1.课题背景

1.1中科院微型实验室“科探方舟”

“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”教学集成包相当于一个微型实验室，其中包含了基础科学领域、生命科学领域、智能检测与控制领域、工程技术领域和资源环境领域五大领域的十个课题,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。

“科探方舟”的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，提高综合素质，为成为未来社会急需的创新型人才打下基础。

1.2课题简介

海洋是生命的摇篮，气候的调节器，是人类赖以生存的重要资源库，覆盖地球表面70%以上的面积。然而，近年来，过度开发、污染排放和气候变化等因素导致海洋环境急剧恶化，海洋生态系统面临前所未有的威胁。

本课题聚焦盐度检测、海洋污染治理以及海洋变化影响探究，旨在通过海水相关指标评估海洋污染程度，扩展知识，了解海洋环境保护的重要性。同时，探究海洋变化对生态系统和气候的影响，预测未来趋势，为海洋资源可持续利用和环境保护提供决策支持。

该课题的研究成果将有助于我们更好地理解海洋、保护海洋，为构建人与自然和谐共生的蓝色家园贡献力量。

2.实验过程

2.1实验伊始

当得知学校为高一新生准备了“科探方舟”试验箱后，我的心中充满了期待。很快，实验箱就到了我的手中。那一刻的激动心情难以言表，我迫不及待地打开了实验箱，里面配备了各种实验所需的仪器、试剂和课程资料。随后，我们录制了开箱视频、学习了相关课程、建立了小组群、共同讨论实验事项。

 

2.2实验设计

本课题共由三个实验组成。经组内讨论，我们设计了各个实验的具体内容。

2.2.1海洋盐度检测

自变量：海水盐度

因变量：海水电导率

检测指标：相同电压下通过溶液的电流

 

2.2.2海洋污染治理

自变量：吸油材料

因变量：吸油性能、材料的堆积密度

检测指标：吸油材料质量的增加量、油层的减少量

 

2.2.3两极冰川融化对全球海平面的不同影响探究

自变量：模拟大陆的有无

因变量：模拟冰川融化对海平面的影响

检测指标：水位上升量

 

2.3实验过程

实验结果受到多种因素影响，科学的分析有助于我们得到正确的结果。虽然实验指导书给我们提供了详细的数据分析方法，但是我们仍遇到了意外情况。在实验一中，由于部分电子元件是第一次接触，在接线与使用方面出现了问题。我们上网查阅资料，最终完成了电路连接。在实验三中，多次试验得出的数据差异较大（见下表），但均符合假设。我们推测这可能是环境因素不同所致。经组内讨论和与老师交流，最终取一组代表性数据写到了论文中。

2.4结果汇报

实验结束后，我们制作了答辩PPT、设计科学海报、撰写科技论文。在这个过程中，我们也遇到了一些问题，例如格式不规范、经验不足、时间精力不足等。面对问题，我们积极寻求解决方法：到校图书馆查阅相关资料、向指导老师请教、与其他小组成员交流。随着中期交流的日期渐近，PPT和海报初见雏形，最终顺利展示。

几天后的傍晚，我从食堂回到教室，收到了参与校级答辩的通知。那一刻，开心与激动涌上心头，同时也夹带着紧张：参与校级答辩的都是各课题中最优秀的小组，我们能否拿到名次？我迫不及待地把这一消息告诉了其他组员。在接下来的几天内，我们整理结题资料、继续完善PPT和论文。在此期间，我们还代表学校参与了“酷炫彭城星耀双减”主题活动，向市民讲解我们的科研过程，并将课题研究的具体成果以海报及PPT的形式展示出来，吸引了大批市民现场观摩互动，同时使他们对我校学生科研工作的认识和兴趣进一步增强。

 

几天后，校级答辩会在大礼堂如期进行，小组四名同学一起上台。在8分钟的课题展示后，进入评委专家点评和提问环节。评委老师一共提问了三个问题，分别为“选取1‰、5‰、10‰、20‰、40‰的海水有何用意”“有哪些其它指标可以反映材料的吸油性能”以及“这个课题还有什么可以探究的方向”，我们从容不迫、灵活应变，给出了令人满意的回答。最终荣获“科研菁英”奖，三个多月的付出终于取得了回报。

2.5总结反思

对整个研究过程进行总结与反思，我们归纳出以下优点与不足：

优点：

科学方法应用得当，包括转换法、模拟实验法、控制变量法、多次实验取平均值法等；

数据多样、数据记录与分析细致，同时利用现代工具处理数据，如用Excel进行拟合、用GeoGebra进行数据求解、用CircuitJS进行电路绘图和模拟。这些工具极大地提高了精确度和效率；

对实验一进行了误差分析（见表4-2可能的误差与解决方法），有利于改进测量方法、提高测量精度。

不足：

仪器精密度不足导致误差较大。同时误差分析与修正方法仍需进一步完善；

实验三中对照实验难以控制单一变量，易受环境和主观因素的影响；

模拟实验与真实环境间存在差异；

实验材料种类有限导致结论缺少泛用性。

展望未来，“盐度检测、海洋污染治理以及海洋变化影响探究”这一课题的研究将不断拓展深化。随着科技的进步，盐度检测技术将更加精准高效，为海洋环境监测提供实时、全面的数据支持。在海洋污染治理方面，我们期待能研发出更多创新技术与方法，从根本上解决污染问题，恢复海洋的清澈与生机。同时，对海洋变化影响的深入研究，将有助于我们更好地预测和应对未来可能出现的海洋危机，为沿海地区的防灾减灾、可持续发展提供科学依据。我们坚信，通过持续的努力与探索，人类将能够更好地保护海洋这一蓝色家园，实现人与海洋和谐共生的美好愿景。

3.课题报告

3.1研究背景

海水盐度是指海水中全部溶解固体与海水重量之比。人们常用盐度来表示海水中盐类物质的质量分数。世界大洋的平均盐度为35‰。海洋盐度对海洋环境与人类生存至关重要。这一指标直接影响到海洋生物生长与繁殖，过高或过低的盐度都会破坏生态平衡，影响海洋生物的生长和繁殖。同时，盐度变化还在一定程度上影响着海洋循环，进而影响全球气候。对人类而言，海洋盐度不仅关乎海洋渔业的发展，还关乎海水资源的利用，如制盐、氯碱及海水淡化等。此外，桥梁、隧道、潜水艇等的安全运行也与海水盐度密切相关。因此，加强对海洋盐度的研究和监测，对保护海洋生态和人类可持续发展具有重要意义。

海洋石油污染对海洋生物及海洋环境具有严重危害性，甚至可能通过食物链直接危害到人类本身。首先，石油可以黏附在鱼类、海洋哺乳动物、海鸟和其他海洋生物的羽毛和毛发上，阻碍它们的浮力、飞行和游动能力，会导致海洋水质的恶化，破坏浮游生物、植物和海洋植被等生物群落，对水生态系统的平衡和稳定性产生严重影响，还会对沿海和靠近海洋地区产生直接的影响，石油能够迅速覆盖沿岸地区的海滩、礁石、珊瑚礁以及湿地等生态环境，污染动植物的栖息地。其次，石油中含有苯及其衍生物，长期接触或吸入这种物质，会提高癌症发病率，特别是白血病并对渔业、旅游业和其他相关海洋经济活动造成重大影响，破坏渔业资源，减少捕鱼量，影响了渔民的收入及沿海城市的经济发展。

冰川融化对全球气候及人类发展具有重要影响，冰川大规模变化会引起地表辐射和热量失衡，导致大气环流的改变，还会导致海平面上升，淹没沿海地区，威胁人类居住环境。

此项研究旨在找出海洋盐度的计算方法及探究其对生物生存的影响，找出良好的吸油材料，及研究冰川融化对海平面上升的影响。

3.2实验材料

1.实验仪器：100mL/300mLPP材质烧杯（学校配置）、1000mL玻璃材质烧杯（蜀牛牌低型烧杯）、200g：0.01g电子秤（学校配置）、DT83系列3+1/2位数字多用表（学校配置）、DSN-VC288型直流电压电流功率表（学校配置）、碳棒（学校配置）、迷你面包板（学校配置）、公对公杜邦线（学校配置）、鳄鱼夹导线（学校配置）、电池盒（学校配置）、5号AA1.5V电池（华太牌，学校配置）、电工胶布（学校配置）、称量纸（学校配置）、药匙（学校配置）、鱼网（学校配置）、100mlPET材质分装瓶（学校配置）、压舌板（学校配置）、单联电位器（学校配置）、色环电阻（学校配置）、50:1±0.5mL塑料量筒（学校配置）、100:1±1mL玻璃量筒（蜀牛牌）、滴管（学校配置）、搅拌棒（学校配置）、秒表（东方化玻科技有限公司）。

2.固体药品：陶泥（学校配置）、活性炭（学校配置）、蛭石（学校配置）、稻草纤维（学校配置）、聚丙烯纤维（学校配置）、分析纯氯化钠（天津市科密欧化学试剂有限公司）

3.液体药品：未知海水C（学校配置）、食用油（“金龙鱼”牌压榨花生油）、水

3.3研究过程

3.3.1海洋盐度检测

1.氯化钠溶液配置（以10‰浓度为例）

在电子秤上面放上称量纸，清零示数，用药匙取氯化钠放在称量纸上，直至示数为2.00g，取下称量纸，将氯化钠固体倒入300ml烧杯中。接着，用量筒量取198ml水，并将水倒入盛有氯化钠的烧杯中，用搅拌棒搅拌，得到10‰氯化钠溶液。并将其倒入分装瓶中储存。据此步骤，分别配置1‰、5‰、10‰、20‰、40‰氯化钠溶液各一瓶。

3.1.2电导设备的组装

首先将碳棒用电工胶布与杜邦线连接起来制作电极，随后将电极与2个压舌板组成测量装置，两个碳棒间距离约3厘米，接着按电路图在面包板上组装电路，并与测量装置相接。

1.实验操作

将一种浓度的盐水取100ml倒入100ml烧杯中，将碳棒插入并浸没于盐水中，闭合开关，同时用秒表进行计时，3分钟后，待示数相对稳定，记录电流表、电压表示数。1‰、5‰、10‰、20‰、40‰浓度盐水各重复三次，并记录数据。

将未知海水取100ml倒入100ml烧杯中，将碳棒插入并浸没于盐水中，闭合开关，同时用秒表进行计时，3分钟后，待示数相对稳定，记录电流表、电压表示数。由于未知海水C的量过少（约100mL），无法进行多次重复实验。

2.海洋污染治理

（1）海洋石油污染环境模拟

在电子秤上面放置称量纸，清零示数，用药匙取氯化钠放在称量纸上，直至示数为21.00g，取下称量纸，将氯化钠固体倒入1000mL烧杯中，接着，用量筒量取579mL水，倒入1000mL烧杯中，用搅拌棒搅拌，配置3.5‰氯化钠溶液。在四个300ml烧杯中分别加入150ml海水和50ml油，测出水面高及油面高，记录数据。

（2）添加材料

分别取蛭石，活性炭，稻草和聚丙烯纤维2.5g，记录重量并缓慢倒入300ml烧杯中，待材料完全浸入油面后，开始计时，两分钟后，将液体经过网兜倒入第二个同型号的300ml烧杯中。

（3）测量吸收效果

将一个100ml烧杯放在电子秤上，称重并记录重量，将网兜中的物质沥油30s后，倒入100ml烧杯中称重，并记录数据。待约10-20分钟，剩余油水混合物稳定后，测量水液面高及油液面高，并记录数据。

3.两极冰川融化对全球海平面的不同影响探究

（1）准备冰川

在两个100ml烧杯中加入50ml水进行冷冻。

（2）环境模拟

取两个300ml烧杯，在一个300ml烧杯中加入陶泥制作的块状物体来模拟南极大陆，在两个烧杯中加入等高的水。以模拟南极和北极情况。

（3）记录数据

等待冰块融化，再次记录水面高度。

3.4结果与分析

3.4.1海洋盐度检测

1.电流值随盐度的关系

表4-1不同盐度条件下的电流值

盐度/‰	重复1/mA	重复2/mA	重复3/mA	平均电流/mA
1.00	0.208	0.200	0.209	0.206
5.00	0.214	0.213	0.221	0.216
10.00	0.231	0.221	0.234	0.229
20.00	0.245	0.253	0.248	0.249
40.00	0.250	0.253	0.252	0.252

（注：本表中电流值均为U=2.0V时的数据）

通过实验可发现，溶液的电流值随盐度升高而升高；随着溶液盐度增大，电流值增大速度减慢。

2.未知海水的盐度与误差分析

将拟合结果和未知海水的电流值（0.34mA）输入GeoGebra6计算，得到未知海水C的盐度约为42.0‰。

查阅答案，未知海水的盐度为35‰。相对误差20%。

表4-2可能的误差与解决方法

3.海洋污染治理

（1）实验数据分析

通过实验可发现：（1）不同材料吸收油的效果存在差异；（2）实验选用的四种材料的吸油效果从优到劣依次为是聚丙烯纤维、稻草、蛭石、活性炭；（3）稻草吸收物质质量是聚丙烯纤维的约0.73倍，但是油量减少量没有达到相应比例，表明可能稻草除了油以外还吸附了较多海水。

表4-3不同材料吸油性能比较（I）

材料	材料质量/g	材料吸油后质量/g	吸收物占总质量倍数
蛭石	2.5	7.913	2.165
聚丙烯纤维	2.5	29.843	10.937
稻草	2.5	22.403	7.961
活性炭	2.5	2.860	0.144

表4-4不同材料吸油性能比较（II）

材料	吸收前油层高/cm	吸收后油层高/cm	油量减少/％
蛭石	1.5	1.300	13.33
聚丙烯纤维	1.5	0.667	55.56
稻草	1.5	0.967	35.56
活性炭	1.5	1.400	6.67

 

表4-5不同材料的堆积密度

材料	重复1/ (克/立方厘米)	重复2/ (克/立方厘米)	重复3/ (克/立方厘米)	堆积密度/ (克/立方厘米)
蛭石	0.15	0.16	0.16	0.113333333
聚丙烯纤维	0.03	0.03	0.03	0.05
稻草	0.06	0.08	0.09	0.406666667
活性炭	1.05	1.04	1.08	1.045

（注：堆积密度在50mL量筒中测得，堆积体积为20mL）

结合上述两个实验的结果，我们发现通常吸油量越大的材料，它的堆积密度相对较小。

（2）从物理结构角度分析吸油性能的差异

通过实验数据，推测这些材料吸油效果的差异可能与材料的物理结构有关。

聚丙烯纤维：聚丙烯纤维通常呈现出圆柱形丝状，其横截面呈圆形或多边形。这种结构使得聚丙烯纤维吸附面积和吸附位点相对较少。但纤维的长丝形态可以提供更多的接触面积和机械锁定作用，从而大大提高其吸附能力。

稻草：稻草的纤维主要由韧皮纤维和木质纤维组成，这些纤维之间通过细胞间连结层粘结在一起。稻草纤维的微观结构表面粗糙，含有许多微小的凸起和凹陷，这些结构使其具有一定的吸附能力。

蛭石：其微观结构为层状硅酸盐，层与层之间存在大量间隙，这些间隙提供了巨大的比表面积，使其能吸附大量的有机物、金属离子和微生物。但由于堆积密度较大、表面积较小，吸附能力不如聚丙烯纤维和稻草。

活性炭：活性炭因其内部丰富的空隙具有较大的比表面积，具有良好的吸油性能。此外，活性炭表面的不饱和碳和不规则结构产生了强大的分子场，进一步加强了其吸附能力。但用于其在四种材料中堆积密度最大、表面积最小，吸附能力最差。

（3）两极冰川融化对全球海平面的不同影响探究

表4-6模拟冰川融化实验结果

通过上述实验，我们发现模拟冰川融化后，模拟南极的海平面升高了；模拟北极的海平面升高了。这种南北极差异可能因为北极以浮冰为主，南极以陆地上的冰为主。

4.结论

本研究通过海洋盐度检测、海洋污染治理及两极冰川融化对全球海平面的不同影响探究，系统研究了海洋环境相关的关键问题。主要结论如下：

1.海洋盐度检测

实验表明，溶液电导率与盐度呈显著正相关（盐度1‰~40‰时，电流值从0.206mA增至0.252mA），且盐度与电导率的关系近似二次函数。通过电导法测定未知海水盐度的相对误差为20%，实验方法仍需进一步提高。

2.海洋污染治理

在实验选用的四种材料中，聚丙烯纤维表现出最优性能（吸油率55.56%，质量吸附倍率达10.937），其长丝结构与低堆积密度（0.05g/cm³）显著提升了吸附效率。但需进一步验证其在真实海水环境中的稳定性与安全性。

3.两极冰川融化对全球海平面的不同影响

模拟实验表明，南极冰川融化导致海平面上升量（2.0cm）显著高于北极（1.4cm），印证了南极冰盖陆基特性对海平面变化的决定性作用。这一结果警示需重点关注南极冰盖消融的监测与防控。

5.参考文献

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[3]林华清,陈华章.数字式海水盐度计的研制[J].广东工业大学学报,2002,19(3):43-45,49.DOI:10.3969/j.issn.1007-7162.2002.03.010.

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[6]孙宝华.电极式实验室海水电导盐度计的研制[D].山东:中国海洋大学,2007.DOI:10.7666/d.y1070813.

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