品中，也對植物的發生發展，以及致病機理，如何恢復生產等都做了詳細的實驗與結果的整理。

分析：

水稻、蔬菜和水果，關乎于民生的植物依舊是植物學的熱門課題。讓植物提供更多的食物、營養、纖維、藥物等,如何抵抗更為劣勢的外部生長環境，從而提高產量。這些是科研界的挑戰，也是高中生對于國際前沿科學的學習，提高科研興趣，培養科研思維，都會是人生之中不可多得的機遇，人生因經歷豐富而多彩。

動物學：

動物學的研究主要介紹各類動物的形態結構、生活習性和經濟意義，有時還介紹動物的飼養和管理、動物的地理分布。

丘成桐獲獎課題一般圍繞潮蟲（2021金獎）、蚊子（2021優勝）、螞蟻（2020金獎）、蝴蝶（2020銀獎）等研究。

對于動物學的研究一般要求中學生比較系統地掌握關于動物的形態結構、生理、分類、進化和生態學等方面的基礎知識，以及這些知識在農業、醫藥、工業、國防上的應用。

分析：

因此需要我們同學掌握很多實驗室操作技能，比如顯微鏡甚至電鏡的使用能對于動物的形態學進行鑒定；核酸的提取技術，可以用16SrDNA，CO1等分子層面物種鑒定，也可以對很多疾病進行篩查（2021金獎）；

普通PCR循環擴增的理論知識和實踐操作，實時熒光定量PCR儀器的使用，如何制作標準曲線與基因定量，甚至是最新的數字PCR儀器的使用；

全基因組測序技術，轉錄組、代謝組、蛋白質等組學的聯合分析技術。國際前沿技術的應用，比如單細胞轉錄組測序技術的應用（單細胞轉錄組分析揭示鏡像神經元，2021銅獎），這對于高中生來講既是挑戰又是機遇。

病原學及應用：

病原學主要分為細菌、病毒、支原體、衣原體、結合桿菌、真菌、寄生蟲等微生物研究。冠狀病毒屬的病毒是具囊膜、基因組為線性單股正鏈的RNA病毒，是自然界廣泛存在的一大類病毒，比如SARS和新冠病毒。

丘成桐獎2016年以來并沒有涉及到冠狀病毒的研究，病原學的獲獎課題多為植物、動物病原檢測，比如：腸桿菌噬菌體在獼猴桃中的研究（2021銅獎）、青海湖噬菌體多樣性及與宿主相互作用（2021優勝）、玉米大豆與土壤細菌（2021優勝）、北京市土壤中抗植物病原菌（2018優勝）、手機表面細菌攜帶（2016優勝）等。

分析：

高中生對于新冠病毒研究的熱忱不斷攀升，可以理解青年對新冠病毒的探索追求。但是由于病毒具有高致病性和潛在傳播危險，且對實驗室要求很高，因此不建議高中生從事此類病原的研究。

現代醫學：

人類今天的生活都受惠于20世紀現代醫學的發展，而20世紀對醫學來講尤其是一個非常的歷史時期，醫院里所有的診斷、治療的方法都是20世紀發明的 。“醫學貴精不精則害人匪細”，醫學必須秉持嚴謹的科學態度，要對患者和志愿者進行康復訓練與應用。

比如智能感知結合音樂治療腦卒中患者康復效果評價體系（2021銀獎），智能感知結合音樂療法的腦卒中患者康復效，可以能完成腦卒中患者排查、康復訓練中病人運動能力和康復效果量化的功能。

通過人類基因組計劃，基于公司測序平臺，可以揭示分子基因的功能。比如最先進的單細胞轉錄組測序分析揭示鏡像神經元的分子和功能特性（2021銅獎），通過單細胞轉錄組篩選出特定基因，揭示自閉癥與漸凍癥與特定基因的關系，各基因相互存在的機理。

分析：

高中生對于現代醫學的研究會依賴于醫院的患者或者志愿者。需要學生有良好的人際溝通能力、對于醫學的喜好、治病救人的理念。

選題建議

近些年來丘成桐獎生物類的課題集中于以上四大類。作為新一屆參賽選手，我們可以從哪些方面來尋找一些選題的突破點呢？

針對選題進行研究，提出以下建議，供各位同學備賽參考：

1，多學科交叉課題

分析往年的獲獎作品發現，植物學與病原學及應用等交叉課題較多，比如腸桿菌噬菌體在獼猴桃中的應用、植物與微生物去甲醛、玉米大豆和富含單寧的果皮的康普茶等研究課題。

對于提高農作物產量、植物自身保護機制、植物與環境安全等領域研究較多。在病原學及應用這個方向獲獎作品中發現有許多課題開始關注病原的分類及系統進化關系的研究、變廢為寶，循環利用等環保應用類課題、病毒與腸道微生物的研究。

世間萬物的關聯緊密，互相影響。多學科交叉研究課題既能深入了解事物本質又能鍛煉高中生對新知識的探索能力，培養科研思維，開拓視野，對未來的職業選擇與規劃有著深遠影響。

2，動物學課題應圍繞我們日常熟悉的物種

動物學課題主要圍繞：潮蟲、螞蟻、蚊子卵、六足動物、水蛭等研究，2021金獎主要研究的是動物中的一個新種潮蟲，通過形態學和分子學鑒定，并通過系統發育樹來研究進化關系。

未來成為熱門的選題預測會有一些節肢動物的加入，節肢動物是病原菌的儲存宿主，比如：蜱蟲、跳蚤、虱子、蚊蟲、蜘蛛等生物。可通過形態學分子學鑒定，篩查一些病原菌和地理流行病的研究課題。

3，環境依舊是熱門課題

人類賴以生存的自然環境，20世紀的商度工業化，為人類帶來了豐富的物質生活。當人們陶醉在現代物質文明的舒適享受中時，由于資源的過度開發和生態與環境的嚴重破壞而引發的自然災害和各種疾病爆發。

人類面臨著既要快速發展，又要保證生存安全，保護生態環境的嚴峻課題。

各種病原在環境介質(生物、大氣、水體、土壤)中的存在提供理論、方法和技術，并在此基礎上提供控制污染的原理和方法；而且還能夠利用其原理從源頭上消除污染，即采用無毒、無害的原料和潔凈，生產出有利于環境保護與人類安全的環境友好化學產品，如可降解的塑料、可循環使用的金屬和橡膠、對臭氧層不會構成威脅的新型制品、能控制害蟲而不危害人類和有用生物的農藥等。

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