【關注】海淀青少年實驗方案有望隨太空艙
遨游蒼穹

時間:2018-05-29 09:12 海教思維
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  宇航員能不能在太空喝上熱茶,水怎么加熱?
  在太空中會有蛀牙嗎,牙疼怎么辦?
  蜘蛛在失重狀態下還能精確結出想要的網嗎?
  ……
  一個個腦洞大開的奇思妙想,
  都出自北京一零一中學的科技少年們。
  這些學生無疑是幸運的,
  他們正處于人類認識自然的加速發展期,
  這得以使他們朝著沒有邊界的科技前沿拓展和延伸。
  這些實驗方案并不是一個活動的結束,
  而是一個更加精彩故事章節的開端。
  經過歷時八個月的激烈角逐,北京一零一中學五個實驗方案在全國首屆“空間站搭載青少年科學實驗方案征集活動”中脫穎而出,兩個方案獲得一等獎,三個方案獲得三等獎。其中,獲一等獎的高二六班鄧櫳濤同學設計的“探究太空中水的傳熱規律”的實驗方案和初一十二班的申琪同學的“螢火蟲太空生活及發光行為的探究”方案入選暑期太空科學營,并將有機會隨太空艙遨游蒼穹。
  航天科學技術匯聚了各個領域大量最尖端的科學技術,是一個國家綜合國力的重要體現。中國將在2022年左右建成規模較大、長期有人參與的太空實驗室,即“中國空間站”。以此為契機,為激發青少年熱愛航天科技,熱愛航天事業的熱情,2017年6月由中國科協、中國科學院、中國載人航天工程辦公室、中國航天科技集團舉辦了首屆“空間站搭載青少年科學實驗方案征集”活動,共征集到334件有效方案,2018年5月評選出一等獎10個,二等件30個,三等獎60個。
  北京一零一中學獲獎名單
海淀青少年實驗方案有望隨太空艙遨游蒼穹
  北京一零一中學多年來在開展中學生科學探索和創新研究教育上具有良好的傳統和厚實的積淀,以“STEAM課程”、“學森書院課程”、“科技人才早期培養計劃”為代表的一系列創新性和研究性教育獲得了學生、家長和社會的高度認可。
  學校開展了系列航天科普教育活動,組織學生參觀航天城、航天五院展覽館,邀請中國航天員科研訓練中心的專家為同學們講解火星探測項目——飛往火星的旅程,航天醫學的過去、現在與未來,介紹航天員選拔與訓練的方法;邀請中國空間技術研究的專家講解運載火箭及人造衛星的原理、發展歷程和我國載人航天的發展現狀。
  (郭涵校長參與學生的方案設計討論)
  在每年4月24日“中國航天日”來臨之際,邀請英雄航天員給學生做勵志報告,英雄航天員景海鵬在《做最好的自己,讓祖國挑選》的報告中用一個又一個鮮活的事例講述了自己在航天道路上的堅守,中國首位“太空授課”航天員王亞平《向著夢想幸福奔跑》的報告勉勵孩子“面對困難,擦干眼淚、努力向前,我們就會離夢想更近一點”。他們只有一個信念:練好本領,完成祖國賦予的神圣使命。這些都深深激勵著孩子們熱愛祖國、崇尚科學、艱苦奮斗、勇攀高峰。 
  學校多年來的航天科普教育已經成為培養學生科學素養和綜合能力的重要陣地,是學生開展創新研究的沃土。郭涵校長高度重視此次“空間站搭載青少年科學實驗方案征集”活動”,積極鼓勵支持學生參與,多次聽取了關于活動組織和進展情況的匯報,程翔副校長、熊永昌副校長、夏煥春校長助理全程關注并指導了此次活動的組織和開展,教學處史藝副主任、賀鳳美老師和馮玉老師作為主要負責人帶領各位指導老師專門組織成立了活動指導小組,在學生動員、專家指導、經費支持等方面開展了大量的工作,為學生參與活動提供了有效的支持和保障。
  學校安排了三個階段的系列活動逐步開展和推動了此次活動。
  活動啟動階段:2017年9月

  北京一零一中校舉行“空間站搭載青少年科學實驗方案征集活動”啟動儀式,并邀請到中國運載火箭研究院專家錢航博士就“如何設計太空實驗”的內容進行了講座。專家老師鼓勵同學們勇于思考,積極探索,大膽創新,敢于實踐,此次講座極大激發了學熱情和一直埋藏在心的航天情懷。報告后,20余名“航天小小夢想家”向學校報了名,部分同學還寫出了初步設計思路。
  方案初步設計階段:2017年10—11月

  2017年10月,北京一零一中學抓住契機組織報名的二十余位同學進行了座談,孩子們腦洞大開的奇思妙想令人耳目一新。喜歡喝茶的中國宇航員能不能在太空喝上熱茶,水怎么加熱呢?結網高手蜘蛛同學在失重的時候還能不能精確結出他想要的網?宇航員在太空牙疼怎么辦,他們在太空還會蛀牙嗎?一個個充滿童真的問題中蘊含著無限探尋的可能。一零一中學校內指導老師及時了解同學們的設計進展情況,并請指導專家就同學們設計中存在一些問題進行了解答。專家老師提示同學們,微重力環境是此次試驗方案設計活動的重要前提,直接關系到試驗方案的可行性,需首要考慮。同時更要考慮實驗方案的安全性,不能包含可能危害空間站安全運行的強酸堿材料、強磁性環境等。
  會后,同學們初步設計出自己實驗方案雛形并于11月提交。
  方案修改階段:2017年12月—2018年3月

  在指導教師對學生提交的初步實驗方案進行指導和修改之后,北京一零一中學聘請火箭研究院和航天五院的錢博士和張博士以航天專家視角對學生的方案進行一對一的評估和指導。二位專家就學生設計中存在的安全性問題,科學性問題和可行性問題提出了寶貴意見。同學們根據老師所提建議進行了設計修改和完善。最后,經在校指導老師多次指導修改后形成方案終稿,參賽送審。
  獲獎方案簡介
  《探究太空中水的傳熱規律實驗方案》
  設計者:鄧櫳濤
  指導老師:史藝、馮玉
  隨著人類對宇宙的不斷探索,外星球定居與長期的空間旅行距離我們越來越近,必將面臨在失重或微重力的環境下液體加熱的問題。高二六班鄧櫳濤同學了解到空間站上現行的液體加熱方式是基于地面理論推導與實驗依據設計出的,其在失重環境下的液體加熱速度緩慢。于是他自主設計了一套實驗裝置,其主體為一直徑為100mm,長度為300mm的圓柱容器,內置有溫度傳感器支架,外分布4只把手,方便宇航員在失重條件下操作,同時設置了一只用于緊急泄壓的泄壓裝置。測溫裝置基于Arduino單片機設計,能夠同時記錄24只溫度傳感器的數據,最終獲得在失重或微重力條件下水的熱傳導規律。
  《螢火蟲太空生活及發光行為的探究》
  設計者:申琪 曹露嘉
  指導老師:賀鳳美
  生物學中對螢火蟲發光機理和功能及其仿生學研究,以及螢火蟲熒光素酶的深入研究,大大推動了生物光源,基因檢測、癌癥前期診斷等許多方面的技術進步。但螢火蟲在太空如何表現如何?初一十二班的申琪和曹露嘉同學準備把螢火蟲送入太空,觀察其在太空微重力環境中的生活狀態和發光行為,探索其機制,為進一步研究打下基礎。
  她們采用裝有自動開關燈的不透光盒子,從而模擬地面上的白天和黑夜。盒子底面放置浸滿水的5cm厚的海綿,海綿上放置20只螢火蟲蛹,雌雄各10只。用微型錄像機,自動記錄盒子里螢火蟲的活動情況,與地面對照組的螢火蟲活動情況進行對比,探究螢火蟲在太空中與地面的生長發育過程,發光行為的異同之處。
  《微重力環境下的蜘蛛結網實驗》
  設計者:韓佳  薛昭蘊
  指導老師:李志潔 伊海靜 趙瑩
  在地球的表面,可以通過重力來判斷方向。蜘蛛結網通常依賴重力來實現蛛絲的下垂,并通過風來尋找固著點,從而完成蜘蛛網第一根絲的架設,并在此基礎上繼續進行蛛網的編織。當在微重力環境下,蜘蛛無法通過重力來判斷方向,也無法實現蛛絲的下垂,那么太空環境會對蜘蛛織網產生什么樣的影響呢?
  一零一中學溫泉分校初一四班的韓佳和薛昭蘊同學設計制作一個密閉的太空鋁合金盒子為蜘蛛的生活空間,其內部含有蜘蛛結網和生存所需的氧氣、食物等,并利用加熱器和加濕器制造適合蜘蛛的生活的環境。用微型攝像機記錄、觀察并探究當蜘蛛置于微重力環境中時,蜘蛛是否能織出無異于地球環境的網。
  《空間環境對致齲菌—變異鏈球菌的影響研究》
  設計者:李約 奚浩文 郭文玉
  指導老師:馬麗霞
  當航天員置身于太空環境時,如果發生牙痛將很難進行有效的治療,初二十二班的李約、奚浩文和郭文玉同學針對失重環境對齲病的主要致病菌變異鏈球菌的影響進行了方案設計,希望利用返回式飛行器搭載管變異鏈球菌進入太空環境,研究變異鏈球菌所受到的影響。。繼而對返回地面的變異鏈球菌進行復壯、培養,與地面對照菌株進行對比,了解其存活增長率、耐藥性的變化,測定其生長速率、產酸能力、菌體形態,以期發現空間環境對變異鏈球菌的影響規律。不僅可豐富中學生的微生物實驗素材,更可為指導和維護航天員的口腔健康提供實驗依據,對保證航天員在站期間空腔健康。
  微重力環境對SKOV3細胞吸收順鉑類藥物與其抑制作用的影響
  設計者:李藩 李佳潤 崔卓邇
  指導老師:許偉杰
  高二二班的李藩、李佳潤和崔卓邇同學計劃同時在太空失重環境和地球環境下,使用RPMI-1640培養基與溶有20-30mg順鉑的250mL 5%葡萄糖溶液在恒溫37℃,恒濕70%-80%培養SKOV3細胞,通過測定金屬離子數量變化反映出金屬離子進入細胞的情況;同時通過觀察SKOV3細胞生長繁殖情況,反映出順鉑對該細胞的抑制作用。將太空中SKOV3細胞與地面SKOV3細胞進行對照實驗,使用傳感器與數據記錄系統,將太空中的數據發回地面對比SKOV3細胞生長與繁殖情況,從而得到微重力環境對SKOV3細胞吸收順鉑類藥物與其抑制作用的影響,對未來抗癌藥物的研究提供實驗基礎。

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