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当标化、GPA等越来越趋于雷同，课外活动正在受到更多Top美本的青睐。而作为含金量较高的活动项目之一，科研经历的价值也正在水涨船高。
对于国内的申请者来说，想要展现自己与众不同的科研素养，参加科研赛事是一个直接有效的选择。而有全球青少年"小诺奖"之称的国际科学与工程大奖赛ISEF更其中的含金量“天花板”！
近期，有方特邀学术领域的资深老师们，联合带来ISEF各学科解读！下面就一起来回顾ISEF学科系列讲座的物理和工程专场吧！
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从"小兴趣"到"大科研"
物理和工程学科全攻略！
Dr.Wu/主讲人
·有方学术-教学教研主管；
·加州大学与华东理工大学重点联合培养博士;
·发表SCI论文16余篇;
·带领10+学生晋级ISEF决赛，并斩获哈佛、斯坦福、MIT等美本Offer。
ISEF各国参赛情况
通过不断的调研和统计，今年共有65个国家和地区出席了ISEF的总决赛，共计位学生提交了个项目。能在全球范围内拥有这么大的影响力和辐射面，ISEF的"中学生世界杯"美誉实至名归。
ISEF评审机制解读
ISEF评判获奖的原则很纯粹：只看项目本身是否足够新颖、有创意、有实用性和可行性，而并非根据不同学科进行等比例筛选。学生在选择ISEF的参赛学科时，没有是否讨巧一说，但找到适合自己的赛道是非常重要的。
ISEF物理和工程赛道分析
ISEF物理科研的范畴很广，有原子、力学、天文等等，在空间和时间上分别对应着不同的量级。在这期ISEF专题讲座的物理科研中，我们着重讲空间上的量级。小到纳米、大到天文学中光年的长度，整个物理学研究的量级非常广，而且在不同的量级上研究的方法也不一样。
在微观上，比如量子、分子层面，有相应的模拟；而到宏观上，就会遵循牛顿力学，比如基于牛顿力学的有限元模拟研究；到了天体学，研究时会遵循更多宇宙物理学的理论。
在ISEF参赛作品中，各个量级都会有对应的项目研究。据我们观察往届的ISEF获奖作品，两头的研究比较容易获评委青睐，或许这也是和目前的社会和科技发展所需相关的。
比如在天文学中，由LIGO实验室的杰出贡献而发现引力波，这件事使得很多高中生对天文产生了更大的兴趣；而在微观量级，比如谷歌的量子霸权、量子计算机等内容也是通过科普新闻的报道，让大家产生了兴趣。
再讲讲和物理相关的一门学科：机械工程。它是一门利用物理定律为机械系统作分析、设计、制造及维修的工程学科。因为机械工程学科本身具有的应用性，大家也会在后文的获奖案例中看到许多家庭实验。
接下来，我们将为大家剖析一些ISEF物理和机械工程的参赛课题，让大家有更直观的认识！干货满满，不容错过！
ISEF物理和机械工程课题解析
物理
研究课题：用深度学习检测流星（TheFastandInconspicuous:NewNearEarthAsteroidsDiscoveredUsingDeepLearningandSyntheticDataAreFainterandMoveFasterthanThosePreviouslyDiscovered）
获奖：ISEF物理一等奖
用现有的研究方法检测流星，收集的数据比较少，只有0.1%的19-44m直径的行星能够被观测到。现在专业的望远镜系统ZTF、ATLAS等所观测到的数据也是比较有限的。
对于当前的问题，学生的方法是用已有数据去模拟生成行星神经网络，再用这个神经网络去检测在运行的是不是一颗行星，从而识别出快速移动中的微弱小行星。学生结论中说在四个晚上发现了6颗行星并且得到了业内专家的证实，高度的发现率甚至是ZTF的两倍。
机械工程
研究课题：新型半监督机器学习模型在自动灌溉网络中的实现（ImplementationofNovelSemi-SupervisedMachineLearningModelintoAutonomousIrrigationNetworkOptimizedforPowerSelf-Sufficiency）
获奖：ISEF机械工程一等奖
目前农作物的灌溉是定期洒水，这就造成水资源的浪费，并且因为没有根据农作物的各自生长状况洒水不是很科学。学生基于这些问题，希望有一个自动化的系统像有经验的农民一样去判断什么时候需要给农作物浇水。
其次希望把所需要的设备（灌溉的系统、数据分析的系统、无人机观察的系统）都集成在一起——先用无人机观测、再用神经网络去分析这些数据然后进行灌溉。学生并没有把系统搭出来，只是做了一些图像识别的事情，根据已有的数据集判断是否要浇水。
获奖tips：通过上面2个获奖案例的分析，我们看到他们都用到了机器学习和神经网络，也是项目的闪光点。运用人工智能可以提高项目的新颖性和创新型，因为借用人工智能的方法，会产生更多的数据，会使整个研究更加的丰富和精确。
在一些地方，用公式去刻画曲线是比较困难的，运用人工智能可以降低我们运用物理知识的门槛，学生借助人工智能得以发现规律。
再来看一些获奖案例~
物理
研究课题：分析星云年龄（TheAgeoftheComaBerClusterConstrainedUsingAmateurData）
获奖：ISEF物理四等奖
在70多个ISEF物理获奖项目中有20多个是关于天文的，可见这个尺度的热门度。上面这个案例中学生运用一些家庭设备而不是一些专业、大型的仪器获取星云的年龄。学生巧妙地运用iphone、单反等获取照片、然后进行数据分析获得星云年龄。
物理
研究课题：研究混沌（InvestigatingAtmosphericConvectionasaChaoticSystemthoughtheLorenzAttractorsusingMathematicalModelingandaLorenzWaterWheel）
获奖：ISEF物理四等奖
混沌是对初始值非常敏感（稍微改变初始值，整个系统运动状态就会发生改变）的现象，运动表现出不可预测、随机性。学生在家里造了一个装置如图，每个杯子里的水质量不一样就导致整个装置不停转来转去，下面有个水盆，每个杯子连一个出水口不断改变杯中水的质量。项目的亮点是学生还用编程去模拟了混沌的状态。
机械工程
研究课题：面对海啸如何设计河堤使受力最少（ArmoringShorelinesUsingHydrodynamics）
获奖：ISEF机械工程四等奖
学生在家里搭了一个装置模拟海边堤坝和周围建筑，通过设计堤坝不同的形状，检测水浪经过时所受到的冲击力，从而判断哪种设计最有效。
获奖tips：通过以上3个项目的分析，我们看到ISEF物理和工程获奖案例的第二大特点——“可以做一些家庭实验”，通过做实验：
1.提高科研项目的真实性；
2.展现学生动手能力；
3.突出学生解决问题的能力。
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ISEF环保与材料课题解析
以下是环境工程、材料、能源相关的内容，因为有些和生物相关、有些和物理及工程相关，所以一起放在本系列的ISEF讲座最后讲。
环保
研究课题：用于生物燃料生产的工程生物催化剂（EngineeringMulti-EnzymeWhole-CellBiocatalystsforBiofuelProduction）
获奖：ISEF环保一等奖
生物燃料(biofuel)泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。整个项目通过生物的方法，去提高生物燃料的性能。学生做了一个生物催化装置来进行生物燃料的合成，用它验证了自己的结论。
材料工程
研究课题：定制3D打印的压电晶格结构（Custom3DPrintedPiezoelectricLatticeStructures）
获奖：ISEF材料工程一等奖
压电材料在受到压力作用时会在两端面间出现电压。利用压电材料的特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换，因而压电材料广泛用于传感器元件中。学生通过3D打印把压电材料做出，并通过实验测试了这个材料的各种性质。
获奖tips：我们看了刚刚的获奖案例发现，他们的项目都会有实验演证。实验演证的目的：
1.证明材料的性能；
2.增加项目的可靠性与真实性；
3.体现项目的实际应用价值。
在看了这些获奖作品后，我们不难看出科研促进了学生在专业方向的各项能力提升，因此也在申请中被各大Top美本看重。想要在科研赛事中取得一个不错的成果，从每年的申请大军中脱颖而出，在开始时找准方向非常关键。
基于学生的兴趣，有方为他们规划一条长线的研究之路，拥抱人生的更多可能。这个系列的学科专场暂时告一段落，小助手为大家整理的讲座回顾合集就在下方！没有赶上直播的家长和同学也不用遗憾，重磅的学术规划及ISEF科研讲座还会陆续登场，持续
