信息来源：互联网   发布时间：2023-11-13

有专业、有趣味、有体验！在上海市青少年科学创新实践工作站，各路科创小达人通过自己敏锐的发现、细致的思考、反复的探索，开展了一项又一项实验项目，讲述了一个又一个创新

 

有专业、有趣味、有体验！在上海市青少年科学创新实践工作站，各路科创小达人通过自己敏锐的发现、细致的思考、反复的探索，开展了一项又一项实验项目，讲述了一个又一个创新故事：或是关注新冠肺炎疫情期间口罩回收问题，开展了“废旧口罩熔喷布改性用于锂电池隔膜研究”，或是积极参与垃圾分类，研究了降解餐厨垃圾耐盐功能菌的筛选与应用评估，或是对探索“宜居行星”产生了好奇，期待与科学家共同寻找人类的下一个家园……无论成功，还是失败，这都是科研路上的“初体验”！

今天，一起看看来自中国科学院上海技术物理研究所电子科学与技术创新实践工作站的姚奕堃、倪海容小达人，带来了哪些有趣的探究。

姚奕堃中国科学院上海技术物理研究所电子科学与技术创新实践工作站华东师范大学附属天山学校积极尝试，保持进步，坚持创新，迎难而上。苟日新，日日新，又日新

达人说

卫星遥感澳大利亚火灾及预测

本课题运用了元胞自动机原理，这里从元胞自动机的4个基本要素（空间、状态集、邻域、演化规则）和元胞自动机的应用领域来对元胞自动机原理进行说明：根据名字可知，元胞自动机是由类似于生物细胞的大量并行单元个体而组成的复杂系统，它可以用来描述的宏观行为与规律。

元胞自动机采用离散的空间布局和离散的时间间隔，将元胞分成有限种状态，并且元胞个体状态的演变仅与其当前状态以及其某个局部邻域（邻域：指元胞周围的可以影响该元胞状态的元胞，常见的邻域有：4邻域、8邻域、24邻域）的状态有关。

具体怎么演变？元胞自动机会按照一个规则，根据每个元胞周围的邻域元胞状态决定自己下一步时的状态（比如一种规则可以是：采用邻域占多数的状态，如果某元胞周围邻域大多数元胞为绿色，而该元胞为黄色，那么该元胞下一时刻变为绿色）。

元胞自动机的应用领域广泛，可以应用于生态学、社会学、军事科学、物理学、化学、计算机科学等领域本课题首先通过运用元胞自动机原理，对元胞自动机的4个基本要素来进行实际模拟应用，4个基本要素在本课题中的应用如下：

①空间：二维的澳大利亚地图，元胞分布其中②状态集：6种状态，用“黄色火焰”、“橙色火焰”，“红色火焰”、“灰烬”、“植被”、“空地”来表示③邻域：每个元胞周围上下左右加上对角一共有8个邻域④演化规则：根据元胞及其邻域元胞的状态，加上相关的高程、气温、降水、植被、风速、风向等因素，来决定下一时刻该元胞的状态。

其中空地不受邻域是否着火影响，可以起到隔离火苗的作用（相当于森林中的森林防火隔离带）；着火的树木在一段时间后会变为灰烬，并且不再燃烧，这样就可以达到形象地模拟现实中火灾扩散的目的然后，我上网查找了有关澳大利亚气温、降水、高程等各种数据。

其次，我通过python程序进行实际的火灾模拟预测：按前面赋值的模拟天数进行模拟，并对模拟结果进行可视化，展示在地图上最后，我根据生成的图像，控制变量，通过制作折线图研究得到了火灾扩散快慢与影响因素间的关系。

勇于创新，敢于实践

工作站的经历使我进行了做课题的亲身实践，开拓了视野，通过编程实验，让我感受到了像科学工作者那样的课题钻研的严谨的实际过程，虽然过程曲折又艰难，但还是坚持了下来，锻炼了我科学探究实践、编程的能力，也锻炼了我解决问题的能力，学会了写实验报告、论文、答辩ppt的制作，让我变得更加敢于面对困难，再困难也要坚持下来；这次工作站的经历，磨炼了我的意志，使我变得坚强、成熟，在学习中也激励着我以科学探究无止境的精神不断前进，在学习的道路上有千千万万的失败，从哪里跌倒，就从哪里爬起来，继续前进，并且由于科创经历锻炼了我的自学能力，使我能够更加容易地独立学会知识，弄清各种事物的原理、各种题目的做题方法，促使我学习的进步。

今后我打算制作更多的实用的大小发明，参加更多的科学研究和实验，提升发展自己的编程能力，将利用元胞自动机原理模拟并预测澳大利亚火灾推广到利用元胞自动机原理模拟并预测中国滑坡、泥石流、暴雨等自然灾害，有机会的话来技物所工作。

导师说

具有较强的自我管理能力本课题以森林火灾监测这一具体问题为切入点，选择2020年澳大利亚森林火灾为研究案例，借助卫星遥感数据，对地面火灾爆发区域进行检测提取，同时运用元胞自动机智能算法，在降雨、风向、地形、地表覆盖类型等多种因素综合驱动下，对火灾火情的蔓延范围及速度进行预测。

在课题研究过程中，姚同学充分发挥主观能动性，对研究问题、背景及相关研究现状进行了充分而全面的调研工作，在调研过程中，逐步形成了完整的技术体系，对技术体系中的每个环节都有自己独到的见解，在实践方面，姚同学动手能力强，具有较强的工程实践能力，能记录学习过程，通过不断试错，从失败中不断吸取教训，总结经验。

此外，姚同学具有较强的自我管理能力，能合理分配学习时间，基本完成了本科创课题的研究目标--中国科学院上海技术物理研究所电子科学与技术创新实践工作站助理研究员李澜

倪海容中国科学院上海技术物理研究所电子科学与技术创新实践工作站上海交通大学附属中学跟随时代脚步，永怀创新精神。自强不息，砥砺前行。

达人说

基于树莓派与Arduino板的智能家居系统

我国智能家居产业已进入一个非常蓬勃发展的时代，在我们的生活中也接触，使用到很多智能家居产品，对此，我也非常感兴趣，而技物所的老师向我们发放的树莓派又能很好地实现与各类模块交互的功能，满足制作智能家居系统的需要。

鉴于此，我尝试自主搭建了一个智能家居系统课题的制作初期总是困难的，我首先对家居系统展开了自己的一定设想，希望该系统能拥有运用红外线进行人脸识别，烟雾报警等功能通过网络搜寻，我也了解到百度智能云这一平台，此平台拥有成熟的人脸识别算法以及庞大的智能云库，可以帮助我实现人脸识别功能。

另外，经过在知网上的查找，我发现可以使用Arduino板，辅助我实现很多与智能家居系统有关的功能，因此我又购入了两块Arduino板，以及相关材料，制作此系统接下来，便是整个系统制作最困难的部分了，基于树莓派，Arduino不同系统设定，我自主学习了树莓派所支持使用的Python语言和Arduino板自带的编程语言。

一开始，我对编程语言的运用很不熟练，连将树莓派板成功拼接，并能顺利将树莓派与电脑对接，进入树莓派的虚拟电脑这个步骤，就花费了两晚的时间在后来的几天里，我主要对整个系统进行编程，整个编程项目的内容较为繁杂，需要对三个硬件，共编程五套独立又相互关联程序。

我一边学习相关编程知识，一边不停的在网络上寻找他人的安装教程视频，在编程论坛上寻求帮助，经常为了一个debug而熬夜至凌晨但所有的努力都没有白费，我的编程愈发熟练，对整个系统的内在逻辑也愈发清晰同时，也要感谢指导老师对我的帮助，面对一些细节上的技术问题，如程序无法烧录进Arduino板，陈致羽老师都耐心为我解答。

对于我所使用的一些现成硬件，如火焰传感器，杨溢老师也为我找来了传感器的相应灯光谱，教授我此传感器中的内在原理，使我对传感器有了更深层的认识接下来，我对整个系统的硬件部分进行组装，首先利用高中所学的电路知识，绘制了光控灯，烟雾报警器等的电路图，并将其他硬件，如舵机，摄像头等依次完成搭建。

最终，我对系统的各模块数据调试，优化，并在导师们的指导下，完成了论文报告的书写

不惧挑战，勇往直前

此次在工作站的短暂而又充实的学习经历令我收获良多无论是在工作站聆听薛院士关于红外线运用的相关讲座，接受导师们对相关知识的耐心教导，还是第一次独立完成一个课题，这无数个“第一次”都将成为我人生中无法抹去的一段宝贵回忆。

在此次经历中，我不仅获得了新知识，它也培养了我自主创新的能力，从对目标进行合理科学假设，查找相关资料，整合各类信息，到独自设计图纸，各类零件拼接组装，编写论文……在整个课题制作过程中，我的各方面综合能力都得到了锻炼，提升。

另外，制作课题的过程不会总是一帆风顺的，面对一次次的挫折，挑战，我的意志也得到了磨炼，捶打，令我懂得了面对困难，要坚持不懈，永不言败而我也将这次经历中所收获的感悟运用到了生活中的方方面面，始终坚持以不屈不挠，敢于创新的精神面对日常学习。

在今后的学习生活中，我也希望能接触更多与科创有关的活动，我不仅希望能将此次活动中所做的智能家居系统进一步改造，优化，同时，我也很愿意接触其他的学科，例如化学，生物等，开展相关的课题制作最后，请允许我对同样致力于参加科创实践活动的同学们提一些小建议：那便是“不忘初心，方得始终。

”

导师说头脑敏锐，基础知识扎实倪海容同学基础知识扎实，调研和自学能力较强，在发现和解决科学问题上具备较为敏锐的头脑、突出的自学能力和较强的实践能力在科创课题完成过程中，倪同学勤奋刻苦，勇于钻研，善于提问和思考总结。

在充分了解智能云、Arduino、树莓派平台或模块的优势功能和性能的基础上，能自主设计并成功搭建基于树莓派/Arduino融合云技术的高效、低成本智能家居控制系统演示模型，结合现有知识和专家老师的评审意见提出了现有方案的不足和优化方案。

已初步形成了较为完善的研究方法和手段，逐渐具备了一定的独立科研能力倪海容同学是一位优秀的学生，希望这次科创在倪同学心中深埋一颗科学种子能早日长成蓬勃大树--中国科学院上海技术物理研究所电子科学与技术创新实践工作站副研究员杨溢。

end我们是谁？WHO ARE WE？2016年起，上海市教育委员会、上海市科学技术委员会携手创办“上海市青少年科学创新实践工作站”项目，旨在整合高校、科研院所优质资源，遴选招收本市部分高中阶段学生进入实践工作站学习，通过联通校内校外各领域科创载体，贯通课内课外跨学科多元课程，融通线上线下科学探究课题多维度评价，使学生在项目实践中拓宽科学视域，训练思维方式，丰富学习经历，培养创新精神，提升实践能力，积淀科学素养，塑造人文情怀。

目前，“上海市青少年科学创新实践工作站”项目共有复旦计算机、交大网络空间安全、 同济物理、华师大地理、上海天文台天文学等 33个实践工作站，开设生物学、医学、化学、计算机、环境、数学、工程(光学)、工程(机械)、工程(材料)、天文学、物理学、地理科学、设计学等 13 大类科创课程;每个实践工作站下设由市区级实验性示范高中、青少年活动中心(少科站)、科普场馆、科研院所等单位组成的 4 个实践点;现共有 33家高中工作站、132个实践点。

实践工作站项目现每年招收三千余名高中学生，通过学习专业课程、对话权威专家、动手实验探究、实地走访调研，撰写课题论文，现场汇报答辩等环节，进一步完善科学创新实践育人模式，为上海建设具有全球影响力的科技创新中心储备人才。

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