北京科学中心功能设计方案

科学中心功能设计方案第一章概述科学中心位于市北三环中路1号，宗地面积71000平米。科学中心是以前沿科技为容定位，以探索体验为主要方式，以青少年为主要对象的公益性科普教育基础设施。功能设计以“我•在•未来”为总体设计理念：“我”作为参观者，通过探索体验的方式，感受前沿科技的精彩；“我”作为建设者，通过共建共享的方式，实践科学传播的新形态。各功能区规划如下：• 生命、生存、生活展区科学中心主展区由生命、生存、生活三个分展区构成，其的主题选取原则为符合前沿科技的发展方向，贴近广大公众。一级脉络“生命、生存、生活”采用一种小主题、大容的方式打破传统学科分类，从公众视角出发，拓展丰富科技涵。二级脉络及展品的设计延续并贯彻生命、生存、生活的设计思想和理念，并以凸显前沿科技、富于人文情怀为特色，力求脉络清晰、容生动。现将其设计理念介绍如下：当人类从现代科技的高度认知生命价值的时候，他们理所当然地会理性审视自身的生存环境，也理所当然地会理性期待自己的生活品质。前沿科技的不断发展变化，改变着人类对生命、生存、生活的科学认知，也启发着人类对自身思想、行为的伦理审视。生命乐章—一以人体诞生、成长、衰老和死亡的时间脉络为纲，围绕基因、克隆、遗传、疾病、药物、衰老、脑科学、神经科学等前沿科技话题展开，审视生命伦理和生命尊严，直面疾病和死亡。生存对话一一以陆地、海洋、、太空的空间格局为纲，围绕环境、生态、可持续发展、绿色能源、新农业等前沿科技话题展开，审视人类对自身的定位，与地球平等对话。生活追梦一一以商厦橱窗、学校课堂、家庭居所和交通枢纽场景线索为纲，围绕衣、食、住、行、教育等未来生活相关的前沿科技话题展开，思考未来绿色生活品质，以及人、自然和社会的和谐发展。户外科学广场科学中心户外科学广场将紧扣“我在未来”建设理念，围绕“科学性”“艺术性”“休闲性”展开方案设计，在保证充足空场绿地的情况下设计开发一系列互动科普设施、功能实用设施、科技人文景观、及特色互动活动。科学广场将开放胸怀，让公众走进科学，即日常向公众免费开放，定期举办寓教于乐的活动；同时也将以时尚风貌，让科学面对公众，坚持人类与自然共生的环保理念、科学与艺术共融的创意理念。临时展览区引进国际、国最新科技、科普展览，为观众带来开放、前沿、时尚、绿色的体验。教育培训区科学中心作为校外教育的场所，教育传播区承担了重要任务。课程设置与分类打破传统灌输式的教育方式，本着动手动脑的主动学习模式进行教学，并针对不同人群设置相应的课程。例如家庭环境监测教室，容贴近百姓生活；机器人组装实验室，泥人动画教室等，在寓教于乐的过程中启迪青少年灵感，达到传授知识的目的；公务员培训教室，科技工作者培训教室等，则本着专业的教学容，提升学员的工作能力。教育培训区将联合各高校，中小学，科研院所，政府部门以及相关企业等共同合作，打造成有趣味，有实效课外教育场所。作为‘三生’主展区容的延伸与补充。虚拟体验区球幕影院于1995年建成，其中球幕影院直径27米，装备由武藤光学研究所制作的70毫米15孔胶片放映机一台，座位约450个，占地约1000平米。现计划将其改建成为虚拟体验区，设计思路如下：运用最新三维数字投影技术，构造出天穹般的深邃无垠、具有沉浸感的立体动感场景，让观众置身其中，从心深处呼唤对神奇大自然的向往、对科学技术的热爱和对未来美好生活的憧憬。利用全新的数字化网络技术搭建政府与公众交流的平台，建立重大热点事件互动响应机制，通过科学对话、共识会议等方式引导公众快速了解、正确理解科技热点，为构建和谐社会做出贡献。数字阅览室运用最新数字化网络及影视多媒体技术将极拓展科普教育的领域，同时也是来这里参观的人获得海量信息、休闲和快乐学习的场所。公共服务区地铁口一一随着2012年，地铁8号线延长线的通车，乘坐地铁将成为市民参观科学中心的首选交通方式。目前各路地铁站的建设，都利用站和通道空间宣传与该站相关的科学、文化、人文相关的容。科学中心的设计将从地铁站开始，营造与科学中心相关联的环境氛围，将公众带入未来的憧憬，科学的殿堂。接待大厅一一该厅主要实现访客集散和票务功能，通过智能票务、蓝牙导览、机器人导览等手段实现公众与科学中心的高科技互动。此外，它还将成为科学与艺术交融的视觉空间，艺术浮雕、科普装置，特色休闲设施让观众在感受科学魅力的同时，获得艺术的享受。访客中心一一除了提供团体接待、观众休息等场地外，兼具新闻发布、多媒体放映和小型报告厅的功能。连廊及餐厅、纪念品店一一利用连廊创造多功能公共空间，如：餐厅、纪念品店等。此外，连廊将被营造成充满科技感和艺术空间，通过将科学嵌入科学中心的公共设施，让公众感受到无处不在的科技，带给人们启示和乐趣，如：踩踏发电地板、超薄叶片扬声器、机器人大厨等。研发办公区一一研发中心具有双重功能，科学中心本身展品及活动的研发中心，同时也是科普资源共建共享的研发中心。第二章生命展区主题导言21世纪，生活在生命科学时代的人类是幸运的。人们尘封起上帝创造了亚当、夏娃，而由他们孕育了人类，这样一个神秘美好的传说。从基因、DNA、干细胞……这样一些分子生物学中的微小精灵中认识了生命、认识了自己。人类以及有生命的万物生生不已，演绎着希望与危机，繁衍与灭亡。当我们用前沿科技的发展与成果，重新认识生老病死这个人类亘古之谜时，我们会对生命有如歌般的理解和诠释。——这首歌美妙动人，神奇雄浑。涉及领域基因、遗传与进化、人体机能与生长、干细胞研究与克隆技术、脑科学和神经科学、疑难病症与现代医疗……结构脉络一级脉络二级脉络前沿视点乐章一：萌动的旋律生命的DNA这条双螺旋的“旋律”，连缀起一个个基因“音符”，便奏响了生命萌动的乐章。SM11基因“休止符”——基因沉默SM12生命旋律的不变主题一一“自私”的基因SM13指挥家的微妙“篡改”一一自然选择SM14“出错”的复印一一基因突变SM15“从细胞到婴儿”一一胎儿发育、生殖科技、初生婴儿的发育SM16我们是基因的傀儡吗？一一克服酗酒基因、肥胖基因等的影响SM17不同的眼睛看世界一一器官的进化乐章二：铿锵的节奏SM21攻防的博弈一一超级细菌与超级抗生素

生从呱呱落地的那一瞬间起，我们的成长进行曲就奏响了铿锵的节奏。诞生SM22迷宫中的“摄影师”一一微型照相机、纳米机器人命与成长、健康与疾病，都踏着同样的心SM23“黑客”阻击战一一新型病毒与新疫苗/通用疫苗跳鼓点不断延续，与生命始终相伴相SM24人体的钟——端粒和端粒酶乐随。SM25你也是“乔丹” 科学选材乐章三：神秘的交响SM31“我们”藏身何处？——各种能力、感情在大脑章智慧藏身何处？它是无数神经元中对应的主要功能区域共同演奏的神秘交响诗。一千亿个神经SM3260亿个爱因斯坦一一大脑潜能的开发元群策群力、精密合作，不但操纵着我SM33人脑中的电脑一一芯片植入、人脑与计算机的连们的喜怒哀乐，还能让我们的思想抵达接无限深邃的宇宙空间。SM34运动员四肢发达头脑简单吗？一一运动学习引起大脑结构的可塑性变化SM35大脑为什么会衰老乐章四：辉煌的咏叹SM41六世同堂一一对未来平均寿命的预测，老年疾病生命的终曲，是由尊严、智慧与安特征与防治宁交织成的最为辉煌的咏叹调。衰老与SM42换支新乐器一一人造器官、干细胞、克隆技术疾病可以终结一个人的生命，但人类的SM43“跑调”的细胞——癌症、致癌的基因突变和染基因正是在这生老病死的回环旋律中色体突变、致癌病毒不断传承，与万物一起生生不息。SM44靶向治疗——CT与特殊药物结合的癌症治疗新技术SM45药物革命——各种新型药物的研究和进展SM46疾病的总谱——致病基因测序SM47遥控的手术刀 远程医疗展项举例SM11基因“休止符”一一基因沉默选题关注：人前沿关注：1）使基因沉默的技术；2）对各个基因不同功能的研究；3）对未来基因疗法的支持；B话题关注：1）“基因”这个名词的脍炙人口与“基因”涵的神秘形成了鲜明强烈的对比；2）基因相关的遗传疾病是为人父母极其关心的话题；C伦理关注：1）我们有权修改人类基因么，哪怕只是自己的基因？2）人为修改某一物种的基因，会对整个生态系统、对全体生命有什么样的影响？知识简述：当基因携带的遗传信息不能通过转录而体现出来，我们就说这个基因“沉默”了。沉默某些基因，或者让某些基因从原本的沉默改为不沉默，就可以让我们的身体从基因的层面上发生改变。它可以用来研究基因的运行机理，判断各个基因的不同作用，特别是找出那些在疾病和健康的搏斗中发挥重要作用的基因。只有在充分透彻的了解了基因的作用和影响之后，才能真正有效的实施基因疗法，让遗传疾病消失在生命刚刚开始萌动的时刻。2006年的诺贝尔生物/医学奖颁给了“RNA干扰现象的发现”，这就是一种让基因沉默的技术。RNA干扰，也称为转录后基因沉默，当细胞中导入与源性mRNA编码区同源的双链RNA时，该mRNA发生降解而导致基因表达沉默。设计提示：继人类基因组计划完成后，RNA又成为分子生物学研究的一个新的热点和焦点，在短短几年已取得突破性的进展，从2002年起miRNA、SiRNA和RNAi分子连续几年一直被Nature、Science评为生物医学中最闪耀的明星分子。由于使用RNA干扰技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。本区展示应通过形象的展示方式，使观众了解基因沉默、RNA干扰等技术及其在疾病治疗上的积极意义。SM12生命旋律的不变主题一一“自私”的基因选题关注：人前沿关注：1）某些致病基因之所以能够存在下来的机制；2）某些致病基因在疾病之余为人类带来的意外“好处”；3）自私的基因；B话题关注：1）青少年近视问题和“近视基因”；2）我们对美丽面容的标准和喜好、对食物口味的爱好原来都能从基因中得到解释；C伦理关注：“存在即合理”这句话说得没错，但合的是哪一方的理则值得深思；2）基因是自私的，人类的自私也的确与基因有关，但这并不能让自私变得理直气壮。知识简述：为什么要想办法让某些基因“沉默”呢？许多公众往往不能理解这一点。多数人对进化有所误解，认为凡是进化选择的都是合理的、对我们有益的。实际上，基因是“自私”的，进化的选择之手总是对基因有利，但对基因有利的选择未必总是有利于人类个体。否则，就不会有那么多导致疾病的基因存留下来了。社会生物学家认为，生物的进化过程就是基因的选择 和繁殖的过程。一个种的个体只不过是繁殖基因的机器。能够生存和产生后代的个体才能给种的基因库贡献适合的基因。然而 ，在有些物种中，某些个体具有为种群生存而牺牲自己繁殖机会的行为，最典型的如蜜蜂群中的工蜂和蚁群中的工蚁，它们的一生都是为种群的生存而工作的，但它们自己不能生殖。 基因的“自私”正是我们需要透彻研究它的原因所在，因为我们需要审视它对我们的影响，尽可能地克服那些不好的因素。设计提示：通过形象地展示，使观众客观辩证地认识进化和基因的自私性。SM13指挥家的微妙“篡改”一一自然选择选题关注：人前沿关注：1）许多动物的基因数目、甚至许多基因在基因组上的相对位置都在进化过程中得到了完好的保持；2）自然选择更多地是让基因的“开关”发生突变，而不是基因本身的突变；3）基因“开关”状态的不同才是物种如此丰富多彩的原因。4）基因表达的产物，如阑尾的存在；B话题关注：1）基因是人类的生命密码，在人的23对染色体上，有大约3万个基因。人类的基因并不比其他动物复杂,老鼠的基因数90%与人类相同，大猩猩的基因数95%与人类相同；2）人类基因组的庞大图谱中究竟有多少基因在构建人体时发挥了作用，多少是“废物基因”？C伦理关注：1）人类的基因并不比其他动物复杂，这更进一步说明了我们与其他物种是平等的，不应妄自尊大；2）我们是否应该模仿自然选择的方式，介入自然选择的过程？知识简述：说到基因的“自私”，就必须提一下基因是怎样让自己尽可能地流传下来的。自然选择是怎样让物种适合生存的呢？这只看不见的手并不会每次进化都制造出一些新的基因，那样工作量太大了。它更多的是让基因的“开关”发生突变，而不是基因本身的突变。公众将会意外地发现：①人类的基因并不比其他动物复杂；②许多基因并没有在构建动物的机体时发挥作用。社会生物学家认为，物种群体的各种组织形式（如有的松散，有的等级严明） ，与组织形式相适应的群个体之间的各种联系（如支配与服从，亲与子的各种关系，各种类型的配偶制） ，以及所使用的交往手段的特异性质都是在一定的生存条件下进化而来的，或者说是自然选择的产物。设计提示：通过展示自然选择的开关调控及不同物种的基因差异，使观众认识到物种的平等，不应妄自尊大。故事举例：草原狼；野马母马怀孕时，其他母马会一同照顾它。SM14“出错”的复印——基因突变选题关注：人前沿关注：1）导致基因突变的在原因研究；B话题关注：1）基因突变的可能性有多大？2）现代社会的充满着辐射和污染的环境会让我们发生基因突变吗？发生之后会是什么样子？C伦理关注：1）应该怎样对待出现基因突变的个体？知识简述:基因突变是物种进化的另一个在推力。当基因在复制自己的时候有可能出错，这就是基因突变。基因突变的结果往往是细胞不能正常工作或者死亡，甚至会在高等动物身上诱发癌症。但是，如果没有基因突变，生命将永远是最简陋的微小生物，也就没有了现在的我们。, 设计提示：艺术展品：可考虑雕塑、壁画，表现DNA复制出错的一瞬间。通过展示，使观众正确认识突变的正面和负面意义。互动游戏：基因拼图，拼基因，拼出之后告知这个基因可能存在的基因病或者性状的改变。实物展品：可用模式生物代替人演示基因突变的表现。SM15”从细胞到婴儿”一一胎儿发育、生殖科技、初生婴儿的发育, 选题关注：人前沿关注：1）试管婴儿；2）卵母细胞培养；3）胚胎修复；4）重要出生缺陷疾病相关基因定位及致病机制研究；B话题关注：1）如何养育健康的宝宝；2）试管婴儿发育与自然受孕婴儿是否不同？3）什么样的胎教对宝宝更有利？C伦理关注：1）试管婴儿遭歧视。, 知识简述：有的育龄夫妇虽然很想要孩子，但是由于身体原因一 直不能如愿。随着生物科学和医学的发展，对于这样的夫妇来说，终于有补救措施了一一他们可以寄希望于种种先进的生殖科技，如试管婴儿。试管婴儿就是采用人工方法让卵细胞和精子在体外受精，并进行早期胚胎发育，然后移植到母体子宫发育而诞生的婴儿。出生缺陷是指孩子出生前，在妈妈肚子里就已经发生的形态结构、生理功能异常或代缺陷所致的异常。形态结构异常表现为先天畸形，如无脑儿、脊柱裂、兔唇、四肢异常等，生理功能和代缺陷常导致先天性智力低下（俗称“呆”、“傻”），聋、哑等异常。出生缺陷干预，就是通过在孕前、怀孕后采取一系列的措施，阻止、减少出生缺陷的发生；或在孕期及时发现有严重出生缺陷的胎儿，阻止其出生；或在出生后及时发现胎儿患有的出生缺陷，采取针对性治疗措施，防止患儿发病或减轻症状。设计提示：科学数据的可视化：演示生命萌动的旋律一一“从细胞到婴儿”。SM16我们是基因的傀儡吗？一一克服酗酒基因、肥胖基因等的影响选题关注：人前沿关注：1）“酗酒基因”和“肥胖基因”等特殊基因的发现；2）来自母系的基因和来自父系的基因对后代的不同影响；3）利用基因疗法治疗遗传病，使具有遗传病基因的父母能够拥有健康的宝宝；4）暴力基因。B话题关注：1）我们在多大程度上由基因决定？2）父母对孩子的影响有多大？3）肥胖基因受后天影响有多大？4）自杀是否有基因？C伦理关注：1）谁有权决定基因的修改？2）具有“酗酒基因”的人酗酒，比不具有这种基因的人值得原谅吗？知识简述：我们的一切本能都镌刻于DNA之中，那么我们还是“我们”吗？我们是由基因掌控的傀儡吗？能通过自己的意志战胜那些来自于基因的恶习吗？答案是能够。即便我们的身体有所谓的“肥胖基因”或者“酗酒基因”，那也并不意味着所谓的“命中注定”，只是在相同的饮食习惯下更容易肥胖，或者能够更快的分解体的酒精，因此更容易不知不觉喝得太多罢了。这是完全可以由个人意志控制的。基因是“自私”的，有的时候它只顾自己本身的延续，而并不考虑人类的好处。这可能就是近视、肥胖等基因流传下来的原因一一并非存在的就是对我们最好的。因此，虽然基因“决定”了我们，但我们应该对基因的“指挥”心存警惕，让自己的决定建立在科学的思考、而不是基因的本能上。,设计提示：故事举例：暴力基因，马加爵。SM17不同的眼睛看世界一一器官的进化,选题关注：人前沿关注：1）“眼睛”这个器官在进化中的出现时间和过程；2）灵长类动物特有的红绿蓝三色视觉的出现过程；3）人类的视觉在现代社会中还在不断地进化。B话题关注：1）我们到底和我们的近亲有多不一样？2）我们眼睛进化停止了吗？我们的进化已经停止了吗？3）胎儿有视觉吗？4）婴儿视觉何时开始发育？C伦理关注：1）如果真的发生了时间旅行，旅行者会发现他与周围的人除了文化差异之外，还有一点点的生理差异；2）我们有机会把握人类的进化方向吗？,知识简述：眼睛这个器官最初无疑是来自基因突变的，随后在自然选择中被保留下来，并发展出了多种多样的形式。最新的关于眼睛的研究表明，它大约是在5.5亿年前产生的。这是因为所有脊椎动物中眼睛的基本结构都很相似，连早在5亿年前就在进化上分道扬辘的七鳃鳗也是如此。实际上，眼睛的所有进化都可以在10万代以完成。不同动物的眼睛结构是不一样的，感光细胞也不同，这导致了它们视觉的区别。比如：灵长类动物具有三色视觉（红、绿、蓝、非灵长类哺乳动物具有二色视觉、夜间活动的哺乳动物只有单色视觉。某些鸟类、鱼类和爬行类动物还有四色视觉（能看到紫外光）。人类的眼睛由于变异、遗传，会产生白障、青光眼等眼疾；同时，在高科技时代中仍在继续进化。比如，辨别快速移动的物体的能力和同时面对海量信息的能力都得到了提高。设计提示：互动展品：“不同的眼睛看世界”一一通过技术手段模拟不同动物的视觉影；古今老花眼对比；不同人种眼睛的比较。SM21攻防的博弈——超级细菌与超级抗生素选题关注：A前沿关注：1）抗菌药物耐药机制；2）抗耐药菌抗生素研发；3）新型抗菌疗法；4）人体免疫机制；DNA疫苗；B话题关注：1）滥用抗生素：不能完全对症下药和用法用量不当2）细菌病与病毒病的区别是什么？如何对症治疗？3）人类能找到对付超级细菌的抗生素吗？C伦理关注：1）在人类和细菌的角力中，谁将是最后的胜出者？2）人类和细菌的斗争会终结吗？• 知识简述：1940年，第一个抗生素一一青霉素的发现，使人类第一次成功克服细菌感染、抑制病菌传播。抗生素的发现无疑为人类战胜细菌提供了强有力的武器。甚至曾有人说，感染类疾病已被征服，但这也许只是人类所说的愚蠢的话语之一。近几年来细菌耐药现象已成为各国医疗界所面临的严重问题。超级细菌的诞生就是长期使用抗生素所造成的恶果。人类该用什么样的武器来对付这些刀枪不入的超级细菌？超级抗生素又在哪里？在人类和细菌的角力中，谁将是最后的胜出者？1）超级细菌：其实就是我们常说的耐药性细菌。比如臭名昭著的MRSA，大多数的抗生素都奈何它不得。目前不仅各种细菌对现有抗生素如青霉素、头抱菌素、四环素、大环酯类等产生了耐药性，而且就连药物学家称为是对付耐药菌的“最后一道防线”的万古霉素在上市后短短几年也已在医院里分离到“万古霉素低敏感性金葡菌”。2）抗生素杀菌作用机制：①抑制细菌细胞壁的合成；②与细胞膜相互作用而影响膜的渗透性；③干扰蛋白质的合成；④抑制核酸的转录和复制。3）细菌耐药性机制：①使抗生素分解或失去活性；②使抗菌药物作用的靶点发生改变；③细胞特性的改变；④细菌产生药泵将进入细胞的抗生素泵出细胞：⑤改变代途径。4）人类的免疫功能主要有三道防线：①皮肤和黏膜；②吞噬细胞，补体等非特异性免疫系统；③特异性免疫系统，包括具有细胞毒性的丁细胞和分泌抗体的8细胞。它们能抵抗抗原的侵入，及时清除人体衰老、死亡、损伤的细胞，时识别和清除人体产生的异常细胞（如肿瘤细胞） 。5）DNA疫苗：DNA疫苗是将编码特异性抗原多肽或蛋白的基因构建在含有调控元件的表达性DNA质粒中，可直接导入机体并在机体表达目的抗原多肽或蛋白，诱导机体产生针对目的蛋白的免疫应答以达到预防和治疗的目的。DNA疫苗本质上是细菌质粒。DNA疫苗既可以诱导细胞免疫又可以诱导体液免疫应答，因而在预防和治疗细菌、病毒、寄生虫等感染性疾病和癌症等方面具有广阔的应用前景。, 设计提示：通过形象展示，使观众了解抗生素的抗菌机理，并引导观众要正确使用抗生素，减少抗生素的滥用。实物展品可展示高倍放大的细菌和病毒。SM22迷宫中的“摄影师”一一微型照相机、纳米机器人, 选题关注：人前沿关注：1）智能胶囊消化道镜系统；2）微创手术；3）纳米机器人研发B话题关注：1）机器人聪明还是人聪明？2）纳米机器人能否作用于基因？C伦理关注：3）纳米机器人可以代替人吗？• 知识简述：1）智能胶囊消化道镜系统：即胶囊镜，一粒药丸大小的“胶囊”借助成像装置和光源实时拍摄人体腔照片，如最新一代食道“胶囊镜”每秒钟能拍摄近20图片，这些照片通过检测者体外携带的信号接收器被传输到终端信息平台，供医生下载图片进行诊断。检测者只需将它吞下，伴随肠胃的蠕动，“胶囊镜”将会对人体消化道进行全程检查。2）“纳米机器人”是可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”，其研制属于分子仿生学的畴。根据设想，纳米机器人可注入人体血管，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA,或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行。设计提示：实物展品：微型照相一一探索人体最黑暗区实物展品：纳米机器人SM23“黑客”阻击战一一新型病毒与新疫苗/通用疫苗选题关注：人前沿关注：1）流行性病毒研究（甲型流感病毒、非典病毒、手足口病等）；2）致癌病毒 人乳头瘤病毒（HPV）与顽固的病毒一艾滋病毒（HIV）；3）病原体传播、变异规律和致病机制；B话题关注：1）病毒可以预防吗？2）为什么会有这么多病毒？它们一直在变异吗？C伦理关注：1）病毒会导致人类毁灭？• 知识简述：1）流行性病毒：禽流感由流感病毒甲型口52亚型致病；甲型流感由甲型口塞1亚型流感病毒引起；SARS（严重急性呼吸综合征），传染性非典型肺炎，由冠状病毒引发疾病。2）艾滋病毒：口1丫的生活周期包括吸附、脱衣壳、逆转录、环化、整合、转录、翻译、核心颗粒装配及最后装配和出芽等步骤。抗病毒治疗可以直接针对病毒复制的每一个步骤，从而打断病毒的复制和播散。, 设计提示：模型展品：几种放大的新病毒（可与纳米机器人同比例放大，以进行尺寸的比较）SM24人体的钟——各种衰老机制, 选题关注：人前沿关注：1）端粒学说；2）自由基学说；DNA损伤修复学说；4）线粒体损伤学说；5）生物寿命调控技术；B话题关注：1）人类的衰老之谜到底是什么？C伦理关注：1）人类的寿命真的可以无限制延长甚至长生不老吗？, 知识简述：衰老是一个复杂而微妙的生命过程，科学家们通过长期的研究已提出了各种学说，如端粒学说、自由基学说、DNA损伤修复学说、线粒体DNA损伤学说等。通过科学地认识衰老过程，并在日常生活中加以注意，延缓衰老必将成为可能。1）生物钟假说一一端粒和端粒酶，端粒是细胞染色体末端的‘保护帽’，它能够保护染色体。伴随着人的成长，端粒会逐渐受到‘磨损’。而端粒酶在端粒受损时能够恢复其长度。2）DNA损伤修复学说：人类细胞中的DNA在外环境损伤因素作用下，DNA受损伤而致DNA链断裂，以一条链断裂为最多见。DNA链断裂则遗传信息不能准确无误地传至下代，但细胞具有一整套修复DNA链断裂的酶系，因此遗传信息才能从亲代传至子代。DNA损伤修复学说认为，生物衰老时，修复损伤DNA的能力下降，致使损伤积累，引起基因及其表达异常，最终引起生物衰老。3）自由基学说：自由基是正常代的中间产物，其反应能力很强，可使细胞中的多种物质发生氧化，损害生物膜。还能够使蛋白质、核酸等大分子交联，影响其正常功能。衰老的 自由基学说认为衰老过程中的退行性变化是由于细胞正常代过程中产生的自由基的有害作用造成的。生物体的DNA损伤从而导致突变，衰老过程是机体的组织细胞不断产生的自由基积累结果，自由基可以引起DNA损伤从而导致突变，4）细胞各种亚细胞器在细胞的生命活动中分别担任着各自不同的生命功能。线粒体是细胞的“能量车间”，由于能量获取过程中不可避免的有些中间物质的“泄露”，造成线粒体上各种生化成分的损伤。线粒体是氧自由基“生产”中心，因此是第一受害者。线粒体拥有自己的一套遗传因子，而线粒体遗传因子的氧自由基损伤则无疑会引起线粒体中一系列受遗传控制的愈演愈烈的灾难性的后果。线粒体中DNA的损伤为细胞衰老的关键。设计提示：通过形象生动的实物或多媒体展示，使观众了解目前主流的衰老假说，同时激发观众探究人类衰老之谜的兴趣。SM25你也是“乔丹”一一科学选材选题关注：人前沿关注：1）基因对人体运动能力和协调能力有怎样的影响；2）个人基因测序；3）预判成长方向和身体素质。B话题关注：1）我们的成长方向是注定的吗？2）先天的局限是只能“认命”，还是可以“改命”？C伦理关注：1）要把科学的预判和披着“科学”外衣的“科学算命”区分开来；2）如何保证“基因隐私”？3）学校和单位将来有权查看个人的“基因判定书”么？知识简述：我们究竟在多大程度上是由基因决定的？想必每个人都有过这样的疑问。了解自己的基因和身体条件，就能在“硬件”层面上明白自己可能的强项和不足之处，尽早地确定最好的发展方向，避免在个人发展上多走弯路。同时，也可能预判自己罹患某些疾病的可能性，从而提前采取更有利的生活方式。设计提示：实物展品：选材的科学仪器；人种之间性状差异：中国人与美国人味蕾差异，法国人眼睛辨色能力强,德国人辨识音乐能力强、数学能力强等；手指长度的差异显示运动天赋的差异。SM31“我们”藏身何处？一一各种能力、感情在大脑中对应的主要功能区域选题关注：人前沿关注：1）脑功能的细胞和分子机理；2）人类视觉、听觉和前庭系统的动态输入的理解；3）脑功能基因组学；4）脑功能的动态平衡调控；5）神经影像技术及脑的联络图；6）意念驾车（基于脑电信号的智能脑一一计算机交互技术）；B话题关注：1）大脑如何制定决策？2）大脑如何产生意识？3）七情六欲由大脑中的哪些部位决定？C伦理关注：1）脑给我们带来什么：“喜怒忧思悲恐惊”的七情，色欲、形貌欲等六欲？2）人类的道德意识是本能还是文化使然？知识简述：不是用手而是用意念控制车速，并让车左右转弯绕过障碍，这个以前只在科幻电影中出现的场面已经被科学家们变为现实。不同的运动想象在不同脑区产生不同模式的脑电信号，通过分析脑电信号，可以对人的运动想象类别进行判断。利用精密传感器，把思考产生的脑电信号转化到计算机上，计算机通过精密的分析，识别这些信号，把人的意愿转化为指令，把指令信号发给相关设备，起到控制作用。设计提示:实物展品：利用面部识别技术，捕捉观众喜怒哀乐的表情，并指出相应情绪对应的大脑活跃区域；利用不同的光波在大脑的不同区域产生不同的信号，扫描显示大脑对不同光的不同反应。艺术展品：“生命的主宰一一大脑皮质”（人和几种动物的大脑皮质面积比较）。人类的大脑皮质最发达，不仅面积达，而且更厚、高度分化，因此，有较高的推理能力、注意力和鉴赏力，以及复杂的心理活动。用艺术化的形式展现人、黑猩猩、猴子、老鼠的大脑皮质面积（如果把大脑皮质拉平摊开，大脑皮质面积：人差不多4报纸大、黑猩猩1报纸大、猴子只有1明信片大、老鼠则小到1邮票那么大）互动多媒体：观看实时脑电图对特定脑部活动的模拟测试游戏：意识剑，两人对弈，越放松，剑就会指向对方，与中国传统对弈的紧状态完全不同。SM3260亿个爱因斯坦一一大脑潜能的开发选题关注：人前沿关注：1）学习、记忆和思维等脑高级认知功能的过程及其神经基础；2）脑发育、可塑性与人类智力的关系；3）学习心理学与大脑潜能的开发B话题关注：1）我们能否也拥有一个像爱因斯坦那般聪明的头脑？2）如何科学的开发大脑潜能；3）人类大脑能否全部开发？可塑性到底有多强？4）神算、速记的机理是什么？C伦理关注：1）聪明是天生的吗？2）如果人人都变成爱因斯坦知识简述：以往几十年来，神经科学家认为成年人大脑主要是对经验的重复产生生理反应，并不会发生结构上的变化。现在对大脑的研究，我们已经清楚知道成年人大脑可以产生相当大的结构可塑性，包括产生新的神经元和改变现有神经元之间的，这些都将对大脑产生新的改变。而你可以通过适当的饮食、营养、和智力及体力活动在大脑中创造更多的联系，即突触、树突和受体。, 设计提示：通过展示，使观众了解大脑潜能科学开发的生物学基础。不仅是人类，可有各种动物的比较，如鼠对迷宫的学习，猩猩的语言能力，猴子意念推球等。SM33运动员四肢发达头脑简单吗？一运动学习引起大脑结构的可塑性变化, 选题关注：人前沿关注：1）运动对大脑结构的影响；2）运动对智力的影响；B话题关注：1）如何运动才健脑？C伦理关注：1）运动员四肢发达头脑简单吗？, 知识简述：运动员非但不是一般人所认为的“头脑简单”，反而由于多年的技能训练比一般人更具优势，在与运动有关的大脑组织和结构上，他们的大脑可能更为复杂。, 设计提示：通过展示，使观众认识科学运动对大脑发育的影响。如对从事不同运动（游泳、举重、足球等）的运动员大脑的对比SM34大脑为什么会衰老, 选题关注：人前沿关注：1）脑重大疾病的发生、发展机理；2）大脑衰老机理；3）阿尔茨海默氏病（俗称的老年痴呆症）研究；B话题关注：1）大脑从什么时候开始衰老？2）怎样预防或延缓大脑衰老？3）老年痴呆症是否可治疗？4）尼古丁对大脑只有不好的影响吗？C伦理关注：1）如果人脑可以长生不老，所有的记忆都不会丢失，是福还是祸？知识简述：老年大脑所具有的普遍性的改变往往是脑细胞能量短缺、功能减退，而不是功能彻底消失。老化过程脑发生变化的环节在信号系统，即信息传递方面的改变，与其说是细胞丢失引起信号数量减少，不如说信号量没有变，只是它们无常传导。也就是说，细胞连接通路的工作效率减低了。用过去的理论解释，之所以出现这样的现象是因为通讯网络被破坏了，功能减弱。现在则认为网络中的连线及通道并没问题，只是信息传导功能和效率减慢了。阿尔茨海默病所谓的老年痴呆症。是一种进行性发展的致死性神经退行性疾病，临床表现为认知和记忆功能不断恶化，日常生活能力进行性减退，并有各种神经精神症状和行为障碍。阿尔茨海默病的治疗包括：神经保护疗法、胆碱酯酶抑制剂、采用非药物干预和精神药理学药物减少行为障碍、健康维护活动、临床医师与家庭成员及照看病人的其他人员联合。设计提示：1）男女老年痴呆的对比2）不同的记忆倾向（图像与文字）SM41六世同堂一一对未来平均寿命的预测，老年疾病特征与防治选题关注：人前沿关注：1）长寿基因；2）老年病的发病机制；3）老年病的年轻化；4）中医对衰老的认识；5）环境对衰老的影响；B话题关注：1）正确认识人口老龄化；2）如何预防老年病？3）如何避免老年病的年轻化？C伦理关注：1）命由天定一一人的寿命由基因控制吗？2）人是否可以利用科技手段无限期地延长生命或做到长生不死？知识简述：科学家认为，理论上人类寿命有120岁，乌龟有150岁，狗有20岁。这种物种之间的寿命差异是由基因决定的。科学家已经在若干个物种里找到了跟寿命有关的基因，其中既有延长寿命的“长寿”基因，也有缩短寿命的基因。虽然基因对决定寿命相当重要，但并非是决定长寿的惟一因素。许多科学家认为，环境和生活习惯在长寿方面所起的作用可能达到66%。而有些药物也能在一定程度上延缓衰老、延年益寿。中医的精气亏耗学说：我国中医认为精气虚衰导致机体衰老。 《素问、金匮真言论》有记载：“夫精者，身之本也。”《灵枢•本神》篇记载：“故生之来谓之精”《灵枢•平人绝古》篇记载：“故神者，水谷之精气也”朱丹溪在《格致余论》中列举了老人各种衰老征象，认为原因在于精血俱耗。宋•直认为老人气血渐衰，真阳气少，精血耗竭，神气浮弱。设计提示：科学数据的可视化：“十大死因”SM42换支新乐器一一人造器官、干细胞、克隆技术选题关注：人前沿关注：1）治疗性克隆技术；2）干细胞体外建系和定向诱导技术；3）人体结构组织体外构建与规模化生产技术；4）智能化人造假肢5）人造生命B话题关注：1）干细胞是万能的吗？2）克隆人离我们还有多远？C伦理关注：1）人类对“生命”的利用到底有没有底线？2）谁应对科学的负效应负责？3）如果制造出不健康、畸形或短寿的人，他们的人权何在？知识简述：科学从来都是一把双刃剑。但是，某项科技进步是否真正有益于人类，关键在于人类如何对待和应用它，而不能因为暂时不合情理就因噎废食。近年来发展迅猛的克隆技术和干细胞培养技术确实可能和原子能技术一样，既能造福人类，也可祸害无穷，但“技术恐惧”的实质，是对错误运用技术的恐惧，而不是对技术本身的恐惧。1）治疗性克隆，就是运用细胞核转移技术克隆早期胚胎，再从早期胚胎中提取干细胞，然后为治疗各种疾病做准备。由于胚胎干细胞具有分化成人类各种组织细胞的潜力，故患有疑难杂症的病人，可以利用克隆技术提取自己体细胞的干细胞，再诱导分化成所需的组织细胞，以取代因疾病受损的组织，恢复健康。2）干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。人体干细胞分两种类型，一种是全功能干细胞，可直接克隆人体；另一种是多功能干细胞，可直接复制各种脏器和修复组织。人类寄希望于利用干细胞的分离和体外培养，在体外繁育出组织或器官，并最终通过组织或器官移植，实现对临床疾病的治疗。目前干细胞研究的主要容有胚胎干细胞的建系与定向诱导分化，造血干细胞工程与造血和免疫重建，间充质干细胞工程与组织损伤修复，神经干细胞工程与神经损伤修复。3）人造生命：人造生命是指从其它生命体中提廷因，建立新染色体。随后将其嵌入已经被剔除了遗传密码的细胞之中，最终由这些人工染色体控制这个细胞，发育变成新的生命体。2010年5月20日，美国私立科研机构克雷格•文特尔研究所宣布世界首例人造生命一一完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生，并将“人造生命”起名为“辛西娅”。这项具有里程碑意义的实验表明，新的生命体可以在实验室里“被创造”，而不是一定要通过“进化”来完成。设计提示：实物展品：人造器官，能弹钢琴的智能假肢，弹簧式行走假肢互动展品：神经假肢SM43“跑调”的细胞一一癌症、致癌的基因突变和染色体突变、致癌病毒选题关注：人前沿关注：1）对癌症发病原因的深入研究；“致癌基因测序”计划；3）针对致癌病毒的“癌症疫苗”的研究；一些（还在试验阶段）的治疗手段，例如基因疗法、通过纳米机器人把药物定点运送到癌细胞周围等等；B话题关注：1）我们能预防和避免癌症吗？2）万一不幸罹患癌症，有多大机会战胜他？3）晚期癌症病人的临终关怀。C伦理关注：1）如何避免社会对具有“致癌基因”的人在医疗、保险、就业等各方面的歧视和变相歧视？知识简述：癌症的病因非常复杂。今天人们对于癌症的认识不断更新，虽然还很少有根治的办法，但已经对其机理有了比较深入的了解。在可预见的未来，癌症还不可能被完全攻克，但是能够做到延长病人的寿命、改善生活质量，这也已经是了不起的进步。在癌症治疗方面，现代医学想尽了各种办法，有些已经开始应用，有的还只是有待于实现的梦想。对癌症病因的争论还在进行中。有的癌症是由病毒引起的，甚至有人主说所有癌症都是由病毒引起的，只是我们还没有发现那些致病的病毒；多数人认为癌症的起因是基因突变，但也有科学家提出异议说染色体突变才是根本的原因。只有充分了解了癌症的致病机理，才能知道解决的方向。目前正有科学家在进行致癌基因测序的工作，试图找出所有与癌症有关的“致癌基因”。如果癌症真的主要由基因突变引起，那么在这项工作完成之后，就有可能及早发现癌症，并从最早期就开始治疗。设计提示：（略）

SM44“靶向治疗”SM44“靶向治疗”CT与特殊药物结合的癌症治疗新技术选题关注：人前沿关注：1）分子靶向治疗技术；2）靶向药物；3）多靶点联合阻断的发展方向；B话题关注：1）靶向治疗适合所有的癌症吗？C伦理关注：1）靶向治疗能攻克癌症难关吗？知识简述：开发抗肿瘤药物的新型靶向载体系统，改善药物在体的代动力学特性，增加药物定向富集到肿瘤部位甚至肿瘤细胞，提高疗效，降低毒副作用，是近年来备受关注的课题。1）靶向治疗：根据肿瘤的不同的特异性位点，抗肿瘤药物靶向性地与其发生作用从而杀死肿瘤细胞，而对正常组织影响较小。这是目前最理想的治疗模式。2）分子靶向药物作用机制：①信号传导阻滞；②抑制血管新生、抗转移；③细胞周期调节；④基因治疗；⑤免疫、疫苗疗法等。设计提示：（略）SM45“药物革命”一一各种新型药物的研究和进展选题关注：人前沿关注：1）功能基因组的研究；2）靶标发现与确立；3）药物代工程模拟技术；4）先导化合物的合理设计；5）计算机辅助组合化合物库设计、合成和筛选；6）基因工程药物B话题关注：1）能研发无副作用的药物吗？2）短时间研发的药物或疫苗投入应用会不会有问题？C伦理关注：知识简述：1）靶标的发现与确立：药物的靶标包括酶、受体、离子通道等。确认靶标的新技术主要有两个。一是利用基因重组技术建立转基因动物模型或进行基因敲除以验证与特定代途径相关或表型的靶标。这种技术的缺陷在于，不能完全消除由敲除所带来的其他效应（例如因代偿机制的启动而导致的表型的改变等）。二是利用反义寡核昔酸技术通过抑制特定的信使RNA对蛋白质的翻译来确认新的靶标。例如嵌入小核核糖核酸（snRNA）控制基因的表达，对确证靶标有重要作用。2）先导化合物的合理设计：所谓合理设计，是指根据已知的受体（或受体未知但有一系列配体的构效关系数据）进行有针对性的先导化合物设计，这种方法有别于一般普遍筛选的显著特点在于目的性强，有利于各种构效理论的进一步发展，因此前途十分广阔。3）代工程：利用基因工程技术改造细胞的代，以改善细胞的性能。代工程的主要目标是识别特定的遗传操作和环境条件的控制，以增强生物技术过程的产率及生产能力，或对细胞性质进行总体改性。4）基因工程药物：先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将该蛋白质对应的基因提取出来，经过基因重组和分子克隆等操作将该基因连接到一定的载体上，最后将重组的载体放入可以大量生产的受体细胞中去（如细菌、酵母菌、放线菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞），在受体细胞不断繁殖，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因工程药物。设计提示：（略）SM46疾病的总谱一一致病基因测序选题关注：人前沿关注：1）致病基因测序的方法；2）已确认的致病基因；B话题关注：1）致病基因测序什么时候才能实现？2）基因疗法是否可行？3）女性小叶性肺癌患者的激增是否与基因有关？C伦理关注：1）致病基因在多大程度上决定人是否患病？2）带有致病基因的人应不应该遭遇“基因歧视”？3）知道带有致病基因，人能更好地生活吗？知识简述：伴随人类基因组计划的实施，人类及众多生物物种的基因序列浮出水面，基因与疾病之间的关联也随之进入了科学家的视野。通过对DNA样本进行扫描，并分析疾病患者与健康人在基因序列上的差异，科学家们能够找出与疾病风险密切相关的基因信息。然而，在人类由30亿个碱基对、大约数万个基因组成的基因组中，哪些基因或者基因的突变可能导致疾病？这种寻找致病基因的工作通常如同大海捞针。外显子测序和全基因组关联研究就是使寻找致病基因更高效的方法。1）外显子测序：外显子是人类基因的一部分，包含着合成蛋白质所需要的信息。全部外显子，称为“外显子组”，只占人类基因组的百分之一。测定外显子序列只需针对外显子区域的DNA即可，因此远比进行全基因组序列测序更简便、经济，已成为现阶段基因测序工作的重心。2）全基因组关联研究：这种新的方法把注意力集中在人类基因组的一种微小突变上。这种突变是指DNA上的某个“字母”被另外一个字母取代（例如人人6变成了ATG），它被称作“单核苷酸多态”（SNP）。科学家估计，在人类基因组中可能存在约1500万个单字母突变，或者说，在人类这个遗传结构相当统一的群体，还有1500万个可能的SNP。借助于基因芯片等新技术，科学家可以同时分析一个人的基因组中的数十万个SNP。把许多健康人和疾病患者（这些人不一定必须属于同一个家族）的SNP结果放在一起，SNP的分布状况就可以显示出致病基因的一些蛛丝马迹。设计提示：SM47遥控的手术刀一一远程医疗选题关注：人前沿关注：1）手术机器人一一达芬奇机器人2）伽马刀手术B话题关注：1）手术机器人比医生更可靠？2）心脏搭桥，可以托付给机器人吗？C伦理关注：1）如果有一天，机器人取代了医生知识简述：只需一个传感器，医生就可以帮助病人跟踪药物的疗程，并自动把数据传给医护人员；足不出户，通过远程设备来测量血压和脉搏，结果会直接送到医护人员的移动上……远程医疗让医生随时和你相伴。随着计算机技术、通信技术与多媒体技术的不断发展，远程医疗技术已经从最初的电视监护、远程诊断发展到利用高速网络进行数字、图像、语音的综合传输，并且实现了实时的语音和高清晰图像的交流。甚至,借助于手术机器人，医生可以实现对手术刀的远程控制。相比于医生，一些人更信赖可以精准操控的手术机器人，然而，另一些人却依然疑虑机器手真的能代替医生手术吗？如果遇到突发情况，机器人是否能灵活处置？1）伽马刀手术：“伽玛刀”名为“刀”，但实际上并不是真正的手术刀，它是一种融合现代计算机技术、立体定向技术和外科技术于一体的治疗性设备，它将钻-60发出的伽玛射线几何聚焦，集中射于病灶，一次性、致死性的摧毁靶点的组织，而射线经过人体正常组织几乎无伤害，并且剂量锐减，因此其治疗照射围与正常组织界限非常明显，边缘如刀割一样，人们形象的称之为“伽玛刀”。2）达芬奇机器人：达芬奇机器人有可进入人体部的特殊镜头，可产生3D立体的图像；其机械手臂增加了活动的自由度，可完成转动、挪动、摆动、紧握等动作，更机动，更灵活，更好的完成手术者的指令。达芬奇机械手上有稳定器，具有人手无法相比的稳定性及精确度，过滤人手可能出现的颤动现象，动作更精确。截至2009年12月31日，达芬奇系统的全球装机总量为1395台，其中美国拥有1028台，欧洲248台，包括中国在的亚洲及其他地区拥有达芬奇系统119台。2009年一年，全球达芬奇辅助外科手术的数量高达20.5万台。设计提示：模拟展品：远程遥控机器人手术互动展品：体验伽马刀手术第三章生存展区主题导言直到人类能够从太空中俯瞰地球的那一瞬间，我们才真正意识到自己在宇宙中有多么幸运，又有多么独特。地球与其他星球是如此的不同，人类经过了漫长的时间，从这个蔚蓝色星球上的一个个细胞逐渐孕育而来。渐渐地那些不知不觉养成的生活模式与习惯，却酿成对孕育、养育自己的地球情感上的疏离，甚至行动上的背弃。地球其实从来不曾停止过对我们倾诉，只是直到今天，伴随科技发展才让我们能够真正地倾听与回复，展开这场关于陆海空天的科学对话。——这对话钟情深沉，意味久远。涉及领域环境与资源底线最新研究、碳循环、新能源技术、垃圾处理与利用、新农业、海洋能源开发技术、污染净化技术、航天技术、行星地质学、行星生物学、宇宙学……结构脉络一级脉络二级脉络前沿视点序区地球有话说SC01数据地球——生存环境底线对话一：的忠告是承载人类的伟大母亲。当我们呵护、尊重它时，它用沉甸甸的收获来回报；当我们索取、压榨它时，它用自身的苍白和贫瘠来回应。直到今天我们掌握了科学这门语言，才能够用心思考哀婉的忠告：我们并不只知道索取利用，SC11给洁面——垃圾处理技术SC12净化的血液一一水处理技术SC13深层黑金一一深层石油开采探秘SC14摩天大厦种庄稼——新型立体农场SC15为把脉——遥感对地观测技术

也懂得感恩和珍惜。对话二：海洋的期待SC21还你一片蔚蓝——清洁海洋生蔚蓝色的海洋是地球生命的缘起，SC22耕种、养殖海洋——从海洋获取食物只是人类离开它的时间太久，才渐渐忘SC23回归海洋的怀抱——海底城市存记了曾与它有过多么的亲密。今天当我SC24海洋黑金一一海洋石油开采技术们从大海熟悉的咆哮声中，听到了饱含SC25借你一缕光焰一一水火相生的可燃冰对深沉的期待诉说时，更加智慧起来的人类不会默然无语。话对话三：的吟唱SC31碳原子的时空之旅——地球碳循环天空带给过我们多少美好，白日白SC32为地球打上遮阳伞——修补臭氧层云放飞着轻松心情，夜晚璀璨群星寄托SC33为了你，我们无所不“能”一一各种绿色清洁能着无尽遐想。天空总是穿着大气这层看源的技术进展不见的外衣，把我们与宇宙空间的辐SC34遮蔽的黑手 灰霾射、寒冷和真空隔离开来。听着长空中SC35土地酸化的元凶 酸雨传来悠远的吟唱，不容小视的方方面SC36气候变化与温室气体 挑战和应对面，需要科学的回复对话四：太空的召唤SC41未来狂想曲一一黑洞城市及其他从人类第一次仰望星空的那一刻SC42空间的跳板一一建立月球基地起，对宇宙空间的向往就镌刻在了我们SC43壮阔的远途一一登陆火星、建立火星基地的DNA中。我们的心深处一直回响着来SC44红黄蓝三部曲一一再造一个地球自高远空间的召唤，只是无法做出太多SC45脚踏虚地——建设太空城的回应。直到现在，人类才能向太空喊出自己的承诺：来了，我们就要来了！展项举例序区地球有话说SC01数据地球——生存环境底线选题关注：人前沿关注：（略）B话题关注：（略）C伦理关注：（略）知识简述：科学家设置生存环境底线一一1）海洋酸化：底线 全球海洋文石（Aragonite）饱和率不低于2.75：1（目前安全）2）臭氧空洞：底线一一平流层臭氧浓度不低于276D.U（经改善，已安全）3）淡水消耗：底线一一每年消耗不超过4000立方千米（本世纪中叶接近底线）4）生物多样性丧失：底线一一每年物种灭绝率不超过百万分之十（远超底线）5）氮、磷循环：底线一一大气中每年的固定氮不多于3500万吨（大大超过底线，后果严重）；磷在为冲破底线前，每年还可以增加1100万吨6）土地占用：底线一一不超过15%的非冰层土地用于谷物种植（本世纪中叶达到底线）7）大气暖化：底线——大气中CO2的含量不超过350Ppm（已经突破底线）8）气溶胶：底线未能设定9）化学污染：底线一一未能设定人类主动权或许只剩十年！设计提示：数据地球：1）艺术造型：生存环境底线2）人机交互问答：请观众在装置上输入自己的身高、体重、饮食习惯、生活方式等信息，由此计算出每一位观众一生中所要消耗的各种资源总量。人机交互问答：地球能承载多少个你；（个别国家消费水平需4个地球）4）音乐效果演示：大自然的“交响乐”，让观众聆听来自自然界的生命和谐声音，加入来自人类生活、工作的噪音后，和谐就被破坏了。5）给出个人每日消耗，机器算出来你一年消耗，与全球平均值比较，占地球总份额的多少。对话一的忠告SC11给洁面一一垃圾处理技术选题关注：人前沿关注：1）无害化填埋；2）垃圾焚烧发电；3）资源化利用；4）源头控制技术B话题关注：1）大都市的居民生活在垃圾环绕的垃圾山里，如何解决？2）发达地区向发展中地区的垃圾转移？3）高科技电子垃圾的重金属及其它有毒有害物质污染。C伦理关注：1）3R理念（Reduce（源头减量）、Reuse（重复使用）、Recycle（循环再生）与生活观念的改变；2）垃圾焚烧技术带来新的环境污染与人体健康问题？知识简述：1）城市与垃圾：生活垃圾逐年上升，未经有效处置的垃圾已经包围了城市，如何有效处置生活垃圾与高科技生活带来的大量电子垃圾已经成为城市可持续发展中的严峻问题。2）垃圾处置技术：无害化填埋；垃圾焚烧与发电；有机垃圾堆肥；其它新技术：城市生活垃圾超临界湿解氧化技术，包括（高温高压湿解技术、超临界流体技术、萃取技术、超临界流体萃取技术、超临界水氧化技术等）。但是目前成本较高，产生的毒副作用还有待研究。3）垃圾管理中面临的新挑战现在面临的问题不是没有去除二嗯英的技术，而是有效监控垃圾分类与焚烧炉运行，切实保证二嗯英的产生。4）3区生活Reduce：源头减量；Reuse：重复使用；Recycle：循环再生。设计提示：控制垃圾产生源头最终要:1）城市与垃圾：充分表现观众身陷垃圾山的危急感和震撼性。按照市的垃圾统计数据，依次表现出可回收资源化的垃圾、可焚烧减量的垃圾、不可燃垃圾、有害垃圾，使观众感悟垃圾分类与垃圾减量的源头控制技术一一触手可及的前沿科技。2）垃圾处置技术通过展示垃圾处置技术，使观众了解到当前垃圾处置领域的发展状况，例如：通过对比垃圾减量与分类技术对填埋场及周边环境的影响，暗示垃圾减量与分类技术的重要性；以国家863等科技成果为蓝本，展项高效、安全的先进垃圾焚烧发电技术，阐述未来垃圾处置发展趋势。3）垃圾管理中面临的新挑战垃圾焚烧技术带来新的环境污染与人体健康问题，主要介绍二嗯英的产生及控制技术，重点说明监管的重要。4）3区生活Reduce：形象表现市家庭垃圾排放量，体现出每个人的生活与垃圾山的关系；Reuse：变废为宝的创意若干；Recycle：垃圾再生利用的案例与说明。SC12净化的血液一一水处理技术选题关注：人前沿关注：1）微生物水处理系统；2）安全饮用水保障技术；3）中水及风险性；4）生态处理技术。B话题关注：1）从源头到末端处理，如何保障饮用水的安全？2）破解污水生物处理百年来的黑箱？3）中水安全吗？4）天然自净过程与人工强化。C伦理关注：1）饮用水处理的新工艺如臭氧氧化带来的新问题---致癌物质澳酸盐。2）生物处理后水净了，大量的污泥怎么办？知识简述：1）大自然馈赠大自然的水循环过程：海洋蒸发-降雨冰山-汇溪成河-水源保护-自来水厂-人-污水-污水处理-回到自然。■饮用水的安全保障：从饮用水源的保护到自来水厂的臭氧等新技术应用、再到输送管网的安全性、末端处理技术等构成了保证城市用水安全的绿色屏障。2）污水处理技术水处理的原理来自大自然一一生物处理、生态处理。破解污水生物处理百年来的黑箱一一活性污泥：活性污泥法作为最为常见的污水处理技术已经有了百年的历史，现在的新技术发展都是在原有工艺的基础上改进，如增加了托但除磷功能等等，而这百年的处理工艺源自更为久远的天然自净过程的人工强化。高级氧化技术：包括光催化氧化、臭氧氧化、超临界水氧化、微波催化氧化等。3）水处理的新话题饮用水处理的新工艺如臭氧氧化带来的新问题---致癌物质澳酸盐。生物处理后水净了，大量的污泥怎么办？4）水的感悟现代生活的水系统：现代化都市离不开4套水系统：自来水进入办公室、大楼自设水质安全保障处理系统一一直饮水、污水排入污水站净化后、中水绿化及冲厕用。设计提示：1）大自然馈赠展示大自然的水循环过程，引出人与水和谐相处的论题。展示融合科学家在饮用水的安全保障领域多年的探究成果，能够引发观众对于“水安全”的思考。2）污水处理技术水处理技术的基本原理：用生动的展示手段使观众了解到水处理的原理实际上是取法于自然的，而活性污泥的百年黑箱至今还是科学家探究的对象，引发人与自然和谐的思考。水处理的节能降耗技术：体现以水研究领域国际顶尖学者荷兰delft大学Mark教授、东京大学Mino教授及中国科学院优秀百人计划入选者敏教授为代表的科学家在本领域的研究成果与思考。表达出水处理领域的前沿发向。高级氧化技术：随着人工合成化学品的发展和应用，传统的活性污泥法遇到了新问题，从而推动了各类高级氧化技术对于有毒有害有机污染物的去除技术研究的发展，包括光催化氧化、臭氧氧化、超临界水氧化、微波催化氧化等。这是水处理技术的另一个发展方向。3）水处理的新话题通过饮用水处理的新工艺带来的新问题（如：臭氧氧化带来致癌物质澳酸盐；生物处理后水净了，但产生出的大量污泥如何处理？），使观众感受到技术很难尽善尽美，不如从源头控制，珍惜水资源。4）水的感悟生活与水：埋藏在城市地下或墙里的4套水系统近在咫尺却不为人所见；生活必需品在生产和使用中污染的水从身边流走却不为人所知，展示人们对水的依赖，引发观众对生活方式的思考。美丽的水：发挥想象，从多角度展示美丽的水。引发思考一一人类需要洁净的水，最新的技术来自自然的启示。SC13深层黑金一一深层石油开采探秘• 选题关注：人.前沿关注：1）智能井技术；2）微生物采油技术；3）蒸汽辅助重力泄油技术；4）超声波采油技术；5）轻质油藏注空气开采技术；6）火烧油层开采技术。B.话题关注：1）石油采取衰竭式开采的后果；2）深层石油开采中对地层的污染问题；3）如何加快替代能源的研发。C.伦理关注：1）资源争夺，石油与战争之间的种种在联系；2）攫取更多化石能源对自然环境的破坏，如：破坏地层、加剧温室效应。• 知识简述：随着社会的发展，人类社会越来越依靠能源，石油占据着最重要的地位，石油是工业的血液。因而石油化工也发展迅速，石油资源经过140多年的开发，浅层油藏基本上已被开采殆尽，人类开始不断向深层油藏的开发迈进，然而这却引发了更多的环境问题，所以资源的有效利用和环境保护成为当今社会的焦点。1）智能井技术2）微生物采油技术3）蒸汽辅助重力泄油技术4）超声波采油技术5）轻质油藏注空气开采技术6）火烧油层开采技术• 设计提示：1）石油开采的影响与前景以美伊战争、川东北气矿井喷事故资料为切入点，重点展示石油开采引发的社会影响。2）深层石油开采技术展示智能井技术、微生物采油技术、蒸汽辅助重力泄油技术、超声波采油技术、轻质油藏注空气开采技术、火烧油层技术开采技术等技术的机理，如模拟火烧油层技术：注入空气-点火-燃烧-稳定燃烧采油的全过程。3）故事举例：最早的石油是拿镐头开采，地下50米深。第一次开采石油人们惊呆了，认为是上帝惩罚人类把水变黑，所以第一家石油公司就叫黑水石油公司。SC14摩天大厦种庄稼一一新型立体农场• 选题关注：人前沿关注：1）全封闭的绿色生态系统；2）土壤替代物的研究；3）气培和水培技术；4）高产新作物的培育；5）先进的灌溉技术。B话题关注：1）在人口爆炸的未来，怎样让地球能够喂饱100亿人？2）在耕地减少、水土流失的当下，农业的根基应该建立在哪里？3）我们消耗的淡水资源绝大部分用在了农业的灌溉上，如果能够在农业灌溉上节约用水，人类的生活用水紧将大大缓解。C伦理关注：1）植物需要的生长环境和人类需要的自然环境是有区别的；2）应该按照怎样的饮食结构来解决粮食问题？饮食结构在伦理意义上有高下之分吗？知识简述：民以食为天。然而，由于耕地和水资源的缺乏，农业面临着重大的变革。解决耕地问题的技术手段之一是大力发展气培和水培技术，并寻找土壤的替代物；解决水资源问题的主要技术手段是改善灌溉技术，比如大力发展滴灌技术。“立体农场”的构想能够同时满足以上的要求。它可能是一幢玻璃墙壁的大楼，楼顶上铺满了太阳能电池，为全楼的照明提供能源；楼里所有的作物都采用水培技术，或者使用土壤替代物进行栽培。整个玻璃大楼可能是全封闭的，自成一个绿色的生态系统。立体农场占用土地的面积比起可栽种面积来非常小，它是将来解决人类粮食问题的一个可能方向。设计提示：互动展品：立体农场模拟。迪拜筹建螺旋垂直农场（种植食物可养活4万人）。SC15为把脉一一对地观测技术• 选题关注：人前沿关注：1）天空地一体化的立体对地观测体系；2）遥感技术的全谱段、全天时、全天候特点；3）高光谱遥感技术；B话题关注：1）目前洪涝、冰雪、干旱、泥石流、滑坡、地震等自然灾害频繁发生，如何有效监测和预报？2）灾害发生后，如何利用遥感技术辅助救灾减灾，降低损失?3）结合遥感技术，建立用于政府和部门决策的灾害应急监测体系，用于科学决策。C伦理关注：1）遥感技术作为“天眼”的无时无处不在与未来可能引发的隐私保护冲突。知识简述：随着全球气候和环境变化，近年来自然灾害频发，如何有效监测并预测这些灾害的暴发一直受政府关心，也是科技界关注和研究的重要方向。遥感技术的发展为灾害预测、预警和实时动态监测提供了有力手段。1）遥感卫星对地观测系统目前在轨运行的遥感卫星覆盖了多分辨率（从米级到公里级）、不同重访周期（1天至几十天）、不同光谱分辨率（几纳米到上百纳米）、不同光谱波段（可见光、红外、微波）。形成的对地观测体系越来越完善，监测能力大大提高，在自然灾害暴发时能够及时监测和评估。2）遥感技术进行灾害监测地震：以汶川和地震为例，展示航天和航空遥感监测、评估地震灾情的能力。以目前的技术手段和能力，难以实现地震短期预测，人们能够做到是增强建筑物抗震级别，减少地震发生时的危害，在地震发生后能够利用技术手段迅速监测灾情，辅助抗震救灾。滑坡：遥感技术能够有效监测和评估山体滑坡状况。山体滑坡有可能拥塞河道、破坏农田设施、损坏交通线，给人民造成重大经济损失。通过一系列遥感监测滑坡的图像显示出遥感动态监测山体滑坡造成的环境和生态危害，为准确评估危害提供科学数据。洪涝灾害：洪涝灾害发生时，一般处于恶劣天气，可见光遥感技术难以发生作用，而微波遥感穿云透雾的能力能够发挥巨大作用。设计提示：1）遥感卫星对地观测系统：展示多颗遥感卫星环绕地球的情况，让观众感受到卫星观测的强大能力。2）遥感技术进行灾害监测地震：让观众感受到遥感监测地震灾情中的作用，借助此手段能够快速、准确判断受灾情况、交通线损毁状况，相关信息有利于救灾部门做出正确决策。滑坡：通过一系列遥感监测滑坡的图像显示出遥感动态监测山体滑坡造成的环境和生态危害，为准确评估危害提供科学数据。洪涝灾害：通过展示洪涝灾害发生时，微波遥感图像监测洪水淹没区域的监测情况，让观众感受到微波遥感对于洪涝监测的强大能力。对话二海洋的期待SC21还你一片蔚蓝一一清洁海洋选题关注：人前沿关注：1）石油类污染及其防控；2）富营养化及其防控；3）重金属和POPs污染及其防控；4）生物污染及其防控；5）海洋垃圾防控。B话题关注：1）海洋运输业快速发展和海洋化石能源开采带来的海洋石油类污染的立体监视监测、预测预报及污染控制措施。2）赤潮灾害监测、预警、防灾减灾及应急响应体系及机制。3）典型污染物重金属和持久性有机污染物（P0Ps）的生物吸收与转化（降解）。4）船舶压载水及生物引种带来海洋生物污染，如何处理船舶压载水，杀灭外来海洋生物？如何管理与控制海洋生物引种？5）正确认识海洋垃圾的来源，从源头上减少海洋垃圾的数量，有助于降低海洋垃圾对海洋生态环境产生的影响。C伦理关注：a）生态安全；b）海洋生物食品、医药品安全。知识简述：21世纪人类进入了开发利用海洋的新时代。国际间以开发和占有海洋资源为核心的海洋维权斗争愈演愈烈，而与之相伴的海洋科技实力的较量也日益凸显。海洋不仅在全球气候变化中担负着重要使命，也是海洋产业的重要载体。目前，我国海洋产业产值（GOP）已占GDP十分之一左右。如何保证海洋清洁，安全、可持续地开发利用海洋资源，是政府关心、科技界关注和研究的重要方向。保证海洋清洁，必需了解海洋主要污染及其环境行为、控制技术。1）海洋石油类污染及其防控:目前的海洋石油类污染主要来自于海洋油气开发及海洋交通运输业。海洋石油类污染包括石油及其炼制品（汽油、煤油、柴油等燃料油）在开采、炼制、贮运和使用过程中进入海洋环境而造成的污染。此外，还包括船舱等清洗废水中排放带来的石油类污染。海洋石油类污染是目前一种世界性的严重的海洋污染。其防控措施有相关法规制定与完善；含油废水处理技术应用；海洋石油类污染立体监视监测技术应用；船用先进导航通讯技术在防止海难事故中的应用；发生石油污染后的拦油、油回收技术以及化学消油技术方法应用，以减少石油类污染造成的损失。2）富营养化及其防控：赤潮/绿潮是近海海域富营养化导致的海洋灾害，近海富营养化防控主要表现在赤潮/绿潮灾害监测、预警、防灾减灾及应急响应体系及机制建立及有效实施。4）生物污染及其防控：船舶压载水及生物引种是海洋生物污染的主要来源，采取有效管理和杀灭技术可有效控制海洋生物污染。5）海洋垃圾防控：海洋垃圾是海洋和海岸环境中具持久性的、人造的或经加工的固体废弃物。海洋垃圾影响海洋景观，威胁航行安全，影响海洋生态系统健康、海洋经济发展。海洋垃圾的来源主要有陆源和海岸或海上活动来源。海洋垃圾可停留于海滩，亦可漂浮于海面或沉入海底。正确认识海洋垃圾的来源，从源头上减少海洋垃圾的数量，以及一定层次上的打捞可降低海洋垃圾对海洋生态环境的影响。设计提示：1）海洋石油类污染及其防控：展示海洋石油类污染及其防控措施，让观众认识海洋石油污染及其对海洋生态系统造成的危害，及我们能够采取的防控措施。2）富营养化及其防控重金属和POPs污染及其防控：以图片等方式展示富营养化带来的赤潮/绿潮问题，让观众认识海洋氮磷污染对海洋生态系统产生的影响，及我们能够采取的防控措施。3）重金属和POPs污染及其防控：展示重金属和POPs污染导致的海洋生态系统损害。4）生物污染及其防控：展示船舶压载水带来的外来生物入侵对当地海洋生态系统造成的生态灾难与杀灭外来生物采取的技术方法。5）海洋垃圾防控：以图片形式展示各种海洋垃圾及其对海洋生态、经济的影响，以唤起观众保护海洋环境的自觉意识。“网收”海洋垃圾。在近海海域，组建一支特殊的船队，利用太阳能为动力，可无人驾驶，船与船间拖着可自动收缩的大网。但是，那些网并不用来捕鱼，而是用来收集漂浮在海面上的垃圾。这支船队不仅仅用来收集海洋垃圾，并能够在出现原油泄漏等特殊事故的时候及时支援予以应对。当遇到原油泄漏时，船与船之间的网自动加密，用来围堵原油，防止扩散。SC22耕种、养殖海洋——从海洋获取食物• 选题关注：人前沿关注：1）深海网箱养殖；2）海水工厂化养殖系统；3）海洋生物资源增殖放流；4）海洋牧场建设。B话题关注：1）海水网箱养殖对环境的影响；2）海洋生物资源的新涵及其研究与利用；3）海水养殖的工业化之路；4）海洋农牧化。C伦理关注：1）海洋生物资源的可持续利用；2）海洋环境改变对海洋生物的影响；3）人工生物种群与天然生物种群的关系；知识简述：1）深海网箱养殖：深海网箱养殖是指可以在相对较深海域（通常海区深度大于20m）使用的养殖网箱，是近十年来迅速发展的养殖设备与养殖方式。也是一种高投入、高风险和高回报的设施养殖方式。2）海水工厂化养殖系统：由于采用废水处理及资源化技术，工厂化养殖具有封闭循环利用养殖水、降低用水量、高密度、养殖生产不受地域气候限制、资源利用率高、产品优质安全、病害少、对环境污染小等优点，是水产养殖业的重要发展方向之一，是实现水产养殖业可持续发展的重要途径，该养殖模式在国外发达国家得到普遍应用，国也得到快速发展。3）海洋牧场海洋牧场是以丰富水产资源为目的，采用渔场环境工程手段、资源生物控制手段以及有关的生产支持保障技术，在选定海域建立起来的水产资源生产管理综合体系。设计提示：1）海洋渔业的发展史及现状；2）以图片或动画展示深海网箱的主要类型、结构及其养殖生产状况；3）以动画形式展示工厂化养殖循环系统；4）以图片/照片、动画或视频等方式展示海洋牧场。各种类型的人工鱼礁，海洋声、光场集鱼；海洋生物资源增殖放流流程。SC23回归海洋的怀抱——海底城市• 选题关注：人前沿关注：1）海底防护罩；2）空气制造；3）；4）淡水供应；5）海底城市生态系统。B话题关注：1）防护罩的安全和稳定问题；2）人类生存要素、空气、淡水的供应和成本问题；3）建设海底城市的周期和成本问题；4）海底城市长年供热问题；5）海底交通问题。C伦理关注：1）我们是否有权踏足海底世界？2）我们建造海底城市过程中对海洋生物产生的影响如何消除？3）海底城市居民权利如何分配？知识简述：随着人口增多，地球土地资源紧缺，城市人口剧增，住房逐渐成为人类关注与亟待解决的问题。在大海深处建设一个海底城市，将部分人口移民海底，会给人们带来一个优良的生活环境并能缓解陆地空间紧的状况。现在一些国家已开辟了海底油库、海底仓库和小型海底娱乐场。为以后的海底城市建设奠定一定的技术基础。设计提示：1）陆地可利用空间与海洋可利用空间进行对比，展示海洋空间的魅力。2）展示模拟水下城市，及商业娱乐居住于一体，让人们感受身临水下的美妙。3）让人们试呼吸人造空气，切身感受到科技的实用性。4）引发人们对海底城市的向往，可以通过电脑模拟，做出一座座海底城市，通过视觉冲击，来拉近海底城市与人们的距离。SC24海洋黑金——海洋石油开采技术选题关注：人前沿关注：1）水下机器人；2）深水半潜式钻井平台；3）膨胀管定位多分支井完井技术。B话题关注：1）海上开采石油的安全性；2）海上开采石油中的漏油事故及对生态环境的影响；3）海上员工的身心健康。C伦理关注：石油与海洋生态。知识简述：从1947年在墨西哥湾打出世界上第一口海上商业性的油井开始，到现在为止，全世界已有100多个国家在开采