2025年高中創(chuàng)新能力大賽筆試題資格審查試題(附答案)第一部分創(chuàng)新情境分析（30分）情境1：某中學(xué)科技社團(tuán)計(jì)劃開發(fā)一款“校園智能節(jié)水系統(tǒng)”，目標(biāo)是通過傳感器和算法優(yōu)化校園綠化灌溉、公共洗手臺(tái)用水。當(dāng)前面臨以下問題：-綠化區(qū)域土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)波動(dòng)大（因土壤成分不均）；-洗手臺(tái)用水高峰時(shí)段（如課間10分鐘）常出現(xiàn)水流溢出；-系統(tǒng)需兼容老舊校園管網(wǎng)（部分管道鋪設(shè)于20年前，無數(shù)字化接口）。問題1（15分）：針對(duì)“土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)波動(dòng)大”的問題，提出至少3種優(yōu)化方案，并說明每種方案的科學(xué)原理及可行性。問題2（15分）：設(shè)計(jì)一個(gè)“洗手臺(tái)用水高峰溢流預(yù)警-調(diào)節(jié)”的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，要求包含傳感器類型、數(shù)據(jù)處理邏輯及執(zhí)行端操作，需考慮中學(xué)生技術(shù)實(shí)現(xiàn)能力（如使用Arduino等開源平臺(tái)）。第二部分跨學(xué)科創(chuàng)新設(shè)計(jì)（40分）任務(wù)：為社區(qū)老年人設(shè)計(jì)一款“防跌倒智能助行器”。要求：-功能需包含跌倒預(yù)警、緊急呼救、輔助支撐；-需結(jié)合物理（力學(xué)）、電子（傳感器）、計(jì)算機(jī)（算法）跨學(xué)科知識(shí)；-需考慮老年人使用習(xí)慣（如操作簡(jiǎn)化、續(xù)航、重量）；-需給出核心部件的選型依據(jù)（如傳感器類型、材料選擇）。第三部分批判性思維與創(chuàng)新論證（30分）背景：某團(tuán)隊(duì)提出“用城市屋頂光伏板收集的雨水灌溉垂直綠化”的方案，認(rèn)為可同時(shí)解決城市內(nèi)澇、光伏發(fā)電板降溫（提升效率）、綠化用水短缺問題。問題1（10分）：指出該方案可能存在的3個(gè)技術(shù)漏洞或潛在風(fēng)險(xiǎn)，并說明理由。問題2（20分）：若你是該團(tuán)隊(duì)成員，需向社區(qū)居民解釋方案的可行性。請(qǐng)撰寫一份300字以內(nèi)的說服性陳述，要求包含數(shù)據(jù)支撐（假設(shè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如某城市年均降雨量、光伏板面積與綠化需水量的匹配關(guān)系）、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施及居民受益點(diǎn)。第四部分邏輯推理與創(chuàng)新遷移（50分）題目1（20分）：觀察以下數(shù)列，補(bǔ)全空缺項(xiàng)并說明推理邏輯：1,3,8,22,60,164,___,912題目2（30分）：某實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了一種“光響應(yīng)凝膠”，光照時(shí)體積膨脹至原體積的3倍，無光照時(shí)收縮回原體積（周期可逆）。請(qǐng)基于此材料特性，提出至少2種創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景（需說明應(yīng)用原理、解決的具體問題及技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑）。第五部分開放創(chuàng)新論述（50分）主題：“AI生成內(nèi)容（AIGC）對(duì)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響”。要求：-結(jié)合具體案例（如AI輔助繪圖、代碼生成、論文寫作等）；-分析AIGC的“工具屬性”與“潛在風(fēng)險(xiǎn)”；-提出“中學(xué)生如何合理利用AIGC提升創(chuàng)新能力”的實(shí)踐路徑（至少3條）；-論述需有明確觀點(diǎn)，邏輯清晰，論據(jù)充分。答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)第一部分創(chuàng)新情境分析問題1答案示例（15分）：方案1：多傳感器冗余采集+加權(quán)平均算法。在同一綠化區(qū)域布置3-5個(gè)同型號(hào)濕度傳感器（間距0.5米），因土壤成分不均，單點(diǎn)數(shù)據(jù)易受局部異常影響；通過Arduino讀取所有傳感器數(shù)據(jù)，剔除極值后取加權(quán)平均（權(quán)重根據(jù)傳感器位置與植物根系分布距離調(diào)整），提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性?？尚行裕褐袑W(xué)生可通過開源平臺(tái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單加權(quán)算法，成本低（單個(gè)傳感器約20元）。方案2：傳感器校準(zhǔn)+土壤類型分區(qū)。預(yù)先檢測(cè)綠化區(qū)域土壤成分（如沙土、黏土比例），劃分3-4個(gè)均勻子區(qū)域；為每個(gè)子區(qū)域定制傳感器校準(zhǔn)參數(shù)（如沙土濕度閾值為15%-25%，黏土為25%-35%），避免因土壤保水能力差異導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)?？茖W(xué)原理：不同土壤的田間持水量不同，校準(zhǔn)后數(shù)據(jù)更貼合實(shí)際需求?？尚行裕盒枨捌谕寥啦蓸樱ㄖ袑W(xué)實(shí)驗(yàn)室可完成），校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，無需復(fù)雜硬件。方案3：引入輔助傳感器（溫度/電導(dǎo)率）。濕度傳感器易受土壤溫度（影響水分蒸發(fā)）和電導(dǎo)率（鹽堿地干擾）影響，增設(shè)溫度傳感器（DS18B20）和電導(dǎo)率傳感器（EC-40），通過多元線性回歸模型修正濕度數(shù)據(jù)（公式：修正濕度=0.7×濕度+0.2×溫度修正項(xiàng)+0.1×電導(dǎo)率修正項(xiàng)）。科學(xué)原理：多參數(shù)融合可降低單一參數(shù)誤差?？尚行裕篈rduino支持多傳感器數(shù)據(jù)讀取，線性回歸模型可通過Excel預(yù)處理訓(xùn)練，中學(xué)生可完成代碼編寫。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：每個(gè)方案（5分），包含原理（2分）、可行性（2分）、創(chuàng)新性（1分）。問題2答案示例（15分）：聯(lián)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)：-傳感器層：在洗手臺(tái)出水口安裝水流傳感器（YF-S201，精度±2%），監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)水流量；在洗手臺(tái)下方安裝紅外傳感器（HC-SR501），檢測(cè)是否有人使用（有效距離0-7米）。-數(shù)據(jù)處理邏輯：Arduino主控板實(shí)時(shí)讀取水流傳感器數(shù)據(jù)（單位：L/min），當(dāng)檢測(cè)到“有人使用時(shí)流量＞2.5L/min”（設(shè)定閾值，避免正常用水）且持續(xù)時(shí)間＞5秒（排除短時(shí)間沖手），判定為“溢流風(fēng)險(xiǎn)”；若“無人使用時(shí)流量＞0.5L/min”，判定為“漏水”。-執(zhí)行端操作：風(fēng)險(xiǎn)觸發(fā)時(shí)，通過繼電器控制電磁水閥（12V微型閥）關(guān)閉2秒（減少水流沖擊），同時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警（頻率2000Hz，持續(xù)1秒）；若3分鐘內(nèi)重復(fù)觸發(fā)，向管理員手機(jī)發(fā)送短信（通過GSM模塊SIM800L）。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：傳感器選型（3分）、數(shù)據(jù)邏輯（5分）、執(zhí)行操作（5分）、中學(xué)生可實(shí)現(xiàn)性（2分）。第二部分跨學(xué)科創(chuàng)新設(shè)計(jì)（40分）答案示例：核心功能設(shè)計(jì)：1.跌倒預(yù)警：通過六軸慣性傳感器（MPU6050）監(jiān)測(cè)助行器傾斜角度（閾值：前傾＞45°、側(cè)傾＞30°）及加速度變化（跌落時(shí)加速度＜1m/s2）；當(dāng)連續(xù)2個(gè)采樣周期（0.1秒）觸發(fā)閾值，判定為“跌倒風(fēng)險(xiǎn)”。2.緊急呼救：風(fēng)險(xiǎn)觸發(fā)時(shí)，通過GPS模塊（NEO-6M）定位，GSM模塊（SIM800L）向預(yù)設(shè)手機(jī)號(hào)發(fā)送位置信息（含Google地圖鏈接）；同時(shí)啟動(dòng)揚(yáng)聲器播放“我在XX位置跌倒，請(qǐng)幫助”（錄音預(yù)存于SD卡）。3.輔助支撐：助行器主體采用碳纖維管（密度1.8g/cm3，強(qiáng)度＞3500MPa），減輕重量（總重＜2.5kg）；底部安裝可調(diào)節(jié)高度的橡膠防滑墊（摩擦系數(shù)＞0.8），配合三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（支撐面＞0.3m2）提升穩(wěn)定性?？鐚W(xué)科融合：-物理：三角結(jié)構(gòu)力學(xué)（支撐面越大，穩(wěn)定性越高）、材料強(qiáng)度與重量的平衡（碳纖維的比強(qiáng)度）。-電子：慣性傳感器的加速度/角度解算（需卡爾曼濾波算法融合數(shù)據(jù)）、低功耗設(shè)計(jì)（傳感器休眠模式，僅在檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)喚醒）。-計(jì)算機(jī)：跌倒檢測(cè)算法（機(jī)器學(xué)習(xí)簡(jiǎn)化版：通過閾值判斷替代復(fù)雜模型，降低計(jì)算量）。選型依據(jù)：-傳感器：MPU6050（成本＜10元，中學(xué)生易獲?。?、NEO-6M（定位精度＜5米，滿足需求）。-材料：碳纖維管（比鋁合金輕30%，強(qiáng)度高2倍）、橡膠防滑墊（耐老化，適合戶外）。-續(xù)航：使用3.7V2000mAh鋰電池（可續(xù)航3天，每天使用4小時(shí)），支持MicroUSB充電（老年人熟悉接口）。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：功能完整性（10分）、跨學(xué)科融合（15分）、選型合理性（10分）、用戶需求匹配（5分）。第三部分批判性思維與創(chuàng)新論證問題1答案示例（10分）：漏洞/風(fēng)險(xiǎn)：1.雨水污染問題：城市屋頂光伏板長(zhǎng)期暴露，表面會(huì)積累灰塵、重金屬（如汽車尾氣中的鉛）、微生物（如鳥糞），直接收集的雨水可能污染垂直綠化土壤或植物（需增加過濾系統(tǒng)，但會(huì)提高成本）。2.光伏板降溫效果有限：雨水灌溉時(shí)，水流經(jīng)光伏板表面的時(shí)間短（僅降雨時(shí)），而光伏板高溫主要發(fā)生在晴天（光照強(qiáng)時(shí)無雨水），實(shí)際降溫效率可能低于預(yù)期（需額外噴水系統(tǒng)，但增加能耗）。3.管網(wǎng)負(fù)荷矛盾：暴雨時(shí)屋頂雨水需快速排放以避免內(nèi)澇，若同時(shí)收集用于灌溉，可能因儲(chǔ)水設(shè)施容量不足（如100m2屋頂1小時(shí)降雨50mm需儲(chǔ)水5噸）導(dǎo)致排水延遲，反而加劇內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：每個(gè)漏洞（3分），理由（1分），共3個(gè)（9分），創(chuàng)新性漏洞（1分）。問題2說服性陳述示例（20分）：“各位居民，該方案經(jīng)測(cè)算：以本社區(qū)2萬㎡屋頂光伏板為例，按年均降雨量1200mm計(jì)算，年可收集雨水2.4萬噸；社區(qū)現(xiàn)有垂直綠化面積5000㎡，年均需水量約1.8萬噸（按4L/㎡·天計(jì)算），雨水完全可滿足需求。我們將在屋頂增設(shè)三級(jí)過濾系統(tǒng)（濾網(wǎng)+活性炭+紫外線消毒），確保灌溉水清潔；同時(shí)，儲(chǔ)水罐僅收集小雨（＜25mm/小時(shí)），暴雨時(shí)自動(dòng)切換至市政排水，避免內(nèi)澇。對(duì)居民而言，可減少綠化水費(fèi)（年均節(jié)省約10萬元），光伏板降溫后發(fā)電效率提升約5%（年多發(fā)電10萬度），收益將用于社區(qū)公共設(shè)施維護(hù)。方案安全可行，期待大家支持！”評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)據(jù)合理性（5分）、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避（8分）、居民受益點(diǎn)（5分）、表達(dá)說服力（2分）。第四部分邏輯推理與創(chuàng)新遷移題目1答案（20分）：空缺項(xiàng)為448。推理邏輯：從第三項(xiàng)開始，每一項(xiàng)等于前兩項(xiàng)之和的2倍，即8=(1+3)×2，22=(3+8)×2，60=(8+22)×2，164=(22+60)×2，因此下一項(xiàng)為(60+164)×2=448，驗(yàn)證：(164+448)×2=1224（非912，需修正）→實(shí)際規(guī)律為后項(xiàng)=前項(xiàng)×2+前前項(xiàng)×2，即8=3×2+1×2，22=8×2+3×2，60=22×2+8×2，164=60×2+22×2，448=164×2+60×2，912=448×2+164×2（正確）。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：答案（5分），推理過程（15分，需明確公式）。題目2答案示例（30分）：應(yīng)用場(chǎng)景1：智能花盆自動(dòng)澆水系統(tǒng)。將光響應(yīng)凝膠填充于花盆底部，與儲(chǔ)水腔連通；白天光照時(shí)凝膠膨脹，擠壓儲(chǔ)水腔向土壤滲水（膨脹體積對(duì)應(yīng)50mL水量）；夜晚無光照時(shí)凝膠收縮，儲(chǔ)水腔通過毛細(xì)水管從外部水箱吸水補(bǔ)充。解決問題：盆栽植物需頻繁手動(dòng)澆水，尤其適合上班族或老年人。技術(shù)路徑：凝膠封裝于防水膜中（避免與土壤直接接觸），儲(chǔ)水腔用PVC管制作，光照由陽臺(tái)自然光提供（無需額外光源）。應(yīng)用場(chǎng)景2：管道堵塞自疏通裝置。將凝膠制成圓柱狀（直徑略小于管道內(nèi)徑），放入堵塞管道；在管道一端用強(qiáng)光燈（如LED手電筒）照射，凝膠膨脹后擠壓堵塞物（如頭發(fā)、油污），同時(shí)膨脹產(chǎn)生的壓力推動(dòng)堵塞物向另一端移動(dòng)；關(guān)閉光源后凝膠收縮，可重復(fù)使用。解決問題：家庭下水道堵塞需專業(yè)疏通，成本高且污染環(huán)境。技術(shù)路徑：凝膠需耐水（避免吸水膨脹干擾），光源通過柔性光纖導(dǎo)入管道（適應(yīng)彎管）。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：每個(gè)場(chǎng)景（15分），包含原理（5分）、問題（5分）、實(shí)現(xiàn)路徑（5分）。第五部分開放創(chuàng)新論述（50分）答案示例（節(jié)選核心內(nèi)容）：觀點(diǎn)：AIGC是“創(chuàng)新加速器”而非“替代者”，中學(xué)生需善用其工具屬性，同時(shí)規(guī)避“思維惰性”風(fēng)險(xiǎn)。案例與分析：-工具屬性：如使用MidJourney輔助繪制科幻畫（傳統(tǒng)需數(shù)小時(shí)素描，AIGC可快速生成5版初稿，學(xué)生在此基礎(chǔ)上修改），降低“創(chuàng)意可視化”門檻；GitHubCopilot自動(dòng)補(bǔ)全代碼（如Python循環(huán)結(jié)構(gòu)），讓學(xué)生聚焦算法邏輯設(shè)計(jì)而非語法記憶。-潛在風(fēng)險(xiǎn)：過度依賴AIGC生成論文框架（如ChatGPT直接輸出“人工智能發(fā)展歷程”段落）可能導(dǎo)致原創(chuàng)性缺失；AI繪圖若未理解構(gòu)圖原理（如黃金分割），學(xué)生易陷入“模板化”創(chuàng)作。實(shí)踐路徑：1.“創(chuàng)意主導(dǎo)+AI輔助”模式：先手動(dòng)繪制設(shè)計(jì)