为了增进中日两国杰出青少年之间的深厚友谊，加深对两国社会和人文的了解，为未来国际科研合作储备战略后备人才，促进两国未来杰出人才之间的互信与理解，由我国教育部支持、北京大学主办的“亚洲青少年交流计划”第二期项目于2022年秋季学期启动。第一门课奇妙多元的《火山》世界给大家带来的惊喜与激动还未消退，第二门课《探索超级显微成像世界》于11月初如期开课。历时一个多月，我校元培24名学生在张亚慧老师的带领下，完成了自主微课学习、课后作业提交和直播课交流分享，收获满满，颇受启发。

在线微课第1节《生物成像的意义：美学、哲学和医学》，陈良怡教授一方面介绍了超级显微成像如何与艺术结合，让我们更好地欣赏生命的这个即兴戏剧本身；另一方面，介绍了超级显微成像应用于医学，帮助人类如何更清楚地理解疾病发生机制，从而有针对性地找到治疗方法。本节的思考题为“思考讨论显微镜到底有些什么用处？”

陈良怡教授为项目量身录制的微课第1节

我校的“基因编辑小组”谈到“显微镜的作用：

1、了解生命本身，可能有的时候不仅仅是用来做研究，而是看到瑰丽的生命在这个舞台上绽放自己，尤其是荧光成像，就像许多艺术品一样（比如“中国结”）。老师称之为“生命美学”。

2、对于研究的重要性，看到生命起源的过程，看到疾病的原理等等。

3、能看到生命活动的过程和疾病产生的原因，比如新冠病毒，能够“看到”它如何和细胞膜贴合在一起，在细胞膜上待多久，最后怎样进去，正是因为有了显微镜，我们才能了解到这样的全过程，才能够研究药物去破坏其中的某个过程。

4、对研究脑科学有很大的意义，研究疾病发生的机制。

5、有时候甚至对于一些无药可治的疾病也能通过显微镜找到灵感，比如配酶病，看的更清楚，可能会对病人有很大的帮助。

总结：看清楚疾病发生的过程和原因、找到治疗疾病的药物和方法。”

在线微课第2节《超级显微镜如何让我们看得更清楚》，主要介绍了荧光成像、分辨率极限的概念以及各种各样的超分辨率显微镜。陈良怡教授团队正在使用结构化照明的方式提高显微镜的分辨率，他提到这里面包含很多不同领域的东西，如物理学、光学、化学和量子、信号处理、计算机和数学。希望同学们在中学、大学阶段认真学习不同课程，为将来解决现实中存在的问题奠定基础。本节思考题为“思考讨论为什么会有所学的不同学科？学科之间有些什么联系？”

陈良怡教授为项目量身录制的微课第2节

“反卷反摆烂小组”谈到“因为我们还在处于一个学习基本科学知识的阶段，而科学的各种基础知识是相对独立，互不干涉的，但散乱的知识不利于建立完整的知识体系，为了使我们更好地理解与归纳，便将它们归为了不同学科。学科之间的联系确实不能通过各学科的基础知识体现出来，但是可以通过综合问题体现。在上一个问题中，我们已经说过，学科实际上是一种分类，而一个综合问题的边界是模糊的，需要涉及到很多领域的内容。在下面这张图中，我们可以看到，越是综合的问题，它对“学科”的归属就越不确定，在综合问题中，“学科”之间相互辅助，相互补充，共同解决了这个综合问题。

微课第2节小组作业

在线微课第3节《稀疏解卷积：数学如何让我们无中生有，看得更清楚》，陈教授主要介绍了数学/计算超分辨率成像，如何将大家习以为常的知识引入图像重建过程，从而找到一条别人没有尝试过的提高分辨率途径。本节思考题为“思考讨论稀疏性先验和文学艺术里面的什么原则类似？连续性先验又与日常生活中哪些过程相类似？”

陈良怡教授为项目量身录制的微课第3节

“基因突变小组”谈到“稀疏性先验的意思是，我们预先知道画面中有很多地方是零信号（即无用信息）。存在稀疏性先验之后，我们对于零信号，不需要知道准确的位置，只需要知道有很多零信号存在即可。稀疏性先验的应用原理就是，若一个取样范围内有用的信息较少，于是我们不必精确取样每个点，只用有代表性地取一些点，找到有用信息的连续信号，就可以大体复原这个图像了。这里就是一种把不重要信息空白化、模糊化处理的手段。

大道至简，稀疏性先验也在文学艺术领域有很多运用。

于文学，我认为“详略结合”与稀疏性先验类似，当我们协作时有了需要追溯的主线内容，我们可以对于不重要的角色（也就是零信号）减少笔墨、简化，从而突出主题。在做阅读理解题目的时候，我们知道文章中一定存在大量无关信息，于是先抓住题干需要我们知道的主要内容（非零信号），在脑内删去那些无关内容（零信号），然后主线就更清晰地呈现出来，有利于抓重点。

于艺术领域，“留白”这样的绘画创作手法，“虚化”这样的摄影创作手法，都是利用“稀疏性先验”。它们把区别于主题的零信号进行模糊化甚至空白化处理，令主题更加突出。”

12月上旬我们迎来了《探索超级显微成像世界》的第4次课，即线上直播课。来自北大附中、北京四中、上外附中和日本宝仙中学、涉谷学园幕张中学的学生们按照陈老师提前布置的主题任务要求，现场阐释了对“拍照、摄影、成像和我”的理解。

我校衔接班学生赵一越进行了《摄影的知识》主题汇报。他接触摄影已有两年，在报告中充分展现对摄影的热爱，并围绕着不同摄影镜头及不同显微镜的成像原理展开讨论。他以单反相机为例，介绍机身及镜头的构造，解说光线在通过镜头折射到机身的暗箱中成像的过程。相机镜头大致分为微距、短焦、长焦、超长焦四个种类，分别用于拍摄不同的摄影对象，微距镜头主要用于拍摄细微的物体，例如花卉、昆虫等，短焦和中长焦镜头适合记录风景并注重光影效果。赵一越热衷于野生动物摄影，他建议同学们使用超长焦镜头捕捉动物们的风采，若是对天文感兴趣的同学，也可以使用望远镜或超长焦镜头探索天文的奥秘。赵一越鼓励同学们主动发现生活中的美，用手机或相机记录平凡而美好的瞬间。

北大附中学生代表发言

在通过摄影镜头看美丽的大千世界之后，来自我校的高一学生袁梓崇带领大家进入更微观的世界。从1665年Robert Hooke用显微镜观察植物的木栓组织，到如今我们已能看清楚蛋白质分子结构，要归功于显微镜的发展与改良。袁梓崇介绍了四种重要的显微镜：光学显微镜是同学们最熟悉的一种，在生物课上用于观察口腔上皮细胞、洋葱表皮细胞等；电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成，其运作原理相当于以电子替代光子照射物体，电子的波长远低于光波，因此能看见非常微小的结构；冷冻电子显微镜的出现，修正了电子显微镜的真空问题、电子对蛋白质造成破坏及蛋白质活性的问题，其基本思路为样品冷冻，保持蛋白溶液的液态结构，再冷冻成像，获取二维投影图像；荧光显微镜的诞生，解决了冷冻电子显微镜无法观察生物分子动态分布的问题，可以用运用于深入理解疾病的发病机制，找到对症的治疗药物。显微镜的不断改进展现了人类在科学领域的精益求精，袁梓崇与同学们共勉，秉持锲而不舍的精神，在科学之路上追求卓越，以造福人类社会为己任。

“技术的发展让我们突破极限，让我们看得更清楚。”北京四中的同学们从原理出发，详细阐述了荧光成像的基本原理，分析了在普通荧光显微镜基础上制造出的CSM与STED显微镜的工作机制。之后，他们分别从科研领域与医疗领域介绍了超高分辨率显微镜的应用。从对斑马鱼大脑进行的动物行为学研究到肾脏免疫病理学的可视化、阿尔兹海默症的研究，超高分辨率显微镜都发挥着其巨大的作用。

北京四中学生代表发言

从显微镜下呈现紫水晶样的鼠尾草到呈现五颜六色斑点样的手机保护罩，日本宝仙中学的同学们从宏观与微观角度对五种物质进行了观察。紧接着，他们由人体血管的分形结构拓展到染色体、宝塔花菜等，证实了自然界中存在许多这样的分形结构，并从数学角度探索了分形结构的发现历程。此外，分形结构已经在建筑方面有所应用，例如京都大学利用分形结构开发出了降低红外线辐射量的遮阳设备，以缓解城市热岛效应和地球变暖等问题。

日本宝仙中学学生代表发言

来自上外附中的同学们以高中生物教材中的人鼠细胞融合实验作为引入，阐释了荧光的本质、标记过程及材料。之后，他们通过介绍荧光在鉴别物质、测定氨基酸蛋白质和核酸的含量、研究生物大分子的物理化学特性及其分子的结构和构象以及在刑侦中的应用，凸显出荧光在当今研究领域的重要性。

上外附中学生代表发言

着眼于科学技术和艺术的结合，日本涉谷学园幕张中学的同学们以照片的编辑功能为主题分享了他们对“拍照、摄影、成像和我”的理解。从通过改变色温、对比度、饱和度等调整照片的局部修改，到照片的放大与缩小、黑白照片彩色化处理，他们将多张照片进行了修正与对比。“同样的一张图片，如果我们对它进行放大或者缩小，所看到的画面是完全不一样的。我们所处的世界是多元、美丽的，通过放大和缩小这样的照片编辑功能，我们可以发现身边更加美妙的世界。”他们说。

日本涩谷学园幕张中学学生代表发言

在五所学校代表汇报结束之后，同学们也发表了自己对于课程和汇报的感想。我校吕思瑶同学这样说：“这次项目带给我的收获不仅有有关显微成像的生物学知识，还有一些上层通用的思维逻辑。”金雍翔同学也感触颇深，“在用显微镜观察微观世界的过程中，我们不仅能看到人类科技的进步，也能感受到人们对自然世界不断探索的精神。”

在最后的课程总结中，陈良怡教授分享了英国诗人William Blake的名言“To see a world in a grain of sand, and a heaven in a wild flower. Hold infinity in the palm of your hand, and eternity in an hour.”这句话是我们熟悉的“一花一世界，一树一菩提”，在极其微小之物中看到一个崭新的宏大世界，也是陈老师希望通过课程传达的理念。陈老师认为，这门课程不仅是了解显微镜的功能，更要思考使用显微镜背后的意义。人类是视觉动物，我们通过看见世界的运转方式，推断万事万物的规律，显微镜就是一个通向科学世界的入口。他鼓励同学们将科学领域的学习经验应用于生活中，能够见微知著，通过现象认清事物的本质，更要跨越学科边界，从容地应对挑战，探索无限可能，推动世界改变，为未来人类社会做出贡献。

《探索超级显微成像世界》用四节干货满满的课程为同学们带来了前沿技术的探索与学科思维的融合，教会了同学们敢于探索、勇于思辨、心系社会、善于发现美。中日五校的学生们在课程中收获颇丰，并在交流中相互带来启发，对此陈良怡教授感到十分欣慰。他非常肯定同学们的展示，并表示自己在这一过程中也学到了很多，大家一起探讨交流十分有意义。“我觉得在你们的身上，我看到了将来发展中能够把格物致知做到极致的未来希望。”陈良怡教授说。此外，他还分享了他的实验室在开展用乐高做显微镜的本科生项目，希望之后能够在中学中推广。同学们将带着与老师、与同学们学习的丰硕收获，满怀热忱迈向下一段旅程，迈向科学前沿的广袤天地。

陈良怡教授课程总结发言

附：陈教授简介

陈良怡，北京大学未来技术学院长聘教授。西安交通大学生物工程与医学仪器本科学位（1995年），华中科技大学生物电子学硕士学位(1997年)，生物医学工程博士学位（2001年）。2001至2004年，任美国西雅图华盛顿大学生理与生物物理系博士后。2004至2010年，他入职中国科学院生物物理研究所任副研究员。2010年，入职北京大学分子医学研究所（后并入北大未来技术学院）任研究员、博士生导师。2020年起任博雅特聘教授，并担任北京大学IDG麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心特聘研究员。研究领域为发展先进生物荧光成像方法，应用这些方法研究糖尿病相关的胰岛素分泌调控过程等。

附：项目介绍

由中国教育部支持、北京大学主办的“亚洲青少年交流计划”项目于2021年秋季学期启动，来自中、日两国顶尖高中学生共同参与线上课堂，相互学习、共同探讨、缔结友谊。项目课程均由北大教授专门为中学生设计并亲自讲授，并借助在线沟通与协作平台，通过AI辅助的实时自动翻译功能助力中外学生跨越语言障碍，沟通交流思想、讨论学习心得。

项目第二期于2022年秋季学期开始，开设《火山》、《探索超级显微成像世界》、《人与自然和谐共生的可能性》《云冈石窟：中国石窟艺术的第一个巅峰》四门课程，吸引了来自北京大学附属中学、北京市第四中学、上海外国语大学附属外国语学校、日本涩谷教育学园幕张高中、东京宝仙学园高中、早稻田大学附属高中等六所中日高中共计150名学生参加。