史青茹　閻莉　翟立原

工作室概況

活動(dòng)目標(biāo)

使參與工作室活動(dòng)的青少年了解與生命科學(xué)相關(guān)的知識(shí)、技能、方法和倫理觀念，依托觀察、體驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)等途徑，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的主動(dòng)學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)他們運(yùn)用科學(xué)方法探索生命科學(xué)奧秘的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，以實(shí)現(xiàn)提升廣大青少年生命科學(xué)素質(zhì)、人文素質(zhì)及其他心理品質(zhì)的目標(biāo)。

場地設(shè)施

場地條件

需要使用面積為80～100平方米的固定場所，且具備開展活動(dòng)必需的基礎(chǔ)條件（網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)點(diǎn)、廣播、電話、水電接口、應(yīng)急設(shè)施等）。

設(shè)施及費(fèi)用（約50萬元）

工作室專用設(shè)施包括二氧化碳傳感器、色度計(jì)、導(dǎo)電率傳感器、溶解氧傳感器、氣體壓力傳感器、氧氣傳感器、pH值傳感器、相對(duì)濕度傳感器、土壤濕度傳感器、一氧化碳檢測儀、PM 2.5檢測儀、葉面積測定儀、葉片厚度測定儀、數(shù)碼顯微鏡、電子天平、光照培養(yǎng)箱、高壓蒸汽滅菌鍋、超凈工作臺(tái)、干燥箱、離心機(jī)、分光光度計(jì)、滑走切片機(jī)、PCR儀、移液槍、電泳儀、電泳槽、照膠儀、恒溫振蕩搖床、玻璃器皿及化學(xué)藥品。

工作室輔助設(shè)施包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)、投影儀、投影屏幕、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、凳子、儲(chǔ)物柜、置物箱、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)箱、吸塵器、移動(dòng)工具車、移動(dòng)搬運(yùn)車、展櫥、貨架、網(wǎng)絡(luò)多媒體等。

人員配備條件

工作室應(yīng)配備1名具有一定管理經(jīng)驗(yàn)的專（兼）職管理人員和1名專（兼）職科技輔導(dǎo)員，建立3人以上科技輔導(dǎo)員志愿者隊(duì)伍。

容納青少年數(shù)量

可同時(shí)容納20名青少年參與工作室內(nèi)的活動(dòng)。

開放時(shí)間

每月不少于16天。

活動(dòng)主題內(nèi)容及相關(guān)模塊

主題內(nèi)容

普及型主題活動(dòng) 諸如生物多樣性主題普及，以植物種類識(shí)別競賽、動(dòng)植物攝影等為活動(dòng)呈現(xiàn)方式。

興趣型實(shí)踐活動(dòng)諸如植物組織培養(yǎng)、無土栽培、樹葉創(chuàng)意貼，“魅力多肉”種植體驗(yàn)活動(dòng)等。

專業(yè)型操作活動(dòng)諸如生命科學(xué)知識(shí)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理、方法及結(jié)果講授與操作。

提高型研究活動(dòng)諸如課題研究與創(chuàng)新大賽，以植物、動(dòng)物、微生物等領(lǐng)域的問題發(fā)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)研究及解決方案為抓手。

相關(guān)模塊

一般模塊包括制水、稱量、離心、滴定和洗滌等通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

專業(yè)技術(shù)模塊主要包括微生物/植物組培模塊、模式生物培養(yǎng)模塊、生化指標(biāo)分析模塊、電泳模塊、核酸模塊、蛋白質(zhì)模塊、PCR模塊和顯微觀察模塊等。青少年可基于這些實(shí)驗(yàn)?zāi)K，在科技輔導(dǎo)員的指導(dǎo)下，順利開展科學(xué)體驗(yàn)、探究和創(chuàng)新研究。

活動(dòng)形式

實(shí)驗(yàn)、展示、培訓(xùn)、競賽、個(gè)人或小組探究等。

工作室典型活動(dòng)案例

活動(dòng)名稱

陽生與陰生植物葉片氣孔數(shù)目及分布密度的觀測比較

剛上初中的青少年首先學(xué)習(xí)的生命科學(xué)內(nèi)容就包括綠色植物的光合作用，以及葉片是植物光合作用的主要場所。那么，為什么自然界中陽生植物和陰生植物分別只能在光照度很強(qiáng)和光照度很低的環(huán)境下生長良好，反之則不行呢？這是否與其各自進(jìn)行光合作用的葉片上氣孔結(jié)構(gòu)的差異有關(guān)呢？帶著上述源于結(jié)構(gòu)與功能的一致性而導(dǎo)出的假設(shè)，我們可以引導(dǎo)青少年通過典型陽生和陰生植物的觀察實(shí)驗(yàn)一起進(jìn)行探究。

活動(dòng)目的

使青少年通過典型陽生和陰生植物葉片氣孔的觀測活動(dòng)，進(jìn)一步理解生物多樣性，認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)與功能的一致性，以及生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

激發(fā)青少年探索創(chuàng)新的強(qiáng)烈渴望，使他們初步領(lǐng)悟通過探究性實(shí)驗(yàn)得出科學(xué)結(jié)論的基本過程和方法。

指導(dǎo)青少年初步掌握生物實(shí)驗(yàn)的簡單設(shè)計(jì)、光學(xué)顯微鏡的使用（包括臨時(shí)裝片的制備）、相關(guān)測量、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，以及結(jié)果的思考討論等技能。

活動(dòng)對(duì)象

初中生，20人。

實(shí)驗(yàn)原理

氣孔是植物吸收CO₂放出O₂蒸騰H₂O的主要通道，即植物水分運(yùn)輸動(dòng)力來源和營養(yǎng)合成的代謝終端，對(duì)于保證植物光合作用CO₂供應(yīng)、維持植物體最優(yōu)化的水平衡及利用，意義重大。不同植物的氣孔特征不同，表現(xiàn)出其對(duì)環(huán)境條件變化的適應(yīng)。

氣孔的數(shù)目可用顯微鏡數(shù)得每一視野中的數(shù)目，而后用物鏡測微尺量得視野的直徑，求得視野面積，由此計(jì)算氣孔的密度。

實(shí)驗(yàn)用品

材料：陽生植物（香樟）、陰生植物（綠蘿）

藥品：中性樹膠、透明指甲油

用具：顯微鏡、載玻片、蓋玻片、兩面黏性透明膠帶

操作步驟

臨時(shí)裝片的制備

為防止氣孔變形，采用印跡法制片。從每份標(biāo)本上選取3片健康、成熟的葉片（較大且無蟲叮咬痕跡），用凈紗布輕輕擦拭其下表皮灰塵，然后在下表皮中部靠近主脈的兩側(cè)快速涂上一層薄薄的透明指甲油，約1～1.5cm²，待其風(fēng)干結(jié)成膜后，用貼有兩面黏性透明膠帶的載玻片壓在葉片上，然后輕輕剝下葉片，即把所有葉表皮上的指甲油膜粘在透明膠帶上，制成表皮印跡后的載玻片用中性樹膠封片，制成臨時(shí)裝片，于數(shù)碼圖像顯微鏡下進(jìn)行觀測。

測定氣孔數(shù)目及密度

將臨時(shí)裝片置于顯微鏡下計(jì)算視野中氣孔的數(shù)目（用低倍鏡還是用高倍鏡，決定于表皮上氣孔的數(shù)目），移動(dòng)裝片，在表皮的不同部位進(jìn)行6次計(jì)數(shù)，求其平均值。隨后用物鏡測微尺量得視野的直徑，則半徑r為已知，按公式S=πγ²（S為視野面積）計(jì)算視野面積，用視野中氣孔的平均數(shù)/視野面積，即可求出氣孔的密度，以“氣孔數(shù)/mm²”表示。

注意事項(xiàng)

待指甲油全干后再進(jìn)行下一步操作，更容易剝下指甲油層。

結(jié)果與討論

結(jié)果表明（以活動(dòng)前科技輔導(dǎo)員自身實(shí)驗(yàn)為例），香樟葉片的平均氣孔數(shù)量為104個(gè)（見圖1），而綠蘿葉片的平均氣孔數(shù)量為10個(gè)（見圖2）；則香樟的氣孔密度為452.16個(gè)/mm²，而綠蘿的氣孔密度為38.23個(gè)/mm²。因此，在葉片氣孔數(shù)量和氣孔密度上，陽生植物香樟比陰生植物綠蘿多。

葉片上氣孔結(jié)構(gòu)的差異反映了植物對(duì)不同光照環(huán)境的適應(yīng)。究其原因，葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要場所，陽生植物和陰生植物是對(duì)光的需求不同而形成的不同生態(tài)類型。陽生植物耐陰性很差，當(dāng)光照強(qiáng)度減少到全光照的75%時(shí)，就生長不良，而陰生植物在光照強(qiáng)度為5%～20%下也能生長旺盛。陽生植物和陰生植物在葉片的結(jié)構(gòu)上也存在很大差異，陽生植物葉表皮細(xì)胞較小，排列緊密，氣孔常小而密集，而陰生植物葉角質(zhì)層較薄，氣孔數(shù)較少，細(xì)胞間隙較大。

本次探究實(shí)驗(yàn)有助于青少年通過實(shí)證的方法，相對(duì)照，互比較，重鑒別，從葉片結(jié)構(gòu)上了解典型陽生植物和陰生植物的差異，初步學(xué)會(huì)從現(xiàn)象到本質(zhì)、從宏觀到微觀認(rèn)識(shí)自然界的事物。就像科學(xué)家一樣，青少年在上述探究中嘗試運(yùn)用了科學(xué)歸納的方法——盡管還很稚嫩，但方向卻是正確的。