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| 內容簡介： |
科学探究要不断汲取前人的成果，一代又一代人，薪火相传、生生不息。作为科技教育工作者，该承担什么样的责任，在科学探究中扮演什么样的角色呢？作者从指导中学生进行科学创新，培养中学生的科学探究精神的实际需要出发，从自己30余年指导学生开展生命探究实践活动中，精选了一批有代表性的案例，分别进行了介绍，应该说每一案例背后都凝结了老师和同学们创新探究的激情、汗水、收获。本书既可作为各级各类中学开展创新实践教学教师的参考教材，更可作为中学生从事科学探究实践的学习用书。
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| 關於作者： |
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马丽霞，女，北京市101中学科技教师，校优秀教师。从教40年来，指导学生完成了数百项科研工作和专利设计，指导作品多次获得全国青少年科技创新大赛及北京市、海淀区的各类青少年科技竞赛奖。
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| 目錄：
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引 言 中学生生命科学探究的一般方法 1
生命科学探究案例精选
——生活处处有科学 3
引言 3
科学发现举例 4
游玩中得到灵感
——产黄青霉菌筛选及对蝗虫血细胞的影响 8
一 蝗虫饲养与菌株的分离 9
二 产黄青霉的田间试验 11
三 结论与讨论 13
兴趣是最好的创新动力
——蜘蛛丝人工收集及其蛛丝抗菌材料的研制 14
一 蜘蛛丝收集装置的设计与制作 15
二 装置的测速及抽丝实验 19
三 抑菌试验 21
四 结论 23科学来源于生活
——香叶天竺葵对PM2.5 飘尘净化作用及机理的研究 24
一 模拟环境装置的制备 25
二 净化植物的筛选 26
三 实验后续不同植物生长情况比较 30
四 结论 32
教学衍生出创新
——超微活性钙肥对番茄生长及其生理生化的影响 33
一 材料的选择 34
二 番茄的种植 35
三 番茄叶片还原酶活性的测定 37
四 结论 39
五 引申讨论 40
实践处处有科学
——免耕法对西兰花生长及土壤生态的影响 41
一 西兰花种植与土壤物理性质实验 42
二 土壤生理指标测定 44
三 土壤微生物测定 47
四 结论与讨论 49
科学研究不要一味追求“尖”
——蚯蚓洗涤液防治黄瓜和番茄灰霉病的研究 51
一 蚯蚓洗涤液抑菌性的测定实验 52
二 抑菌试验与纸重比测量法 53
三 结论 55 梦中的妙想
——植物驱蚊止痒膏的制备及对蚊虫防治效果的研究 56
一 驱蚊止痒膏的采样及处理 57
二 小鼠与人体的趋避试验 59
三 结论 63
生命科学探究论文精选 65
引言 65
复合高分子材料在室内草坪建植中的应用研究 66
新型管道循环式半导体制冷凝水装置的研制 85
烟囱灰肥对四种玉米生长及产量的影响 105
新型智能化叶表面PM2.5 检测系统的研制 123
豆瓣绿对汽车尾气的吸收作用及其机理研究 148
八宝景天涂层对橘子保鲜及防腐性的研究 171
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| 內容試閱：
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生命科学探究案例精选
——生活处处有科学
引 言
青少年是祖国的未来、科学的希望。培养青少年的科学素养和创新能力，是当今社会大环境的需要、社会发展的需要、青少年成长的需要，家长的需要，更是育人的需要。如何培养青少年科技创新能力是一个很重要的课题。科技创新的源头在哪？如何进行科技创新？科技创新生涯也许只是源于一个兴趣爱好、一处生活的细节、一个学习的环节、一场校外的实践。为此，笔者从30 余年指导学生开展生命探究实践活动中，精选了一批有代表性的案例，分别进行了介绍，每一案例背后都凝结了老师和同学们创新探究的激情、汗水、收获。本书既可作为各级各类中学开展创新实践教学教师的教学参考书，也可作为中学生从事科学探究实践的学习用书。
科学发现举例
1. 蔬菜上的小白蛾子
什么是小白蛾子？小白蛾子的学名是白粉虱，属同翅目粉虱科。白粉虱是一种世界性害虫，我国各地均有发生， 是温室、大棚内种植作物的主要害虫。怎么来防治呢？
利用柠檬种子繁殖的幼苗：在温室或大棚中种植6 畦柠檬（图1），结果发现靠近柠檬的几畦作物，白粉虱（图2）显著减少，在此启发下采用柠檬叶浸提液开展防治白粉虱的研究。
2. 黄瓜叶子枯萎了图3 黄瓜患枯萎病
黄瓜叶子为什么会枯萎呢？黄瓜又名王瓜、胡瓜，是我国的主要蔬菜之一。它清脆、可口，含有丰富的维生素和矿物质，可鲜食、凉拌、炒食、泡菜、盐渍、酱渍等， 为我国各族人民所喜爱。黄瓜除食用外还兼有药用功效。它含有细纤维素，有促进肠道中腐败食物的排泄和降低胆固醇的作用。但是，黄瓜易患枯萎病（图3）和其他疾病，
植物体上的白粉虱
4 生命科学探究案例精选
造成减产甚至植株死亡，尤其是在炎热的夏天更是如此。
那么黄瓜枯萎了，怎么办呢？为了有效地解决问题，我们进行了黄瓜和瓠瓜的嫁接栽培实验。瓠瓜根系发达，而且耐瘠薄、耐旱、耐热、抗病能力强、生命力旺盛。利用这些优势，以瓠瓜为砧木，黄瓜为接穗，通过嫁接使它们结合在一起，长成新的黄瓜植株，不影响黄瓜的品质，并实现了黄瓜高产。
3. 面包虫为人类造福
你读过法布尔的《昆虫记》吗？随着法布尔的描写，进入昆虫的世界，你也许会对一种叫做黄粉虫的昆虫产生兴趣。黄粉虫也叫大黄粉虫、面包虫，通称黄粉甲，属于昆虫纲，鞘翅目，拟步行虫科，粉甲虫属，在粮食仓库、药材仓库及各种农副产品仓库中，是一种重要的害虫。黄粉虫全身都有利用价值， 除了对其虫体的利用之外，粪便也是不可忽视的肥料资源。那么如何应用黄粉虫的资源给人类造福呢？
为了解决以上问题，我们采取新的饲料饲养黄粉虫，并充分利用其粪便作为肥料。通过对黄粉虫饲养情况的观察以及黄粉虫粪便对番茄生长影响的对照试验，探索了综合利用黄粉虫药用价值的方法。（图4）
5 生命科学探究校本教材
HENG MING KE XUE TAN JIU XIAO BEN JIAO CAI
4. 两种菇菌丝融合形成新品种 图5 茶树菇、金针菇长势形态图6 菌褶形态照片
金针菇与茶树菇的营养成分各不相同。金针菇又名冬菇，是食用和药用价值高的菌类，近年来通过人工栽培已能大量生产；茶树菇也是一种食用和药用价值高的菌类，产于油茶老树干或树蔸上，产量稀少，人工培养时要求温度较高（图5）。如何将产于油茶树上的茶树菇与金针菇培养成新的蘑菇呢？
利用它们培养温度差别较大的特点， 通过杂交后的新品种进行人工栽培试验（图6），以揭示新品种的生理特性，提供有意义的参数，并探讨其食用和药用价值。
5. 植物能吸收汽车尾气
汽车尾气是所有机动车辆排放的废气的统称，主要成分是氮氧化物、碳氢化合物、碳氧化物、硫氧化物、粉尘颗粒等。它是城市大气主要污染源之一，约占污染物总量的13，还是形成雾霾、酸雨、光化学烟雾的主要原因之一。那么，如何减少汽车尾气的污染呢？
解决污染可以从三方面考虑：减少污染源头、提高燃料质量、吸收污染物。目前主要采取的是前两种解决办法，虽然切实可行，但涉及发展模式及经济结构的转变，是个长期的过程，近年来频发的雾霾天气就说明了这一点。大自然中的植物是最好的空气净化器，通过试验筛选出豆瓣绿（图7）是对汽车尾气污染物有较强吸附吸收能力的廉价植物，进而通过大
6 生命科学探究案例精选
面积的绿化消减汽车尾气污染，结合其他的综合治理措施，还大家一片蓝天，是非常有意义的。
图7 植物细胞吸收汽车尾气的形态变化
7
生命科学探究校本教材
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游玩中得到灵感
——产黄青霉菌筛选及对蝗虫血细胞的影响
引言
生活处处皆学问，游玩之中也可以发现新点子。某同学在一次班级活动中来到圆明园，看到了一只死蝗虫。仔细观察后，他发现该蝗虫体表有白色的菌丝。他非常好奇：蝗虫是怎么死的？白色的菌丝究竟是什么？致死蝗虫的原因是什么？于是， 他决心要研究这只死蝗虫的死因。
该同学随之查阅资料，发现近几年蝗虫爆发成灾的原因除了气候因素外，过分依赖化学防治而忽视了生态治理和生物防治是其重要原因。随着人们保护环境意识的加强，蝗虫生物防治越来越受到重视。同时发现，蝗虫体上的产黄青霉，是最有希望的微生物杀蝗剂，于是开展了产黄青霉菌筛选及对蝗虫血细胞的影响的试验。
一 蝗虫饲养与菌株的分离
1. 菌株分离
1.1 环境及材料的来源图8 感染产黄青霉菌的蝗虫
稻蝗：采自圆明园周围的试验田和荒地，并在室内饲养。（图8）
东亚飞蝗：由北京教学植物园赠送。毒力测定时，每次处理20 头，龄期为4 ~ 5 龄若虫。环境温度设为25℃。用新鲜玉米叶片供作食料，每天更换1 次。
1.2 实验步骤
1.2.1 虫体的处理及菌株的分离
将从圆明园采集的新鲜的蝗虫虫尸，用5％的次氯酸钠溶液进行表面消毒，再在95％的乙醇中浸一下，立即取出在火焰上烧去虫毛和鳞片，然后浸入70％的乙醇中3 秒，去掉虫尸表面的气泡，使体壁充分润湿，然后浸入消毒液中，消毒处理1 分钟，取出虫尸，用灭菌水冲洗3 次，将虫尸置于载玻片上再放入无菌培养皿内保湿培养。待生长出分生孢子梗和分生孢子后再行分离。
1.2.2 无菌培养感病组织
取小块感病组织，接入有适宜培养基的无菌培养皿内，进行培养。
如何进行分离呢？菌株MG01、MG08 和MG09 系从稻蝗分离出，菌株MG13 和MG26 系从东亚飞蝗分离出。将不同菌株分离纯化后用PDA 培养
9 生命科学探究校本教材
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基连续培养，以便产生大量的分生孢子，保存备用。
2. 菌株筛选
2.1 制成系列设定孢子浓度——设置学生操作环节
根据制定方法制成系列设定孢子浓度。
从培养约2 周并经测定孢子发芽率90％以上菌落上刮取孢子，置于装有9mL 无菌水的试管内，制成高浓度孢子原液，用血球计数板测定孢子浓度，再用稀释法调配出10–1、10–2、10–3、10–4、10–5 等系列设定浓度。
2.2 接种及进行独立测定
接种时，每头适龄虫用移液器在右腹侧滴注0.5 微升接种剂，以进行毒力测定。
2.3 孢子活力测定及筛选菌株
孢子活力测定系在载玻片上滴孢子原液和含1％蛋白胨、1％葡萄糖、0.1％吐温-80 的水溶液各1 滴混合均匀。之后在30℃、饱和湿度下经8 ~ 12 小时培养，再加盖玻片镜检。每处理检查300 个孢子，测定发芽率， 筛选出菌株。
3. 菌株检测鉴定图9 产黄青霉的形态
将筛选出的菌株MG08 送交权威鉴定部门进行检测鉴定。通过对核糖体DNA 转录间隔区ITS1、ITS2 及5.8S 序列测定，鉴定该菌株属于产黄青霉。产黄青霉的形态见图9。
10 生命科学探究案例精选
二 产黄青霉的田间试验
1. 产黄青霉的田间试验
1.1 育苗
将温水浸泡处理的发芽玉米种子，点播在6 个试验小区内。每个小区长6 米，宽1 米。小区之间隔离，用网拦好。每个小区都取20 棵玉米幼苗，分别定为空白对照组、101、103、105、107 和109 组。对每组玉米的田间管理都相同。
1.2 喷不同浓度产黄青霉菌对植物生长的测量
待玉米长至10 片叶1 米高左右时，向空白对照组玉米喷洒无菌蒸馏水，向其他各实验组玉米叶分别喷洒每毫升101、103、105、107 和109 浓度的产黄青霉MG08 水溶液后，立即分别向各组投放100 只蝗虫，进行生物测量实验，同时，对各组玉米的生长情况、叶片大小、株高和形态进行详细的观察、测量和记录统计。
2. 试剂
0.9％氯化钠注射液（使用时用无菌水稀释成0.7％的氯化钠溶液）， 75％乙醇。
3. 注射方法——设置学生操作环节
根据注射方法进行注射。
用无菌操作的方法，将MG08、MG09 的分生孢子分别移入灭菌后的三
11 生命科学探究校本教材
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角瓶中，其内盛有适量灭菌过的0.7％的氯化钠溶液，在摇床上振荡30 分钟，其频率为80 ~ 100 次 分钟，用血球计数板计数，配成4.0×108mL 浓度的分生孢子液。然后用75％乙醇对稻蝗体表进行消毒，再用微量进样器（上海医用激光仪器厂产品）从蝗虫的胸足基节注射。每头蝗虫注射分生孢子液20μL，以注射等体积灭菌的0.7％氯化钠溶液和不注射为两个对照，注射后虫体置于环境温度为30℃、相对湿度为（60±5）％的光照培养箱中， 以新鲜玉米叶饲养。
4. 血细胞总数的调查
分别在分生孢子注射后20 分钟、40 分钟、1 小时、2 小时、3 小时、6 小时、9 小时、15 小时、26 小时、30 小时、39 小时和48 小时取血。取血时每个时段取蝗虫10 头，先将蝗虫置于56℃水浴中浸泡5 分钟后取血滴于玻片上，用0.7％氯化钠溶液稀释4 倍，再用血球计数板在显微镜下计测血细胞的总数，每次样品重复3 次。
5. 血细胞吞噬囊包分生孢子的观察——设置学生操作分析环节
稻蝗注射分生孢子液后，定时采血，在显微镜下观察血细胞吞噬囊包分生孢子的形态变化并照相。（图10、图11、图12）
图10 20 分钟后血细胞排出絮状物 图11 孢子开始萌发 图12 血细胞吞噬孢子
12 生命科学探究案例精选
观察血细胞涂片并用自己的语言叙述血细胞吞噬情况。
6. 死亡率计算
检查各处理感染死亡虫数，计算致死时间和致死剂量。
三 结论与讨论
（1）实验证明，产黄青霉MG08、MG09、MG13 和MG26 是我们从蝗虫体上分离筛选出来的新菌株。这4 株产黄青霉对东亚飞蝗和稻蝗都有很强的毒杀作用，尤其是产黄青霉MG08 在1.0×107 孢子mL 浓度下，对蝗虫的毒杀死亡率可达98％以上。
（2）产黄青霉对寄主的入侵是寄主与病原菌之间的生理生化作用的综合结果。侵染部位是寄主蝗虫的表皮。侵染寄主蝗虫时，首先是分生孢子附着在蝗虫体表；孢子萌发后，产生入侵菌丝，穿过体壁，在虫体内大量繁殖，产生毒素。本文研究表明，蝗虫对产黄青霉的入侵具有一定的防御能力，但是它们的防御机制并不能有效抑制此真菌的生长。在血细胞中，产黄青霉一旦崩溃了寄主的血细胞防御机制，便能旺盛地生长起来，最终导致寄主的死亡。
（3）产黄青霉对寄主的入侵过程是寄主与病原菌之间相互抑制、相互斗争的过程，其入侵机制相当复杂。克服东亚飞蝗和稻蝗的免疫而致死的过程尚待进一步的研究。
13 生命科学探究校本教材
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兴趣是最好的创新动力
——蜘蛛丝人工收集及其蛛丝抗菌材料的研制
引言
科技创新的热情和动力来源于对所研究项目的浓厚兴趣。某同学自小学起开始饲养蜘蛛，并坚持观察记录蜘蛛的习性，总结饲养方法。进入高中后，他萌发了进行科技创新探究的想法，却苦于不知道如何选择题目。在老师的指导和建议下，他从兴趣中找到了科技创新点，决定对蜘蛛丝进行研究。恰逢社会急切需求优良的织物抑菌材料，因而他由此入手，研究蜘蛛丝的人工收集方法及其抑菌效果。他自小对蜘蛛的兴趣和饲养经历为他提出并完成这个课题打下了基础，同时，浓厚的兴趣使他在科学研究遇到困难和挫折时不轻言放弃，最终取得了令人瞩目的成果。
14 生命科学探究案例精选
一 蜘蛛丝收集装置的设计与制作
蜘蛛丝具有超强的韧性与抗断裂性能，又同时具有质轻、抗紫外线与生物可降解等特点，制成纤维后可应用于科技、国防、医疗等领域，其优异的物理性质是普通、天然纤维、合成纤维所无法比拟的。然而人工收集蜘蛛丝难度很大，各国的科学家都在积极研究，至今也无法达到大量收集的目的。为了改变这种状况，经过无数次的试验与改进，本研究研制了收集蜘蛛丝的装置。
1. 装置原理
人工从蜘蛛的纺器中抽出蜘蛛丝，将丝头缠绕在缠绕轴上，在电机与控制器的控制下，自动抽取蜘蛛丝。
2. 制作过程
2.1 缠绕装置
由步进电机M1、直径20mm 的缠绕轴1 组成。用于对蜘蛛丝进行缠绕收集。将缠绕轴1 与步进电机M1 连接，如图13 所示。
2.2 横向移动装置
由高45mm 的基座2、步进电机M2、丝杠3、滑块4、长65mm 高20mm 的滑动槽5、换向开关6、换向开关7 组成。使缠绕装置横向往复移动，使蜘蛛丝在缠绕轴上均匀缠绕。将步进电机M2 固定在基座2 上，将丝杠3 与步进电机M2 连接，滑块4 中有螺纹，丝杠3 从滑块4 中穿过，使丝杠3 转动时，滑块4 可以左右移动。将滑块4 下端放入滑动槽5 中，使
15 生命科学探究校本教材
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滑块可以在滑动槽中移动。换向开关6、换向开关7 分别固定在滑动槽5 两端相应位置，使滑块4 移动到相应位置时可以触碰到换向开关6、换向开关7，改变运动方向。
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