徐州一中综合实践活动（研究性学习）微重力课题实施方案表

课题背景

“科探方舟”（课题研究项目），是徐州一中与中科院合作，中科院京区科协牵头设计的品牌科学产品。"科探方舟"以探究性科学实验装置为支柱，在专业探究课程专家的指导下完成"小课题研究"，帮助同学们涵养科学精神、提高科学素养。

"科探方舟"是一个探究性的教学集成包，相当于一个微型的实验室，其中包含了生命科学、资源环境等十个不同方向的课题，分别涉及水质差异与硬水软化、射电天文望远镜工程、桥梁承载能力、住宅日照间距、种子催芽剂、风力发电等，都是基于当下、基于生活和生产实践、基于同学们所见所闻所思所想，是真问题，课题具有前瞻性和鲜明的目的性和计划性。

主要目的在于培养学生的创新思维、合作精神、沟通能力，以此提高科学素养。高中是培养学生创新思维的黄金时期，而小课题研究又是一项缜密的科学实验活动，应该让同学们从高中开始，就养成像科学家一样思维的习惯。通过自主学习、动手实验、成果汇报和答辩的形式，达到开阔视野、启迪灵感、增强创新意识和动手实践能力，提高综合科学素养，为将来成为未来社会急需的创新型人才打下基础。

微重力课题介绍

随着航天科技的进步，空间生命科学研究日益重要。本课题利用自制回转仪模拟微重力环境，探索植物和微生物在变化的重力条件下的生长特性。通过旋转产生的离心力抵消地球重力，研究对象包括典型的植物和微生物，旨在揭示微重力对生物体的影响。

本课题的目标是通过自制回转仪创建微重力环境，观察并分析植物及微生物在此条件下的生长特点、形态结构及生理变化。

实验材料

Arduino UNO R3开发板（带USB数据线）、公对公杜邦线、公对母杜邦线、10k欧电位器、泡棉胶带、SG90舵机、面包板、AB胶、5V电源适配器、木板、木条、电脑（自备）、牙签（自备）、废弃A4纸（自备）。

研究过程

实验一

组装微重力设备，创建微重力环境。根据视频中的详细教程，对组建进行拼装、搭建和调试。查找相关资料根据重力环境不同，用公式计算转速并不断微调，确保实验误差尽可能缩小。

实验二

模拟不同重力环境对水萝卜生长特性的影响。实验具体步骤如下：先称量琼脂熬煮并等待凝固，为水萝卜种子提供生长所需的养分和生长环境，接着将事先培养以有发芽迹象的水萝卜种子小心固定在琼脂中，确保种子发出的芽均指向同一方向（方便后面观察和记录），将培养皿盖上，留些空隙便于种子呼吸，将培养皿固定在微重力设备上，在培养皿盖上标记出种子的初始生长方向，连接舵机启动提前编入的程序，使三个舵机以不同转速旋转，每天记录拍摄种子的生长和变化，七天后分析归纳相关数据，并总结概括实验结论。

最终经过小组讨论，我们归纳出在不同重力环境下，种子生长状态良好，总体上向珠孔方向生长，但有部分呈弯曲状，并有少部分向别的方向生长。

课题小结：通过本次实验对水萝卜种子的培养和观察，我们了解到不同重力环境下植物的不同生长特点，生长变化和规律，也通过推测和查找资料了解到原因，学习到很多相关方面的知识，也看到了植物对不同环境做出的适应和改变。

实验三

模拟不同重力环境对绒泡菌生长的影响。在对植物进行相关研究和探索后，我们接着对微生物展开了研究，具体实验内容如下:前期和植物的实验步骤类似，依然使通过熬煮制备琼脂为绒泡菌丝提供生存环境。接着将提前培养一段时间的绒泡菌丝放入，放一些麦片为其提供养料，随后盖上培养皿盖并固定在舵机上，调节不同转速模拟不同重力环境，每天进行观察和拍摄，记录菌丝的生长情况，七天后分析归纳相关数据，并总结概括实验结论。

 最终小组讨论后，有了以下结论：

l 低重力环境虽然抑制了生长速率,但促进了空间扩展。在不同重力环境中，随回转器旋转速度增加，绒泡菌长势逐渐变缓慢，菌脉形态更纤细，分支更少，颜色更浅。

l 不同的重力环境下，绒泡菌在迷宫内均能寻找到食物源，表明重力对绒泡菌的识别能力无影响。

l 地球重力提供了方向线索 ，帮助绒泡菌优化路径选择，而低重力环境下缺乏重力线索 ，导致路径更曲折效率更低

课题小结：通过对菌丝的培养和观察，我们了解到菌丝生长的形态和惊人的生长速度，以及不同重力环境下菌丝为了适应生长环境所发生的变化，还有走迷宫时体现出的智慧。我们详细观察到了微小菌丝的形态结构，学习到如何喂养，了解到很多相关知识。

       结果与分析

通过这个项目，我们不仅学到了科学知识，还提高了动手能力和科学思维能力。通过探究自制回转仪探究不同重力环境下植物及其微生物的生长特点这个课题的学习和探索，我们了解到水萝卜和菌丝的生长特点和习性以及喂养方法，从这个科探方舟中我们学习很多，受益很多，也成长了很多，我们认识到，重力是未来太空农业必须考虑的重要因素。

我们认为未来的研究可以延长实验时间，观察生物完整生命周期的变化，或者在真实的太空环境中进行对比实验。

以下是相关实验的图片记录和相关数据：

实验一

操作时也遇到了一些小问题：

最终成果：

实验二

成果展示：