浅层地温能资源评价方法体系

法律分析：1）客观性，评价指标能真实反映场站的预测水平高低；

2）适应性，考核指标应有广泛适应性，适应性指不论风电场还是光伏电站、不论是正常运行阶段还是启停过渡过程，指标均能适用；

3）统一性，统一性是指无论统计周期长短，评价指标都可应用，不需要因不同的统计周期而引入不同的指标；

4）对称性，对称性指无论误差是正偏离或负偏离，只要偏离量相同，考核就相同。不会诱导场站预测时做出倾向性的选择；

5）稳定性，稳定性是指奖励误差平稳的预测，引导减少误差严重突变的预测，因为从电力系统应对情况来说，平稳的预测结果意味着系统可控，大幅的误差突变可能突破系统实时的备用极限。

法律依据：《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》

第三条 能源开发利用应当与生态文明相适应，贯彻创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，遵循推动消费革命、供给革命、技术革命、体制革命和全方位加强国际合作的发展方向，实施节约优先、立足国内、绿色低碳和创新驱动的能源发展战略，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

第四条 国家调整和优化能源产业结构和消费结构，优先发展可再生能源，安全高效发展核电，提高非化石能源比重，推动化石能源的清洁高效利用和低碳化发展。

一、国外研究利用现状与发展趋势

1.早期发展阶段

浅层地热能的研究与开发利用是随着热泵技术的研究与开发而兴起的。早在186年前（1824年）法国物理学家卡诺奠定了热泵理论基础。之后英国的物理学家焦耳论证了改变气体的压力引起温度变化的原理。英国勋爵汤姆逊教授首先提出了“热量倍增器”可以供暖的设想。1912年，瑞士苏黎世已成功安装了一套以河水作为低品位热源的热泵设备用于供暖，并以此申报专利，这就是早期的水源热泵系统，也是世界上第一个水源热泵系统。

在此之后的几十年，地源热泵基本处于实验研究阶段，并先后有地表水源热泵、地下水源热泵及土壤源热泵系统的问世与发展。20世纪30年代地表水源热泵系统问世，是地源热泵中最早使用的热泵系统形式之一。欧洲第一台较大的热泵装置是1938～1939年间在瑞士苏黎世市政大厅投入运行的，它以河水作为热源，供热能力175k W；20世纪40～50年代，瑞士、英国早期使用的地表水源热泵地下水源热泵系统除了用于建筑物采暖外，还用于游泳池加热和人造丝厂工艺加热和鞋厂空调等。随后欧洲其他一些国家也开始安装地表水源热泵系统，热泵系统的供热量不断增大，性能系数也有很大提高。

地下水源热泵也诞生于20世纪30年代，到1940年美国已安装了15台大型商用热泵，其中大部分是以井水为热源。1937年，日本在大型办公楼内安装了2台194k W 压缩机带有蓄热箱的地下水热泵系统，其性能系数达4.4。至20世纪40～50年代，美国应用的主要是地下水地源热泵。

1941年，第二次世界大战爆发后，影响和中断了空调供暖用热泵技术的研究和发展。二战结束后，热泵技术研究及应用逐步恢复，至1950年美国已有20个厂商和10余所大学研究单位从事热泵开发研究，在当时拥有的600台热泵中，50%用于房屋供暖。地埋管式地源热泵技术初始于美国和英国。1950年前后，两国开始使用地埋管吸收地热作为热源为家用房屋供暖的小型土壤热泵。1952年，美国约出厂1000套热泵，1954年出厂约2000套热泵。由于地源热泵的日趋成熟，有力地促进了浅层地热能的广泛应用。

1957年，美国军用基地住房大量采用热泵供暖代替燃气供热方案，热泵产量达2万套，1963年年产量增加到7.6万套。至20世纪60年代初，美国安装的热泵机组已达近8万台。但当时压缩机质量尚不过关，设备费用高而影响了热泵供暖技术的推广，开始处于停顿状态。

到1964年，热泵可靠性的问题已成为一个十分严峻的问题。60年代电价持续下降，使得电加热器的应用不断增加，限制了热泵的发展。

2.迅速发展阶段

20世纪70年代，世界石油危机的出现，又引起人们对地下水源热泵的关注与兴趣，又开始大量安装与使用地下水源热泵，热泵工业进入了黄金时期。这一时期，世界各国对热泵的研究工作都十分重视，诸如国际能源机构和欧洲共同体都制定了大型热泵发展计划，热泵新技术层出不穷，热泵的用途也在不断地开拓，并广泛应用于空调和工业领域，在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。

热泵真正意义的商业应用也只有近20年的历史。20世纪90年代后，随着环保要求的进一步提高，美国地下水源热泵系统的应用一直呈上升趋势。美国能源信息部的调查表明：美国地下水源热泵的生产量从1994年的5924台上升到1997年的9724台。再如美国，截止到1985年全国共有1.4万台地源热泵，而1997年就安装了4.5万台，到目前为止已安装了40万台，而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%，其中在新建筑中占30%。目前，每年大约有5万套地源热泵在安装，其中开式系统占5%。美国热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入1亿美元从事开发、研究和推广工作。

欧洲一些国家由于采取积极的促进政策（包括财政补贴、减税、优惠电价和广告宣传等），热泵市场得到快速发展。1997年，欧洲发展基金会重新提出热泵发展计划。到2000年，欧洲用于供热、热水供应的热泵总数约为46.7万台，其中地下水源热泵约占11.75%。与美国的热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅部地热资源，地下土壤埋盘管的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，在家用的供热装置中地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。

3.发展趋势

近年来，各国浅层地热能的开发利用规模和发展速度都在快速增长。美国和加拿大一些大学和研究机构，对于土壤源热泵进行了较深入的试验研究，取得了一些重要数据。美国能源部（DOE）、美国环保局（EPA）及爱迪生电器学会（EEI）、国家农业电力合作公司等财团组成一家政府参与的工业设施国际集团，推广热泵供暖系统。目前从国外发展趋势看，开发利用浅层地热能，将是地热资源开发利用的主流和方向。

浅层地热能是宝贵的新型能源。与风能、太阳能等非人力控制的自然资源相比，浅层地热能是一种在开采利用时间上，可人为控制使用的可再生能源，是集热、矿、水为一体，具有洁净、廉价、用途广泛的新能源。开发利用浅层地热能可以降低常规能源消耗，减少环境污染，尤其是大气污染，又可以在发展某些相关产业经济与提高人们生活质量方面发挥作用，具有显著的商业价值。因此，引起了各国对其开发利用的重视。特别是1973年世界能源危机以来，浅层地热能的勘查与开发利用正在迅速向深度和广度发展。

4.地下水热运移数值模拟研究进展

地下水源热泵运行后，回灌井注入含水层的冷热能会在对流和热传导的作用下向抽水井运移，从而对地下水温度场产生影响，因此有必要对地下水热运移过程进行深入研究。数值模拟方法以其高效性、便捷性和灵活性等众多优势，逐渐成为研究这一问题的有效工具。鉴于此，本节对国内外地下水热运移数值模拟研究进展进行回顾，为本专题的后续研究提供基础和参考。

从20世纪70年代末开始，国外提出了许多描述含水层中热量运移的数学模型.Mercer等（1985）、Crawford等（1982）以及Mirza等对含水层储能的一些模拟技术进行了讨论。1985年.P.Heijde和Y.Bachmat等统计了当时已有的21个热运移数学模型，所有这些模型均只考虑对流和热传导作用，忽略了自然对流对热运移的影响，除了两个是三维水流耦合模型外，其余均为一维和二维的。Tsang等（1981）和Sykes等（1982）曾先后利用有限差数值模拟方法，对Auburn大学第二期地下含水层储能野外试验中水和热量运移规律进行了模拟研究，模拟结果与试验观测结果基本吻合。Buscheck等（1983）利用Aubum大学储能试验前两个周期的资料进行了二维数值模拟，并在模拟过程中考虑了自然对流的影响。Rouve等（1988）应用有限元模拟方法对德国Stuttgart大学的人工含水层季节性储能试验进行了二维数值模拟，并对含水层中各填充亚层的渗透性空间组合进行了优化。Molson等（1992）利用加拿大Ontario武装基地潜水含水层储能试验数据，对该试验过程进行了三维有限元模拟，其中考虑了自然对流影响和密度随温度的变化，该模型相对比较完整，但是试验条件比较简单，且连续性方程不尽完善。Forkeli等（1995）利用二维轴对称模型和三维有限元模型对人工含水层储能系统的储能效果进行了模拟研究，并通过对比模拟确定了效果最佳的人工储能系统。Travi等（1996）建立了二维非稳定流模型，通过数值计算给出了一个含水层剖面上温度的变化。Chevalier等（1999）应用随机游离法对多孔介质含水层储能进行了模拟研究，发现区域地下水的流动能够加速所储热能向下游含水层中扩散，从而降低所储热能的回采率。Nagano（2002）通过实验室试验和有限差分数值模拟研究得出，如果储热过程中回灌水的温度较高（&gt；50℃），含水层中将很可能发生自然对流现象，从而使得利用含水层储能的热回收率将受到较大影响。Chounet等（1999）利用混合有限元法对土壤中水流和热量运移进行模拟，提高了模拟精度，但所用模型是一个剖面的二维模型。

国内对地热数值模拟研究始于20世纪80年代后期，张菊明等（1982）用有限元法模拟了二维地热运移问题，并给出了有限元程序。李竞生等

李竞生，王广才 1989.平顶山八矿热水补给来源及条件方式.煤炭科学研究总院西安分院科研报告.

对平顶山地温场分别建立了二维和三维温度场数学模型，并采用有限元法求解，但是此模型仅是一个稳定的模型，并没有对水流场的变化规律进行研究。薛禹群等（1987）对上海储能试验建立了三维数学模型，且考虑了热机械弥散，但水流模型是一个稳定模型，用简单的解析表达式代替水流模型，没有考虑水密度随温度的变化和水动力黏滞系数随温度的变化。张菊明（1994）建立了三维地温场数学模型并提出了有限元解法，但没有考虑水流方程。胡柏耿

胡柏耿.1995.地热田中的传热传质研究.北京：清华大学博士学位论文.

采用二维双孔隙介质模型模拟了地热田中传热和传质过程，并分别模拟了西藏那曲地热田和羊八井地热田的热质运移规律。任理等（1998）用交替方向有限差分法研究了土壤二维水热运移规律。何满潮等（2002）首先研究了地下热水回灌过程中渗透系数变化规律，然后针对单井、对井回灌过程中渗流场的动态变化建立了地热回灌渗流场数学模型，推导了渗透系数恒定与变化不同条件下的单井、对井回灌的理论公式。

国内外专家对于专门针对水源热泵的地下水热运移也进行了一定的模拟研究。Gringarten等（1975）对地下水均匀流动条件下的含水层热能采集进行了理论研究。通过对边界条件的简化和进行适当的条件假设，建立了对井系统的热传递数学模型，并利用该模型对不同给定条件下的热突破事件进行了定量评价，为法国的对井采能系统的合理布局设计提供了有效的指导。为了定量评价目标含水层系统中热量的运移特征，从而指导采能系统的设计，Wiberg应用有限单元法，对单纯的热传导和传导－对流并存两种不同假设条件下，理想含水层系统中地温场的分布特征进行了对比模拟研究。根据美国威斯康星州的供暖和制冷负荷要求，Andrews（1978）应用二维有限元模型，定量评价预测了水源热泵利用对地下温度场的影响。模拟结果表明，与区域地下水处于静止状态的情况相比，当区域地下水以一定的速度流动时，冬灌井周围的温度降幅相对较小，而影响半径有所增加，并且温度扰动带沿水流方向发生一定的偏移。Rahman（1984）通过对含水层条件进行假设，建立了对井回灌系统的模拟模型，并对不同的回灌量、含水层厚度、初始储层温度和井距影响条件分别进行了定量模拟研究。研究结果表明，除回灌量和井对之间的距离外，含水层厚度对热突破的时间影响比较显著；而含水层的储水率和渗透系数对热突破事件的影响并不显著。为了确定开采井群和回灌井群之间的合理布局，Paksoy（2000）应用CONFLOW程序，对含水层采能过程中热锋面的运移特征进行了定量模拟研究。通过限定开采井和回灌井的水位变幅，同时确保不出现热突破，最终确定上述约束条件下开采井群和回灌井群之间的最小距离。Tenma建立了一个理想的对井模型，利用FEHM软件对不同的开采与回灌量、水井滤管长度与位置和运行周期情况进行定量对比模拟。研究结果表明，前两个因素是控制模型温度变化幅度的主要影响因素。在国内，辛长征等（2002）利用美国地质调查局编写的HST3D程序，对一典型双井承压含水层的速度场和温度场进行了全年运行模拟，由于程序的限制，模拟时采用全年固定流量和固定温度的办法。周建伟等（2008）利用基于HST3D的Flowheat程序对武汉市某地下水源热泵系统进行了模拟，并对布井方式和抽灌组合的合理性进行了分析。张昆峰等（1998）模拟了大口径井水源热泵的冬季运行工作情况，结果表明，大口径井中的井水流动为均匀下降。

二、国内研究现状及发展趋势

1.早期热泵的应用与起步阶段（1949～1966年）

相对于世界热泵的发展，我国热泵的研究工作起步约晚20～30年左右。20世纪50年代天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1956年吕教授的《热泵及其在我国应用的前途》一文是我国热泵研究现存的最早文献。20世纪60年代，我国开始在暖通空调中应用发展热泵，并取得了一大批成果。1960年同济大学吴沈钇教授发表了《简介热泵供暖并建议济南市试用热泵供暖》；1963年原华东建筑设计院与上海冷气机厂开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成功了我国第一台制热量为3720W的CKT-3A热泵型窗式空调器；1965年天津大学与天津冷气机厂研制成功国内第一台地下水热泵空调机组；1966年天津大学又与铁道部四方车辆研究所共同合作，进行干线客车的空气/空气热泵试验；1965年，由原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕教授、吴元炜教授领导的科研小组，根据热泵理论首次提出应用辅助冷凝器作为恒温湿空调机组的二次加热器的新流程，这是世界首创的新流程；重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。清华大学、天津大学分别与有关企业结成产学研联合体，开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成多个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣。

我国早期热泵经历了17年的发展历程，度过一段漫长的起步发展阶段。其特点可归纳为：①对新中国而言，起步较早，起点高，某些研究具有世界先进水平；②由于受当时工业基础薄弱，能源结构与价格的特殊性等因素的影响，热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢；③在学习外国基础上走创新之路，为我国今后热泵研究工作的开展指明了方向。

2.热泵应用与发展的停滞期（1966～1977年）

这一时期正处于“十年动乱”期间，在此期间热泵的应用与发展基本处于停滞状态。该期间没有一篇有关热泵方面的学术论文发表和正式出版过有关热泵的译作和著作等；国内没有举办过一次有关热泵的学术研讨会，也没有派人参加过任何一次国际热泵学术会议，与世隔绝10余年。只有原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕、吴元炜领导的科研小组在1966～1969年期间，坚持了LHR20热泵机组的研制收尾工作，于1969年通过技术鉴定，这是在“文革”时期全国唯一的一项热泵科研工作。而后，哈尔滨空调机厂开始小批量生产，首台机组安装在黑龙江省安达市总机修厂精加工车间，现场实测的运行效果完全达到（20±1）℃，（60±10）%的恒温恒湿的要求.这是我国第一例以热泵机组实现的恒温恒湿工程。

3.热泵应用发展的复苏与兴旺期（1978～1999年）

1978～1988年，我国热泵应用与发展进入全面复苏阶段。在此期间，为了充分了解国外热泵发展的现状与进展，大量出版有关著作，国内刊物积极刊登有关热泵的译文，对国外热泵产品进行测试与分析，积极参加国际学术交流。同时，一些国外知名热泵生产厂家开始来中国投资建厂。例如美国开利公司是最早来中国投资的外国公司之一，于1987年率先在上海成立合资企业。

1989～1999年期间，我国热泵又迎来了新的发展历程。在我国应用的热泵形式开始多样化，有空气－空气热泵、有空气－水热泵、水－空气热泵和水－水热泵等。在此期间国内已有国有、民营、独资、合资等不少于300家家用空调器厂家，逐步形成我国热泵空调器的完整工业体系，且水源热泵空调系统在我国得到广泛应用。据统计，到1999年全国约有100个项目，2万台地下水源热泵在运行。20世纪90年代初开始大量生产空气源热泵冷热水机组，90年代中期开发出地下水热泵冷热水机组，90年代末又开始出现污水源热泵系统。土壤耦合热泵的研究已成为国内暖通空调界的热门研究课题。国内的研究方向和内容主要集中在地下埋管换热器，在国外技术的基础上有所创新。

1978～1999年，中国制冷学会第二专业委员会主办过9届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”。1988年中国科学院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。自20世纪90年代起，中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会在其主办的全国暖通空调制冷学术年会上专门增设“热泵”专题交流。

1988年，中国建筑工业出版社出版了徐邦裕教授等编写的《热泵》教材；机械工业出版社1993年出版了郁永章教授主编的《热泵原理与应用》，1997年出版了蒋能照教授主编的《空调用热泵技术及应用》，1998年出版了郑祖义博士著的《热泵技术在空调中的应用》；1994年华中理工大学出版社出版了郑祖义著《热泵空调系统的设计与创新》。1989～1999年，正式发表有关热泵方面论文270篇，热泵专利总数161项，而发明专利为77项。这些教材、著作、译著和论文的出版，专利技术的应用，推动了热泵技术在我国的普及与推广。

4.热泵技术的飞速发展时期

进入21世纪后，由于城市化进程的加快，人均GDP的增长，拉动了中国空调市场的发展，促进了热泵在我国的应用，应用范围越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新。热泵的应用、研究空前活跃，硕果累累。2000～2003年，专利总数287项，是1989～1999年专利平均数的4.9倍。2000～2003年间发明专利共119项，是1989～1999年发明专利平均数的4.25倍。2000～2003年，热泵文献数量剧增，如2003年文献数是1999年文献数的5倍。全国各省市几乎都有应用热泵技术的工程实例。热泵技术研究更加活跃，创新性成果累累。在短短的几年中有3项世界领先的创新性成果问世，包括：同井回灌热泵系统，土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统，供寒冷地区应用的双级耦合热泵系统。

5.地源热泵的应用与研究

我国地源热泵研究起步于20世纪80年代，首先是一些高校和科研机构对地源热泵的相关技术进行了专题研究。如北京工业大学对深层地热水进行了研究，并设计了若干垂直埋管和水平埋管的土壤源热泵试验系统；哈尔滨工业大学的水环热泵空调系统应用基础的研究与评价，土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的数值模拟与实验研究，土壤源热泵系统中地埋管的热渗耦合理论与关键技术研究；湖南大学建设了水平埋管土壤源热泵系统等。另外，青岛建筑工程学院、山东建筑工程学院、上海同济大学、天津商学院、重庆建筑大学等大学也进行了该方面的研究。近年来国内数所高等院校开展了土壤源热泵系统和水源热泵系统的试验研究，并取得了一些重要成果。

目前，我国浅层地热能的开发利用研究发展很快，经过近二十几年的研究和开发，热泵技术在我国已取得了很大进步，尤其是地源热泵技术发展迅速。已经初步建立了各类地下水源热泵系统的水源井施工技术和技术要求，井群设计和计算方法、水质评价和处理方法及环境评价方法等。

截止到2008年10月底，我国浅层地能应用面积超过1×108m2（《地源热泵》杂志2009年5月刊）。已遍及北京、上海、天津、河北、河南、山西、辽宁、四川、湖南、西藏、新疆等地。应用的建筑类型包括宾馆、住宅、商场、写字楼、学校、体育场（馆）、医院、展览馆、军队营房、别墅和厂房等，应用前景广阔。

6.浅层地热能的开发利用与发展趋势

浅层地热能的开发利用涉及城市能源结构、环境保护和提高人民生活质量的重大课题。特别是浅层地下水源热泵和土壤源热泵的可再生能量采集系统是解决上述重大课题的关键，其能量采集基本不受使用地域和四季气候的影响。浅层地热能作为建筑物的冷热源初始采集更具有推广价值。

浅层地热能的开发利用不仅受到学术界和企业界的关注，政府也更加重视。《中华人民共和国可再生能源法》明确指出：国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科技发展与高技术发展的优先领域。国家财政支持可再生能源的资源调查、评价和相关信息系统建设。该法的实施为浅层地热能的调查、评价和开发提供了强有力的依据和保障。国土资源部、中国地质调查局等部门多次召开浅层地热能勘查开发经验交流会、技术研讨会，并编制出台浅层地热能勘查评价规范，做到了浅层地热能勘查开发有标准可依。近年来，随着国家加大建设“资源节约型、环境友好型”社会的力度，实现节能减排目标，国家从中央财政安排专项资金用于支持可再生能源建筑应用示范和推广，财政部、建设部已批准下达3批包括浅层地热能利用的可再生能源建筑应用示范推广项目。各地也相继出台支持开发利用浅层地热能项目。如2006年5月31日，由北京市发改委联合市水利局、国土局等9个委办局联合发文对采用地下水源热泵系统实现供暖和制冷项目按每平方米35元的标准进行补贴，对采用地源热泵系统实现供暖和制冷项目按每平方米50元的标准进行补贴；沈阳市发布的《关于地源热泵系统建设和应用工作的实施意见》中要求在沈阳市三环内的455km2核心区范围内，对符合应用地下水热泵技术的409km2范围内的建筑物，原则上都要采用地下水源热泵技术规划研究。

进入21世纪，伴随中国经济的迅速发展，人们对生活品质和舒适性要求的不断提高，城市能源结构的改变，建筑市场的巨大，为浅层地热能开发利用技术的推广创造了前所未有的机遇。国内在热泵理论研究、试验研究、产品开发和工程项目的应用诸方面都取得了可喜的成果。

目前，我国已经建立了比较完善的开发利用浅层地热能的工程技术、机械设备、监测和控制系统，但回灌技术中的水质控制和回灌对储层及用水管的影响评价，堵塞井的处理技术，对井群采灌系统温度场、化学场和压力场的模拟计算方法，参数采集方法等尚在研究之中。

错！严格的意义上来讲，太阳能是清洁能源、一次能源，不是可再生能源，因为太阳总有一天会灭亡的；但是，人类生存的时间相对于太阳的灭亡的时间太短暂了，简直可以忽略不计，因此也可以把太阳能当作可再生能源！

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。

二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。

70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。

太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的热核反应，以E＝MC2 （M为物质的质量，C为光速）的关系进行质能转换（1克物质可转化为9´ 1013焦耳能量），并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量。太阳每秒钟向太空发射的能量约3.8´ 1020 MW，其中有22亿分之一投射到地球上。投射到地球上的太阳辐射被大气层反射、吸收之后，还有约70％投射到地面。尽管如此，投射到地面上的太阳能一年中仍高达1.05´ 1018kWh，相当于1.3´ 106亿吨标煤，其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4´ 104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计，太阳内部的热核反应足以维持6´ 1010年，相对于人类发展历史的有限年代而言，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。

地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量（单位为千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年）和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。

三、地热能

一、地热资源概念

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。

地热资源按其在地下的赋存状态，可以分为水热型、干热岩型和地压型地热资源；其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源。

各种类型地热资源，均要通过一定程序的地热地质勘查研究工作，才能查明地热资源数量、质量和开采技术条件以及开发后的地质环境变化情况。从技术经济角度，目前地热资源勘查的深度可达到地表以下5000m，其中2000m以浅为经济型地热资源，2000m至5000m为亚经济型地热资源。资源总量为；可供高温发电的约5800MW以上，可供中低温直接利用的约2000亿吨标煤当量以上。总量上我国是以中低温地热资源为主。

二、成生与分布

地热资源的成生与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系，特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看，大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞带，板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。

地热资源赋存在一定的地质构造部位，有明显的矿产资源属性，因而对地热资源要实行开发和保护并重的科学原则。

通过地质调查，证明我国地热资源丰富，分布广泛，其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤当量以上。全国已发现地热点3200多处，打成的地热井2000多眼，其中具有高温地热发电潜力有255处，预计可获发电装机5800MW，现已利用的只有近30MW。

目前全国29个省区市进行过区域性地热资源评价，为地热开发利用打下了良好基础。几十年来地矿部门列入国家计划，进行重点勘探，进行地热储量评价的大、中型地热田有50多处，主要分布在京津冀、环渤海地区、东南沿海和藏滇地区。全国已发现：

1）高温地热系统，可用于地热发电的有255处，总发电潜力为5800MW·30A，近期至2010年可以开发利用的10余处，发电潜力300MW。

2）中低温地热系统，可用于非电直接利用的2900多处，其中盆地型潜在地热资源埋藏量，相当于2000亿吨标准煤当量。主要分布在松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地等以及众多山间盆地如太原盆地、临汾盆地、运城盆地等等，还有东南沿海福建、广东、赣南、湘南、海南岛等。目前开发利用量不到资源保有量的千分之一，总体资源保证程度相当好。

四、海洋能

海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中，潮汐能、海流能和波浪能为机械能，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。

近20多年来，受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动，作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展，在相关高技术后援的支持下，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。

我国有大陆海岸线长达18000多公里，有大小岛屿6960多个，海岛总面积6700平方公里，有人居住的岛屿有430多个，总人口450多万人。沿海和海岛既是外向型经济的基地，又是海洋运输和开发海洋的前哨，并且在巩固国防，维护祖国权益上占有重要地位。改革开放以来，随着沿海经济的发展，海岛开发迫在眉睫，能源短缺严重地制约着经济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏，不愿投资；驻岛部队用电困难，不利于国防建设；特别是西沙、南沙等远离大陆的岛屿，依靠大陆供应能源，因供应线过长，诸多不便，非常艰苦。为了保证沿海与海岛经济持久快速地发展及人民生活水平的不断提高，寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。

我国海洋能开发已有近40年的历史，迄今建成的潮汐电站8座，80年代以来浙江、福建等地对若干个大中型潮汐电站，进行了考察、勘测和规化设计、可行性研究等大量的前期准备工作。总之，我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验，小型潮汐发电技术基本成熟，已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。其中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决，电站造价急待降低。

我国波力发电技术研究始于70年代，80年代以来获得较快发展，航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化，现已生产数百台，在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置，已向国外出口，该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站，第一台装机容量3kW的装置，1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和8kW摆式波力试验电站，均已试建成功。总之，我国波力发电虽起步较晚，但发展很快。微型波力发电技术已经成熟，小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国，小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。

潮流发电研究国际上开始于70年代中期，主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究，至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始于70年代末，首先在舟山海域进行了8kW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究，目前正在采用此原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站，在国际上居领先地位，但尚有一系列技术问题有待解决。

海洋被认为是地球上最后的资源宝库，也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用，而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性，可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用；波浪能将逐步发展成为行业。近期主要是固定式，但大规模利用要发展漂浮式；可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展，并将与海洋开发综合实施，建立海上独立生存空间和工业基地；潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程，在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此，应重视对可行性分析的研究。目前，还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面，可以考虑中央、地方及企业联合投资，也可参照风力发电的经验，在引进技术的同时，由国外贷款。

波浪能在经历了十多年的示范应用过程后，正稳步向商业化应用发展，且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展，波浪能利用的成本可望在5—10年左右的时间内，在目前的基础上下降2—4倍，达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。

中国在波能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5-10倍，以及中国在制造成本上的优势，因此发展外向型的波能利用行业大有可为，并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此，当前应加强百千瓦级机组的商业化工作，经小批量推广后，再根据欧洲的波能资源，设计制造出口型的装置。由于资源上的差别，中国的百千瓦级装置，经过改造，在欧洲则可达到兆瓦级的水平，单位千瓦的造价可望下降2—3倍。

从21世纪的观点和需求看，温差能利用应放到相当重要的位置，与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展，解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为：基础方面，重点研究低温差热力循环过程，解决高效强化传热及低压热力机组以及相应的热动力循环和海洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展相应的数值分析研究，提供设计技术；在技术项目方面，应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置，并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合，作为海上独立环境的能源、淡水以人工环境（空调）和海上养殖场的综合设备。

中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一，发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置，解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样，可以发展“机群”，以一定的单机容量发展标准化设备，从而达到工业化生产以降低成本的目的。

五、生物质能

生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占14％，在不发达地区占60％以上。全世界约25亿人的生活能源的90％以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10％一30％。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能：

1．热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法；

2．生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；

3．利用油料植物所产生的生物油；

4．把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。

目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4％、16％和 l0％。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达10—25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。

我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。

1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3％，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7％，增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。

一、对待科学学习

教育者们往往只重视向学生传输学习的内容，而忽略对待学习的态度，事实上，科学的学习态度影响着学生对科学学习的投入、过程与效果。《交互作用的科学》这套教材就比较注重对学生合作学习，科学精神进行评价。

（一）善于与人交流、分享与协作，能听取不同的意见，尊重别人劳动成果

现代社会提倡团队精神，提倡交流、合作，《交互作用的科学》教材在“化合物与混合物”章节中，通过以下活动步骤为学生提供了合作学习的机会：1.每个学生发一张标有以下主题之一的卡片：元素、化合物或混合物；2.每个学生像“科学家”一样，收集与自己卡片上相关的资料；3.同一主题“科学家”收集相关资料后，集中讨论10分钟；4.所有“科学家”讨论完后，重新分组：每三个不同主题的“科学家”分为一组；5.每位“科学家”向小组中另外两人介绍他的发现，小组中另外两人应认真听“科学家”的发言，向“科学家”学习，不懂的问题要向“科学家”提问；6.每个小组的学生相互学习相互交流，在每一轮发言结束后，小组成员应互相致谢。

活动结束后进行认知讨论：1.是教授难，还是学习难？2.小组中哪位同学的教学方法最好？3.怎样才能提高教学方法？4.你在听同学发言时是否做了笔记？5.做笔记对你有什么帮助？

讨论后总结：教师任意请几位学生总结一下他们小组关于元素、化合物和混合物的讨论，最后评述大家的观点并在黑板上做一个关于元素、化合物或混合物的概念图。

该活动的目标是让学生能够区分元素、化合物和混合物，知道物质的名称，能描述该物质的一种或几种性质。活动中让每个学生都有机会扮演“科学家”的角色，将自己收集到的资料“教”给同学，并听取同学的意见。这个过程培养学生的合作精神，通过比较“教别人和被人教”，理解并尊重教师的劳动。

（二）通过实验设计题，培养学生热爱科学的精神，考验学生的毅力

学生通过手脑并用的实验设计活动，可以体验实验过程的曲折和乐趣。在“生物体内的运输”一章中给出了这样的实验设计题：给你一瓶香水，请设计实验来计算香水在房间的扩散速度。设计实验前请思考以下问题：怎样来确定香水分子已到达房间特定位置？你每次都得到同样的结果吗？在不同的房间里做这个实验会得到同样的结果吗？在同一房间里不同的时间呢？“溶液和悬浊液”章节中，教材要求：设计实验证明酸性物质只有溶解在水中的时候才呈现酸性。（实验中可能用到的材料：镁带、蓝色石蕊试纸、电池组、灯泡、固体柠檬酸、柠檬酸水溶液、柠檬酸丙酮溶液。）

实验设计题利用学生的好奇心，通过思考和探究，让学生充分投入到实验的过程中，满足学生的求知欲，从而产生愉悦的情绪体验，激发进一步探索未知的浓厚兴趣，并由此升华为对科学的热爱。另一方面，实验探索中往往需要经历繁杂琐碎的操作和准备随时咀嚼失败的苦果，这是对学生毅力的极好考验。所以实验设计的过程才是最重要的，对于结果可以作为评价的依据，但并不是最终目的。

二、对待科学

（一）尊重科学原理，实事求是，不迷信权威

世界是不依赖人们主观意志决定的客观存在，科学活动要求人们从事各种物质创造活动时应该尊重科学原理，遵循“实事求是”的态度，要求正确认识客观世界的运动。在“物质的分类”章节中问到：如果一位考古学家告诉你，他在考古挖掘时发现了塑料桶和铝钛合金制成的装饰品，你会相信他吗？为什么？“动物的消化作用”章节中提到：“每天吃一个苹果，就不用看医生了”，你同意这个观点吗？你自己又有什么看法。“声 ”一章中：著名的水下探索者Jacques Cousteau曾描述海洋是一个“无声的世界”，你同意这个观点吗？

考古学家多是考古学的权威，一般人不会怀疑专家的观点，可是专家也有出错的时候，学生是否敢于质疑考古学家的话，不迷信权威，是否能够依据客观事实提出自己的见解，正是这类题目的意图。同样，“每天吃一个苹果，就不用看医生”“海洋是一个无声的世界”，也是要求学生根据客观事实进行判断，得出正确的结论。所以评价的意义在于教会学生要有自己的观点，能科学地作出判断。

（二）探究与日常生活有关的科学问题，不断提高对科学的兴趣

我们的课程要关注真正来自学生和属于学生的问题，联系学生生活和社会实际设计问题进行评价。教材在“声”章节中设计了下面两个问题：1. 超音速飞机飞行的速度比声音的速度还要快。当一架超音速飞机向你飞来时，你听得到声音吗？为什么？2.“测谎机”通过测量人皮肤的电阻来判断这个人是否撒谎。事实表明，湿润的皮肤比干燥的皮肤更容易导电，请解释“测谎机”的工作原理。“物质的微粒模型”章节中：小慕上星期过生日的时候吹了很多气球，几天后她发现所有的气球都变小了。是因为气球的口没有扎紧，还是由于空气分子从气球壁的空隙中跑出来了？由此你能够推断出组成气球橡胶壁的微粒与气体分子的大小关系吗？“力和压强”章节中：磁悬浮列车不是直接在铁轨上运行，而是通过电磁作用“浮在”铁轨上行使。你认为坐在磁悬浮列车上和特快列车上相比有什么不同？让列车行驶时“浮”起来的作用是什么？磁悬浮列车与气垫船有什么异同？

飞机的速度比声音传播速度还快时会怎么样，“测谎机”是怎样工作的，气球自己变小了，磁悬浮列车可以“浮在”铁轨上……这些不容易解释的生活现象是激发学生学习兴趣的源泉，也是培养学生积极主动的科学态度的动力。结合生活中常见的现象，设置悬念、疑问，解决难题，使学生尝到获取知识的乐趣，激发其求知欲，学生就会更加主动爱学。

（三）借助科学史教育，培养学生的科学品质

在科学教育教材中结合学科知识，恰当地引入一些对科学史的评价，不仅可以增加教材的人文内涵，而且可以使抽象的科学知识生动有趣，增加亲和力，有利于提升学生的求知欲望。例如，《交互作用的科学》教材第一章“科学发现”中通过了解科学家的事迹，如阅读关于著名的发明家托马斯·爱迪生的短评，让学生谈谈他的什么品质和态度使他成为一位伟大的科学家。“长度、面积和体积的测量”章节中：1792年十进制被发明时，人们计划做一个10小时的钟，但该计划从未被实施。你认为10小时的钟有意义吗？为什么？“元素──最简单的物质”章节中：最早的化学家叫做炼金术士，他们使用各种办法，希望能炼出金子。在这个过程中，他们发现了很多新物质，并且发展了今天实验室中常用的技术，但是他们并没有炼出金子。你认为他们为什么失败？“化合物与混合物”章节中：很长一段时间内，人们都认为水是一种元素，直到科学家们将水分解为氢气和氧气才纠正了这一错误认识。你知道是什么原因导致人们长期以来都认为水是一种元素吗？

科学的发展与社会的发展密切相关，科学发展史不仅记载着科学知识的一步步重大进展，同时反映着每一步进展中人类为之所作的努力、历经的艰辛、付出的代价、获得的经验和教训，以及这种进展对科学、对社会产生的作用和影响等等。从炼金术士到化学家、从10小时的钟到12小时的钟……科学在一步步发展与进步，这些都是宝贵的教学资源，我们可以通过这些来激发学生兴趣，启发学生思维，使之形成良好的情感、态度和价值观。

三、对待科学、技术与社会的关系

科学、技术与社会紧密联系，随着科学技术的飞速发展及其在社会生活中所起的作用越来越大，出现了广泛应用科学技术的一些负面效应。利用对待科学、技术与社会关系的评价，可以使学生懂得科学并不只是象牙塔中的和外界孤立的知识，而应该对科学技术有更全面的认识。这对于社会对科学应用的适当控制、对未来的科学技术决策，以及培养学生的社会责任感，都具有重要的潜在意义。

（一）意识到科学技术会给人类与社会发展带来好处，也可能产生负面影响

科学史上有个著名的故事:在法拉第演示完电磁感应之后,有人问他:“这有什么用？”法拉第反问道：“婴儿有什么用？”这是科学家为自己辩护的众多例子当中的一个，然而说到底科学研究和婴儿的产生毕竟还是两码事。享受过科技文明带来的便利与富足之后，人们重又陷入其负面影响的漩涡里，对新的科技成果抱着越来越审慎的态度。教材第二册第五章“人类的有性生殖”有这样两个问题：1.通过克隆繁殖后代，只需要一个亲代而不是两个。这些年来，科学家们利用动物（母体）细胞克隆了不同的动物，例如多利羊。克隆是有性生殖还是无性生殖？克隆有哪些优点和缺点？在科技条件允许的情况下，人可以进行克隆吗？说说你的看法并说明理由。2.利用生物技术，有一天我们也许可以制造出我们需要的婴儿，你认为这是滥用科技吗？为什么？再如，“细胞”章节中：基因存在于染色体上，它控制着生物特定的形状，今天科学家们能够改变植物或动物的基因，以此来改变它们的生活方式。一些食品中含有转基因物质，这叫做转基因食品。转基因食品包括转（鱼）基因草莓，它们可以在寒冷的天气中不受霜冻；基因改良水稻，可以抵御虫害。你会购买或使用基因食品吗？为什么？你希望食品的包装上注明是否转基因食品的标示吗？

我们既然可以克隆动物，那么是否也可以克隆人呢？学生可能会有不同的答案，对于这类问题可以先让学生讨论，再由教师进行引导：基因科技要想造福人类，就应充分考虑其负面影响。这个目标是艰巨而复杂的，需要给科技更多的人文关怀，使科学家充分处理好技术上的“可能”与伦理上的“应该”，以及自然法则与道德法则的相互关系。科学活动对社会既有正面作用，也有负面影响，我们应当让科学技术成为促进社会进步的力量，而防止与消除其对社会的负面影响，科学家的行为也需要有一些社会化的规范来约束，也就是科学道德的约束，否则就会产生种种越轨现象而不利于科学事业健康、有序地发展。未来的科学家就在现在的中学生中产生，我们要尽早培养学生正确的科学态度和社会责任感，让科学技术推动社会的发展。

（二）关注与科学有关的社会问题，增强社会责任感

特别值得一提的是，《交互作用的科学》这套教材专门就性、艾滋病、毒品、吸烟、酗酒等社会问题编写章节展开论述（这在我国的《科学》教材中涉及不多），通过对这些社会问题的评价，教育学生养成良好的卫生习惯，确立积极健康的生活态度和社会公德心。以下列举教材中“药物”“酒精中毒”“吸烟”“性”四个章节中的问题进行讨论。

“药物”章节中：1.新加坡法律中，任何进行非法毒品交易的人都将面临死刑。你怎样看待政府严厉惩罚这种非法毒品交易做法？2.以下是一个26岁的海洛因和冰毒的吸食者的陈述（略），（1）分析一下吸毒将造成哪些问题，并将它们分类（例如：社会问题、健康问题），（2）你认为他被抓是件好事吗？为什么？

“酒精中毒”章节中：1.如果你的家人或朋友酗酒，你怎样帮助他？2.酒精是一种抑郁性的药品，过量饮酒会对人们造成很多危害，然而酒不像其他药物被禁止或必须由医生开处方限制，商店或超市会向18岁以上的成人提供酒饮料。你认为今天酒饮料不被禁止的原因有哪些？在你看来，酒应该被完全禁止吗？请详细说明。3.酒后驾车会导致一系列问题，你有什么办法来解决这个问题。你认为你的这些建议有效吗？4.李苏的父亲是个酗酒者，假定你是李苏，在你的日记里描述一下父亲酗酒对家人会造成哪些影响。

“吸烟”章节中：1.吸烟不仅会影响吸烟者自己，还会影响他周围的人，比如，他所爱的人们。设想一下你是一个吸烟者的太太，并且怀孕了，你如何劝他不要再吸烟了。2.阿辛吸烟的原因一方面是由于压力，另一方面希望给女孩子们留下成熟和“帅气”的印象，但他不仅没给女孩子留下好印象，女孩子们对他反避而远之。你知道为什么吗？请给出理由说明。3.吸烟对我们有害，但为什么香烟广告总是给我们描绘出一个新奇的、享乐的还有一些与美好生活有关的画面？

“性”章节中：1.如今，（新加坡）政府鼓励每个家庭生两个以上的孩子。你认为每个家庭最好有几个孩子呢？试讨论为什么新加坡人有必要建立大家庭。2.（1）有人试着用药物治疗性传播疾病，他们可能并不知道服用了错误的药或错误的使用药物，这样会造成什么危害？（2）有多个性伴侣时，感染性传播疾病的可能性会大大增加，这是为什么呢？3.十几岁的青年做堕胎手术是否要征得父母的同意，这一直是一个在争论的问题，你对此持什么观点？请说明理由。4.假如你的同学中有人感染了艾滋病，你要参加一个与这个同学有关的讨论会，在讨论会上你将说些什么？

对于初中生可能并没有机会真正了解吸食毒品到底会怎样影响到我们的正常生活，教材从“海峡时报”中摘录一段吸毒者的个人陈述，就像跟学生聊天一样，活生生的例子，让学生真实地感受到这位吸毒者正受到毒品的折磨，从而思考吸毒会造成哪些问题，进而理解国家为什么严厉禁止毒品交易。学生吸烟很大程度上是为了耍酷，女孩子会不会喜欢那些刁着香烟的小混混呢，我们可以听听她们的意见。如果你的父亲是个酒鬼该怎么办，怎样看待女学生堕胎，如何对待艾滋病人……随着经济的发展，类似的社会问题越来越多，中学生该如何看待这些问题，如何解决身边的这些问题，他们可能不知所措，所以我们可以采取开放式评价方法，让大家一起来讨论解决这些问题的策略。

（三）渗透国情教育，培养有责任感的社会个体

关注国情教育是《交互作用的科学》教材中的一大亮点，通过介绍该国科学成就、科学家事迹，该国物质资源、科学趣闻等等，让学生了解自己的国家，潜移默化地受到爱国主义教育。

例如，在“地球能量的来源和存储”一章中：1.哪种可再生能源──太阳能、潮汐能、风能、水力发电能或地热能最适合新加坡？请解释你为什么选择这种能源。在新加坡这种能源的利用有哪些局限性？2.1993年世界上29个国家的430个核电站产生了全球17%的电，亚太地区越来越多的国家开始开发核能来满足日益增长的能源需求。核能有哪些优缺点？如果在新加坡建一个核电站会对新加坡有些什么影响？再如，“用电”一章中：与30年前相比，新加坡现在由电引起的灾难要少得多，这是什么原因呢？

热爱祖国的情感，在很大程度上对学生努力学习科学知识起着长远作用，同时也是他们将来走进社会后为国家和人民贡献力量，为国家和社会造福的内在驱动力之一。我国幅员辽阔，资源丰富，可以让学生去感知和领会，以获得直接的、丰富的感性认识，也可以给出数据和材料，让学生思考，了解国情，知道怎样更好地建设自己的国家，培养学生振兴中华的使命感与责任感。

四、对待自然

人类只是自然界的一部分，人类应该重新审视自身与其他生物以及自然界的联系，这些相互联系是地球上生命共同起源的必然条件。教材中，通过人们如何利用自然、对待自然的思考，让学生掌握解决人与自然和社会可持续发展问题的方法，培养学生参与可持续发展的实践能力，养成对自然、社会负责任的情感态度与价值观，提高学生可持续发展的参与意识和行为。

关注一下《交互作用的科学》中的例子，在“生态系统中的能量传递”一章中：为了建一个城镇，人们把一片森林毁掉，这将如何影响曾经生活在森林中的动物的生活方式？“生态学”章节中：在土地不足的新加坡，人口增长和经济发展都受到了限制。这意味着我们的森林、沼泽和大自然都要让步于城市的发展吗？为什么？“食物──合成或分解”章节中：新加坡每年都有“植树节”，对于一个城市（比如新加坡）来说，为什么要种这么多树？

我们对待自然的方式将影响到其他动物以及我们的后代。我们的技术使我们可以改变自然，也使我们能够不负责任地改变自然，我们必须谨慎对待自然。恩格斯曾在100年前告诉人们：“不要过分陶醉于我们对自然界的胜利，对于每一次的胜利，自然界都报复了我们。”自然界报复人类的例子不胜枚举：洪水、荒漠、SARS、禽流感……人类活动对自然的破坏，最后终究要危害到人类自身的生存与发展，影响到社会的存在与发展。所以人与自然要和谐相处，我们要培养学生可持续发展的意识。

五、新加坡教材带给我们的启示

《交互作用的科学》从对待科学学习，对待科学，对待科学、技术与社会的关系，对待自然四个方面对学生的态度、情感与价值观进行评价，并特别强调国情教育和对社会问题的关注，这与我国标准中对情感、态度与价值观的评价要求是一致的。综观《交互作用的科学》在科学态度、情感与价值观上的评价方法，我们可以得到以下启示。

1.改善我国对科学态度、情感与价值观评价的现状。一直以来我国中学理科教育受制于升学的压力，教师为升学而教，学生为升学而学。追求高分“为评价而教”的氛围十分浓厚，评什么以及怎么评，直接影响着教师的教学内容与方式。在这样的大背景下，重视科学态度、情感与价值观的评价无疑具有更加重要的现实意义。

2.编写和使用教材时要以《标准》的理念为指导。我国于2001年7月颁布了第一个由国家教育部颁布的综合科学课程标准──《全日制义务教育科学（7~9年级）课程标准（实验稿）》，该标准明确阐述了科学态度、情感与价值观方面的培养目标，并提出相应的教学与评价建议。这些评价建议与外国教材中的要求是相一致的。

3.将科学态度、情感与价值观的评价渗入教材和考试题中。在课程目标上，不但要让学生掌握知识、技能，也要培养学生对事物的情感、态度和价值观。考试题是学校教学中最常用的评价方式，试题要重视对考生科学素养的考查，要关注科学技术和社会经济的发展，以利于激发考生学习科学的兴趣，形成科学的价值观和实事求是的科学态度。把《标准》中关于情感、态度与价值观目标的几个方面（某些部分）体现在试题的素材上，这样试题的内容具有在情感、态度与价值观方面的教育功能。

4.培养学生个性、挖掘个人潜力，创造机会让学生参加有创造性的科学实验，给学校、教师、学生更多的自由。不断地充实有关的新观点、新知识，使学生了解现代科技发展的动态，并增加趣味性的现实生活例子及当前有关的社会问题，同时加强科学史教育，这在我国的科学教材中，大多只是出现于阅读材料中，只占极少量的内容, 阅读材料应去掉一般性科普知识介绍, 加强科学发展史、科学家生平、科学知识与

社会、科学知识的过去、现在与未来的介绍。

导读

近日，自然科学基金委根据《国家自然科学基金“十三五”发展规划》优先发展领域和新时代科学基金深化改革战略部署，在深入研讨和广泛征求科学家意见的基础上，发布了“十三五”第五批8个科学部63个重大项目指南，化学加特别转载化学科学部的8个重大项目指南，供大家参考。

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2020年化学科学部共发布8个重大项目指南，拟资助6个重大项目。项目申请人申请的直接费用预算不得超过1800万元/项。这8个重大项目分别是：

（1）非常规激发染料的构效调控及产品工程科学基础；

（2）分子光子学材料与激发态过程调控；

（3）电解水制氢与绿色化工耦合的科学基础；

（4）固体结构的化学调控与功能强化；

（5）基于纳米孔道电荷传输的单分子单细胞精准测量；

（6）面向重要化工分离的金属-有机框架材料设计及过程调控机制；

（7）面向学科前沿交叉的金属卡宾化学；

（8）锂同位素萃取分离的科学、技术与应用。

“非常规激发染料的构效调控及产品工程科学基础”重大项目指南

染料对光的选择性吸收是其本征特性，因而总是与光记录、光存贮、光显示及光成像直接联系，是多个新兴产业的关键化学品。随着相关领域发展，染料分子在常规条件下的激发态行为和能量弛豫规律逐步被揭示出来。但在极端条件下，特别是在高光子能量（如极紫外）和低光子能量（如近红外、超声波、偏振光）等非常规条件下，对染料分子激发态的形成、调控和应用研究极为薄弱。极紫外可以提供高的分辨率、超声波能提供更深的穿透力，这些赋予了非常规激发染料特殊的应用功能。因此，拓展传统紫外-可见光波长范围的染料波长，开展非常规激发和吸收染料分子的研究，对于光刻、显示等新兴产业发展，具有重要意义。

一、科学目标

项目拟围绕非常规激发染料结构-性能调控的关键科学问题，特别是在高能量光子（极紫外）和低能量光子（近红外、超声、偏振光）等特种激发条件下，染料分子对激发能的吸收和响应规律，通过分子结构精准设计、调控激发态的能量释放途径（如发光、电子转移、能量转移、催化反应等），实现光刻、显示等新兴产业领域的产品分子设计创新，为支撑相关产业发展提供科学与技术基础。

二、研究内容

（一）非常规激发理论及分子体系设计。

非常规激发染料的激发效率是实现功能的基础。重点研究在高光子能量或低光子能量条件下，不同分子的激发响应性，包括形成激发态的效率、光引发的电子转移、能量转移或化学反应效率；揭示分子结构与目标性能(包括耐受性)之间的规律，形成若干性能优异的染料母体分子平台，为产品分子设计提供理论依据。

（二）极紫外光刻材料设计及制备。

聚焦极紫外光敏分子结构与极紫外光吸收截面的关系，探索极紫外光引发的新型分解或聚合反应、过程中电子或能量转移形成的催化机制，研究新型结构的极紫外光敏分子及其光刻胶的制备、生产过程对超高分辨率性能的影响因素，形成新型极紫外光刻胶的关键生产工艺，为其规模化生产提供科学技术基础。

（三）功能染料工程化及其在光电材料中的应用基础。

分子的稳定性是染料工程化应用的前提。需揭示“光-热-机械”复杂稳定性与染料分子结构的映射机制，包括不同光能量、热效应和机械效应对染料稳定性和应用性能的调控规律，研究染料分子结构对光刻胶流变学性能和对光引发剂光化学反应性能的影响机制，探索提高彩色光刻胶分辨率的有效途径，建立与终端产品服役条件相一致的工程技术体系和可靠性评价准则。

“分子光子学材料与激发态过程调控”重大项目指南

光子学是研究以光子作为信息和能量载体的科学，涉及光的产生、传输、探测、放大和显示等应用。和无机光子学材料相比，分子光子学材料在光学性能、柔性加工和生产成本等方面展现出独特的优势。设计合成同时具备优异光学性质和电荷输运能力的分子材料，从微观角度深入认识分子材料中的激发态过程，结合器件构型设计优化制备工艺和性能指标，将推动分子光子学材料在相关产业尤其是新型显示领域的应用。“分子聚集态下特异性激发态过程对光子学性能的调控机制”与 “不同光子学功能中涉及的激子与光子的相互作用原理”是分子光子学研究中的关键科学问题。“新型光子学分子的理性设计与高效合成”与“光子学功能导向的分子材料组装与器件集成”是本领域的重大需求。本重大项目旨在联合分子材料合成、激发态理论、光谱学和光电器件等方面的科学家进行攻关，从微观角度深入认识分子材料中的激发态动力学过程，结合器件构型设计，优化制备工艺和性能指标，发挥分子光子学材料在光学性能、溶液加工、柔性集成等方面展现出独特的优势，推动分子光子学在相关产业尤其是新型显示领域的应用。

一、科学目标

以有机分子特有的“单线态和三线态激子过程调控”为主线，聚焦新材料合成制备和高性能器件集成两大方向，解析微纳体系中激发态物理化学过程，指导新型分子光子学材料骨架结构及其微纳晶体的设计合成，拓展高性能有机微纳激光和有机电致发光在显示器件方面的应用。以此为基础，形成在国际上有重要影响的研究团队，提升我国在分子光子学前沿交叉方向上的整体水平。

二、研究内容

本项目围绕“分子光子学材料的结构-性能关系”开展以下研究：

（一）高性能光子学材料的分子设计与可控合成。

以调控分子能级与激发态过程为导向，设计合成兼具高载流子迁移率和高固态发光效率的分子光子学材料；通过调控分子间弱相互作用充分运用其组装性能，制备形貌、结构和性能可控的分子聚集体，为发展分子光子学奠定材料基础。

（二）有机微纳体系的激发态调控与过程研究。

准确理解分子光子学材料体系中激发态动力学、载流子扩散动力学和能级调控等理论，揭示其中载流子传输性能和光学特性之间的平衡和制约关系；通过光、电、磁和热等多种外场手段强化激发态下的激子传输与电子转移和能量传递过程，以及激子和光子的强相互作用与耦合过程。

（三）高性能有机微纳激光材料与器件。

在新型分子光子学材料中实现覆盖可见光谱的受激辐射，设计新的微纳结构单元作为光学谐振腔，得到激光波长和模式可调可控的有机微纳激光；开发微纳晶定向图案化制备新工艺，发展微纳激光阵列大面积集成方法，探索基于分子光子学材料的激光平板显示技术。

（四）有机分子电致发光与显示器件。

以分子光子学的激发态动力学为指导，设计制备高激子利用率和窄谱带发射的发光器件；构建全新的器件模型，探索激发态传输及电荷陷阱效应等基本物理过程和规律，完善和发展电致发光和分子器件的相关理论，展示分子光子学材料在显示原型器件上的应用。

“电解水制氢与绿色化工耦合的科学基础”重大项目指南

面向可再生能源高效利用和绿色化工的重大需求，针对电解水与绿色化工耦合所涉及的关键科学问题，研究电解水过程中活性物种的生成与调控、电解水与有机物氧化还原反应的耦合过程，探究多尺度流动与传递对电化学过程的影响机制，构建若干规模化电解水与有机物合成耦合反应体系，形成能源化学与绿色化工领域新的发展方向。

一、科学目标

通过高效电解水耦合加氢/氧化的催化过程，实现碳-氢键、碳-卤键、碳-碳键以及碳-氧键等的定向转化，揭示电/光电作用下电极界面氢氧等中间物种的生成机理及其与有机物反应途径，建立选择性合成高附加值产物的实验方法和理论体系，构建电解水耦合化工产品绿色合成系统；发展新型光电化学反应器，阐明多相反应过程中的流动、混合、传递对能量与物质转化的作用规律，实现新能源利用与绿色化工耦合的应用示范。

二、研究内容

（一）电解水耦合氧化与高效制氢。

针对规模制氢与大宗化学品生产的耦合，研究多相界面活性氧生成与转化机理，以电极组成和界面性质调控活性氧在阳极表面的浓度、活性和能量，匹配有机物在电极表面的传质吸附特征和氧化反应能级；发展新型结构化电极，实现有机相、水相和气相在电极表界面的均匀分布、高效传递与反应耦合；研究有机相对隔膜性能的影响，提高隔膜稳定性；研究阳极活性氧的快速转化对水分解制氢过程的促进作用，并在工程化研究装置上实现耦合氧化高效制氢。

（二）电解水耦合加氢与氧化。

针对阴极制氢与耦合加氢之间的转换，利用活性氢和活性氧分别对有机底物进行加氢和氧化，合成高端精细化学品，提高能量和物质的利用效率；研究阴极活性氢的生成及其析氢/加氢反应的竞争机制，提高目标产物选择性；根据阴极和阳极反应的反应机制和动力学特性，设计新型电极及反应器，优化操作条件、探索成对电合成反应体系中电解反应与产物分离的协同机制。

（三）光电协同分解水与氧化/加氢耦合。

研究光促电解水制活性氧/氢和有机物选择性氧化/加氢的新型绿色合成方法，探究光电极对光子的能量利用以及动力学，揭示光促电解水的本征活性和动力学过程对有机反应选择性调控的内在机制，进一步促进水分解和有机物氧化/还原的耦合。

（四）制氢耦合绿色化工的过程强化与系统集成。

研究多尺度流动、混合和传递特性对电化学反应的影响，获得从电极、单池到系统的反应与传递耦合规律；研究反应与分离耦合机制，揭示系统内单元结构与性能的影响，确定单元间的衔接原则，建立电化学耦合反应系统的放大模型与设计方法，实现1~2个耦合反应体系工程化示范。

“固体结构的化学调控与功能强化”重大项目指南

固体物质在信息、能源、国防、机械、电子、医学等领域具有广泛的应用。物质的性能不仅取决于化学组成、相态、晶体结构，还受限于局域结构、化学有序、电荷有序、磁有序等。针对关系国家重大需求的电输运材料、铁电/铁磁体、储能材料等，利用先进大科学装置，多层次揭示固体材料结构与功能间的关系，运用化学手段调控固体结构，实现性能显著提升或获得新功能。

一、科学目标

通过极端条件合成、化学压力（Chemical Pressure）、缺陷设计和复相匹配等手段，实现对固体结构的化学调控；充分利用现代表征技术和方法，解析固体的晶体结构、局域结构、电子结构和声子结构等；创制系列新型电输运、高性能铁电/铁磁、高效储能等新型固体功能材料。

二、研究内容

（一）极端条件下特殊功能固体材料的合成。

在高温、高压或超强外场下，合成常规条件下难以得到的特殊结构和功能的固体材料；发展基于次级结构、堆积模块等合成砌块的可控合成方法，在多元体系中筛选超导、快离子导体、高能量密度等特殊功能材料，揭示其反应历程。

（二）化学压力调控结构与强化功能。

利用相界面应变、异质化学元素引起的局域结构畸变、离子调控等化学压力方法，实现晶体结构及晶格应变的微观尺度调控，建立化学压力调控结构的精准化学合成方法，揭示固体中元素分布、化学有序、电荷有序、化学成键和晶格变化，阐明结构-相态-性能的关联。

（三）缺陷调控结构与新型电输运固体。

通过化学掺杂、拓扑反应和玻璃结晶等多种途径，系统研究固体材料中缺陷的可控引入及其对晶体结构、电子结构的影响；结合多种技术手段建立缺陷组成、浓度、分布等表征方法；研究缺陷对固体材料中电子和离子输运性质的影响；从化学成键、离子间相互作用阐述固态离子导体中缺陷稳定与离子迁移机制；基于缺陷在性能上的构效关系，设计合成新型电子/离子导体等材料。

（四）复合固体结构调控与电极材料功能强化。

发展复合固体结构精准化学调控的新方法，研究单组分及复合固体结构与电子态之间的协同效应，以及轨道耦合、电荷转移、局域结构等对复合结构的影响规律；多层面认识能源复合固体材料的构效关系，提出高效电极材料等复合固体的设计原则，合成具有协同功能增强效应的电极复合材料。

“基于纳米孔道电荷传输的单分子单细胞精准测量”重大项目指南

细胞中分子间通过电荷传输及能量有序交换发生的各类反应都是在极小且拥挤的空域和极短的时域内进行的，并控制着单个生物分子功能的执行、反应的精准调节以及能量的高效传递和转化等。纳米孔道限域空间提供了最逼近实际生命体系中分子反应行为的场所，可实现在极短的时域内进行单个分子的动态测量。然而，电子、质子、离子及分子在纳米孔道限域界面内的传输，常常表现出与宏观界面上完全不同的限域增强特性。因此，在生命分析中利用纳米孔道的立体限域空间及瞬态电荷传输特性，可获得极高的时空分辨，实现单分子、单细胞等单个体的精准测量，为进一步探索基础生命化学领域新现象、新规律和新知识提供了新途径。

本重大项目拟聚焦于具有纳米级孔道结构这一最基本的限域电荷传输界面，探索传感界面结构、电荷传输、测量精准度之间的内在关系，提出原创的纳米孔道测量新原理，将生命分析测量从宏观界面推进到纳米限域界面，从分子整体行为测量推进到单个分子、单个细胞差异性研究，有望成为现有基础分析化学研究方法和理论进一步发展的突破口，催生和引领蛋白质单分子测序、生物化学反应动态测量以及高通量疾病早期筛查等方向的研究。

一、科学目标

项目围绕“具有纳米级孔道结构”的限域电荷传输界面，突破现有对生命体系微弱瞬态过程测量的瓶颈，建立原创的纳米孔道界面分析化学理论与方法，构建具有单分子灵敏度和亚纳米空间分辨能力的原位、无损纳米孔道电荷传输测量器件，在单分子、单细胞水平上揭示电子、质子、离子、分子等相互作用及其能量转化过程，以期在单分子、单细胞水平上探索基础生命化学。

二、研究内容

（一）纳米孔道测量界面的可控构建。

以生物蛋白质、无机材料、有机大分子等为基本构筑单元，探索多元纳米孔道化学结构特征与电荷载体间的相互作用，发展空间限域电荷场扰动方法及可控单分子界面修饰方法，增强纳米孔道测量界面内多个探针基团的协同测量效应，从而构建每一个基团都精确可控的纳米孔道测量界面。

（二）纳米孔道单个体测量的机制研究。

探索传感界面结构、电荷传输、测量精准度之间的内在关系，调控限域空间内电子、质子、离子、分子的传输过程，建立基于纳米孔道界面电荷传输测量的特异性信号增强放大新机制，实现高通量、定性及定量测量生物分子的结构变化、分子间相互作用变化及其引发的纳米孔道界面内电荷分布差异和瞬态能量变化等。

（三）纳米孔道单细胞单分子原位测量研究。

发展适用于单个活细胞内单个分子可控递送和原位分析的方法，建立纳米孔道单细胞成像测量的新方法和谱学研究的新策略，深度解析由单个分子引起的单细胞表型特征；发展纳米孔道单分子计数与光学实时检测新技术，实现生理浓度范围单分子光学检测，阐释生物分子相互作用的单分子反应机制和动力学，从而在单分子、单细胞水平实现疾病早期筛查。

（四）纳米孔道界面的高时空分辨测量方法及系统。

突破现有生命分析方法的时空测量极限，发展具有高时空、高能量分辨，实时原位、无损的电子、电荷、离子测量新方法、新器件及新系统，在纳米孔道限域测量界面上实现单个生物分子反应中间体、反应路径、反应选择性等的瞬态测量，为蛋白质单分子测序以及重要生物化学反应研究提供技术支撑。

“面向重要化工分离的金属-有机框架材料设计及过程调控机制”重大项目指南

分离是化工生产的关键技术之一。以烷烃/烯烃分离（如乙烷/乙烯等）、同分异构体分离（如正构烃/异构烃等）、二氧化碳捕获为代表的工业分离过程，其规模均在千万吨级，关系经济社会发展及国家战略需求。传统热驱动分离过程能耗高，若以非热驱动的吸附或膜分离过程替代热驱动分离过程，可望大幅度降低能耗。金属-有机框架材料拥有庞大的组分/结构单元库，其可设计性为吸附与膜分离带来机遇。然而，金属-有机框架材料目前尚未实现分离工业应用，亟待在基础科学与工程技术方面取得突破。本指南以重要的化工分离过程为导向，拟围绕金属-有机框架材料设计、吸附材料/分离膜可控制备、过程调控机制等关键科学问题，实现高效、高选择性、高稳定性分离，推动分离科学与技术的理论创新与技术进步。

一、科学目标

以金属-有机框架材料设计制备与重要工业分离过程调控为核心，揭示吸附分离与膜分离机理，建立分离材料组成-结构-性能设计方法；提出吸附材料与分离膜晶粒/晶界调控策略，突破分离通量与选择性的博弈限制；开展放大制备与组件集成研究，为金属-有机框架材料吸附与膜分离的工业应用提供科学支撑。

二、研究内容

（一）金属-有机框架材料精准设计与制备。

基于计算化学、“网格化学”及构筑模块策略，开展材料分子基元组成、拓扑结构、微观孔结构设计；基于先进晶体工程手段，实现材料高通量制备与结构表征；基于探针分子吸附，揭示材料与被分离分子相互作用机制及动态响应规律，建立理论与实验相结合的晶体材料构筑方法，创制具有工业应用前景的吸附与膜分离材料。

（二）金属-有机框架吸附材料结构调控与分离应用。

基于分子构筑单元设计，实现材料孔道结构、表面基团定向调控；基于单组分静态吸附与多组分动态分离的系统评价体系，开展吸附材料分离性能和构效关系研究，获得吸附分离热力学、动力学规律，反馈指导材料精准设计与吸附性能调控，实现烷烃/烯烃分离等体系的工业性试验；完成吸附材料的规模化制备及吸附分离过程的设计，为突破其在吸附分离工业中的应用提供科学基础。

（三）金属-有机框架分离膜可控制备与分离应用。

基于微区反应设计与分子组装技术，实现分离膜孔结构、择优取向、堆砌单元、晶界结构的精准调控，创新膜的工程化制备方法；在工业性实验装置上开展操作条件（温度、压力等）可控的多组分膜渗透分离在线评价，深入揭示膜分离机制，突破分离通量与选择性的博弈限制，获得工程放大规律；完成分离膜放大制备与组件集成设计，实现二氧化碳捕获等工业应用示范。

“面向学科前沿交叉的金属卡宾化学”重大项目指南

金属卡宾结构独特，其反应具有高效、多样以及可控等特点，受到人们的极大关注，相关研究对于合成化学、化学生物学以及有机材料等领域产生重要影响。对于金属卡宾的结构及其性质的理解不仅是金属有机化学基础理论研究的核心内容，也是发展具有高效性和多样性的合成反应的关键。金属卡宾丰富的反应性也为其在前沿交叉领域的应用带来新的机遇和挑战。

一、科学目标

针对金属卡宾的特性以及目前该领域发展的现状，本项目以探讨新型金属卡宾的发现及产生、结构以及反应性为出发点，发展基于金属卡宾的新反应、新方法，拓展其在功能有机分子合成、高分子聚合、药物合成以及化学生物学等交叉领域中的应用。通过项目的实施，推动合成化学以及结构理论的发展，并通过金属卡宾化学与生命科学的衔接为生物大分子化学修饰，化学蛋白质组学以及新药研发等提供新工具和新技术。形成一支在国际上具有重要影响的研究队伍，进一步巩固我国在金属卡宾领域的国际影响力。

二、研究内容

（一）新型金属卡宾的合成及其结构、反应性研究。

围绕过渡金属催化的卡宾转移机理研究，设计、合成、表征一系列活泼的金属卡宾中间体，包括铁卡宾、钴卡宾、镍卡宾、铜卡宾、钌卡宾、锇卡宾、钯卡宾、金属烷基卡宾以及金属双卡宾等；进一步通过实验和理论计算等手段，获取金属卡宾的结构信息和提出新的反应模式。研究含氟卡宾与含氟金属卡宾的合成、结构表征及其在含氟有机分子合成中的应用。

（二）基于金属卡宾的碳-碳键以及碳-杂原子键构建。

发展基于金属卡宾的碳-碳键以及碳-杂原子键构建新方法，包括金属卡宾参与的碳-碳键选择性切断与重组、碳-氢键的官能化、金属卡宾的不对称催化反应等。研究金属卡宾反应在高分子聚合中的应用，包括卡宾经典反应以及卡宾偶联反应为基础的高分子聚合，过渡金属催化的卡宾聚合、卡宾－烯烃共聚等。研究金属卡宾反应在高分子后官能化中的应用。

（三）金属卡宾反应在新药研发以及化学生物学中的应用。

发挥金属卡宾反应类型多样性的特点，开发具有生物兼容性的高效金属卡宾反应，为生物大分子化学修饰提供具有化学特征的新工具和新技术，为新药研发提供基础性和前瞻性的科学技术储备。包括应用金属卡宾参与的多组分反应实现生物活性小分子的多样性合成、应用金属卡宾反应对药物及生物活性分子进行后期修饰以及开发针对动态修饰的新药物靶标和相应的干预小分子、基于金属卡宾开发新一代化学蛋白质组学工具探针等。

“锂同位素萃取分离的科学、技术与应用”重大项目指南

锂同位素是十分重要的能源材料和国防战略物资。在清洁新能源领域，锂同位素是新一代钍基熔盐裂变堆、可控热核聚变堆和压水反应堆中的核心原料及调节剂。随着我国先进核能的快速发展，寻找更安全、更高效、易于工业化放大生产的锂同位素分离方法迫在眉睫。本项目采用“基础研究—应用研究—产业化”贯通式研究模式，开展有机萃取法分离锂同位素的科学、技术与应用研究。通过有机化学、物理化学、分离工程、人工智能、自动化控制等多学科交叉融合，解决萃取分离过程中的萃取剂分离效率低、稳定性不足、合成制备难、萃取分离机制不明确、萃取串级工艺难等重要科学与技术难题。促进有机萃取法分离锂同位素的新方法在基础理论和工程化应用方面上升到新的高度，促使原始创新技术在满足国家重大需求的任务中发挥重要科技支撑作用。

一、科学目标

本项目围绕锂同位素萃取分离过程中的科学、技术与应用关键问题，从发展新型、高效的萃取剂和可实用化萃取工艺为核心，解决从基础研究到产业化应用过程中的关键科学和技术问题。阐明锂离子在不同介质间转移的能量变化与动力学规律；揭示有机萃取剂分子结构与同位素分离性能的重要构效关系；阐明萃取剂分子在长期酸、碱、氧气以及辐照等条件下的降解规律；设计并优化萃取剂分子结构，发展若干具有自主知识产权的高性能新型萃取剂材料，锂同位素分离系数α大于1.030，在连续萃取分离条件下能稳定运行8000小时；发展串级萃取分离锂同位素的化工工艺，实现连续多级锂同位素的萃取富集浓缩，建设锂同位素萃取分离的工业化示范线。

二、研究内容

（一）萃取剂分子结构设计、合成与性能评价。

通过分子模拟软件设计并优化新型萃取剂分子结构；发展萃取剂分子的多样性、高效性合成方法，批量制备专用萃取剂；利用氟原子和含氟基团的独特效应，开展有机萃取剂、协萃剂、稀释剂等分子的高选择性氟化方法研究，建立含氟萃取剂、协萃剂、稀释剂等组成的独特萃取体系；建立萃取剂分离锂同位素的综合性能评价方法，考察萃取剂的分离系数、分配系数、萃取负载量等指标；调节并优化萃取体系的组分配方，揭示其对锂同位素分离效率的影响规律（包括协萃剂、改质剂、溶剂、盐效应等影响因素）；根据工业化应用的要求，结合萃取剂分子的多方面性能，综合评价并筛选得到综合性能优秀、适合于工业应用的萃取剂分子。

（二）萃取分离机制及萃取剂结构与性能关系研究。

研究液-液两相界面锂离子迁移动力学；阐明两种锂同位素之间极化率、迁移率和溶剂化作用的差别；锂离子在萃取介质中的迁移、扩散及溶剂化过程中的复杂结构和能量变化；锂离子在不同萃取介质间转移的动力学规律；采用计算机模拟两相锂离子传输过程中的动力学和热力学问题等。采用人工智能技术，研究萃取剂结构与溶解性、同位素分离系数、萃取能力、转相能力等之间的关系，并得出构效关系规律；利用人工智能技术，对萃取剂的结构与化学稳定性、辐照稳定性之间关系进行模拟，并得出构效关系规律。

（三）有机萃取法分离锂同位素的工业应用。

研究不同类型萃取剂在长期化工应用中的化学和辐照稳定性，阐述萃取剂分子的在酸、碱、氧化以及辐照等条件下的降解规律及降解产物；研究萃取法分离锂同位素的全流程串级萃取化工工艺；设计并优化同位素分离专用离心萃取机的机械结构及串级连接方式；研究串级萃取试验过程中的自动化控制技术、工艺稳定控制技术及产品的后处理纯化技术；在多级串级萃取试验装置系统上，进行锂同位素萃取分离的连续分离富集试验，连续稳定获得富集产品；建设锂同位素萃取分离的工业化示范线，开展工业应用示范的技术研究。

来源 | 国家自然科学基金委 编辑 | 化学

实验稿标准中“科学内容”含3个一级主题、14个二级主题，每个二级主题下又有若干三级主题。这次保留了原课标中的一级、二级主题，主要针对三级主题内容进行了修改。

修订后物理课标的变化

此次义务教育物理课程标准修订保持实验稿标准原有的整体框架结构和核心内容不变，在此基础上，进一步规范实验稿标准中的与“科学内容”相关的表述，适当增加案例，调整“实施建议”，仔细推敲文字表述等。

相关内容具体的修改原则如下：对于“前言”部分，根据对所有学科统一的修改要求，调整表述；“内容标准”部分，保持原结构不变，微调“科学探究”，修订“科学内容”；“实施建议”部分，保持原结构不变，侧重修改“教学建议”和“评价建议”；“附录”部分，补充学生必做实验，增加案例及评析，规范相关表述。

合理设计课程内容

本次修订侧重对部分内容的完善性调整。例如，在“课程基本理念”中，将原“课程基本理念”中的“注重学生发展，改变学科本位”调整为“面向全体学生，提高学生科学素养”。将“构建新的评价体系”调整为“注重评价改革导向，促进学生不断发展”。另外，将原来的“课程标准设计”改为“课程设计思路”。在“课程目标”的修改中，对总目标，从知识、能力、情感、科学、技术、社会等层面进行了梳理与微调；对“知识与技能”部分将行为动词“初步认识”统一为“认识”。

各学科统一规定将“内容标准”换名为“课程内容”，此为本次修订的重点之一。在修订中注重落实多维课程目标，力求将“知识与技能”、“过程与方法”和“情感态度价值观”三方面的要求进一步融入“课程内容”中。

将“科学探究”放进“课程内容”，适当推敲了“科学探究”内容中的文字表述，微调了“科学探究能力的基本要求”的部分条目。同时删去了实验稿标准中类型相近的案例，另外补充了两个案例，在每一个案例后，增写了一段“评析”。

实验稿标准中“科学内容”含3个一级主题、14个二级主题，每个二级主题下又有若干三级主题。这次保留了原课标中的一级、二级主题，主要针对三级主题内容进行了修改。

规范相关表述，增加可评价性。将原有的“初步认识”和“大致了解”等行为动词调整为“认识”和“了解”。将原条目“理解欧姆定律，并能进行简单计算”规范为“理解欧姆定律”。将原条目“探究通电螺线管外部磁场的方向”规范为“探究并了解通电螺线管外部磁场的方向”。

细化条目，明确要求，便于操作。对一些条目作了进一步细化。如，将原条目“探究并了解光的反射和折射的规律”细化为“探究并了解光的反射定律、探究并了解光的折射现象及其特点”。再如，将原条目“……会测量温度……”修订为“……会用常见温度计测量温度……”。

适当删减、整合内容，降低要求。将原条目“比较色光混合与颜料混和的不同现象”中的“颜料混合”删去；将原来与半导体、超导体、纳米材料等有关的3个条目，通过“新材料”整合为一个条目。

适当增加内容，落实三维目标。增加了“通过实验，观察摩擦起电现象，探究并了解同种电荷相斥、异种电荷相吸”。还增加了与生产、生活有联系的条目。增加了“用物体的惯性解释生活和自然中的有关现象”，“运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象”，“知道大气压强及其与人类生活的关系”，“了解电磁感应在生产、生活中的应用”，“用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象”等条目。

本次修订还增加了对物理实验的要求。例如，增加了“测量密度”、“测量速度”、“探究液体压强”、“观察静电现象”，等等。同时，不仅在三级主题中增加了实验条目，而且在附录中补充了学生必做实验，共20个。

调整内容，减轻学生负担

一是删去了与物理学关联不强、要求比较宽泛的条目，如“能从生活或社会应用的角度，对物质进行分类”。修订后课程标准对此不再单独列入。二是删除了一些初中学生普遍感到有一定难度，而进入高中后将会进一步学习，且删去后并不影响初中知识结构的系统和完整的内容，如“比较色光混合与颜料混合的不同现象”，仅保留了“色光混合”的要求。三是删除学生在小学科学课程中已学过的部分物理知识，如删去了“探究光在同种均匀介质中的传播特点”。四是知识内容尽管不作调整，但通过降低教学要求的层次，达到减轻学生课业负担的目的。例如，关于“机械效率”的要求，原来是“理解”，修订后下调为“知道”；又如，对“不可再生能源和可再生能源”，修订后只要求“列举”，不再强调“说出特点”。

明确要求，使教师教学心中有底

标准修订稿不再使用“初步认识”、“大致了解”等介于两者之间的说法，对教学中不太容易把握的内容，通过具体表述，使教学要求进一步明确。

明确科学探究的内容在知识上需要掌握到的程度，例如“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”部分，修订稿相关条目说明中，在“探究”二字的后面都加了“并了解”3个字，明确其要求的层次是“了解”。

在附录中列出了20个物理实验的项目清单，作为必做的学生分组实验，并鼓励有条件的学校在这20个必做实验之外，充分利用学校已有的实验资源进行更多的分组实验。

微调条目，优化三维目标

在知识方面，增加了“摩擦起电”、“同种电荷相斥、异种电荷相吸”、“磁场”、“热机工作原理”等知识点。在“过程与方法”目标方面，增加了“通过实验，探究液体压强与哪些因素有关”条目。在“情感态度价值观”方面，增加“了解电磁感应在生产、生活中的应用”、“运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象”、“知道大气压强及其与人类生活的关系”、“了解提高机械效率的途径和意义”、“用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象”等要求。

注重科学探究，用实例消除困惑

设计了两个课内科学探究的实例，一个是“探究电磁感应的条件”，另一个是“探究凸透镜成像的规律”。还介绍了一个在课外进行的完整的科学探究实例。

调整评价建议，促进学生全面发展

修订组对“评价建议”部分也进行了重点修改，涉及指导思想、评价内容、评价方法和应注意的问题等4个方面内容。

（摘自义务教育物理课程标准修订组所作的说明）

面对日益严重的海洋资源衰竭、海洋环境污染、海洋生境破坏等问题，应对这些问题的立法倍受关注，在保护海洋资源、防治海洋环境污染、建立海洋自然保护区等方面均有了相应的法律。本文认为需要遵循生态系统规律，从海洋生态系统的角度来立法保护海洋资源、防治海洋环境污染；建立健全科学的海洋生态法体系需要注重研究海洋生态规律和海洋生态系统的特性，由三个层次的海洋生态法律有机地形成海洋生态法体系。

关键词： 海洋生态系统 海洋生态法体系

一、海洋生态环境问题

海洋生态环境问题指因自然变化或人类活动而引起或可能引起的海洋生态系统失衡和生态环境恶化，以及由此给人类和整个海洋生物界的生存和发展带来的不利影响。我们探讨海洋生态系统法律保护，重点是关注围绕人类活动引起的海洋生态环境问题。

海洋生物资源衰竭是人类过度开发利用海洋生态系统生物成分而引发的海洋生态环境问题。海洋生物在海洋生态系统中居于核心地位，其生物产量也是人类生存和发展的重要生物资源，在人口迅速上升和陆地资源有限的矛盾之下，人们期望海洋生态系统能够成为缓解这一矛盾的有力工具，而海洋生物稳定的生产量对人类持续利用海洋生态系统具有举足轻重的作用。但是由于人类过去未能认识到海洋生态系统的物质能量循环规律及其生物产量的有限性，在开发利用海洋生态系统时过度捕捞鱼类等海洋生物资源，致使早在十九世纪中叶就出现了海洋生物资源衰竭的现象，时至今日，海洋生物资源衰竭已成为重大的海洋生态环境问题。

海洋生态系统的非生物成分与生物成分之间通过物质能量流动、循环构成具有一定生产能力的整体，当非生物成分的物质发生异变超过一定程度时，会防碍海洋生态系统正常的物质能量流动过程，结果是：难以维持海洋生物成分对物质能量的需求而降低生物量；一部分非生物成分通过海洋生态系统物质能量循环进入并残留于海洋生物中，进而进入人体；海洋生物成分发生变异，异种海洋生物取得优势发展而彻底毁坏原有海洋生态系统的生产能力。所谓的海洋环境污染就是人类活动增加了某些海洋非生物成分物质而防碍了海洋生态系统的正常物质能量循环，发生上述三种结果的现象。重金属元素，如汞、镉、铅、铬（总铬和六价铬）、铜、锌、镍以及过渡元素砷、硒等，是地壳的天然成分，在海洋非生物成分中有一定比例，人类活动使过量的重金属元素进入海洋，逐渐富集，并最终造成污染。

石油烃进入海洋生态系统，首先是海洋生物的毒性作用，石油烃可以粘附在海洋生物甚至鸟类的身体表面，妨碍其正常的呼吸和运动。其次，石油可以在海洋生物，特别是经济生物体内累积，进而影响到其食用价值。无机氮、磷等营养元素大量进入海洋生态系统，浓度过高导致海水富营养化，其本身对海洋生物及海洋生态系统危害不大，但高浓度的无机营养盐却给海水中赤潮生物，特别是藻类赤潮生物的增长提供了良好的物质基础，其大量生长则导致了世界性的海洋灾害——赤潮而使海洋生态系统生物成分异化，对原有海洋生态系统产生严重危害。

人类活动产生的有机物种类繁多，其中持久性的有机污染物，如有机氯农药、多氯联苯等最终进入海洋生态系统。持久性有机污染物的高毒性、难降解、易于生物积累等特性给海洋生态系统的物质能量循环及海洋生物生产数量和质量造成严重影响，其致癌或类似激素的功能能够影响生物的生殖过程，也给海洋生态系统及人类健康造成危害。

此外，海洋生境破坏也是一类严重的海洋生态环境问题，如过度开采珊瑚礁资源，不仅对依赖珊瑚礁生存的海洋生物造成严重影响，同时也使其丧失了护岸功能，导致海岸蚀退。

红树林区创造了海洋生物或其他生物栖息、繁衍、避敌害、生长发育的极为有利的生态环境，是鱼虾、蟹贝类动物栖息繁殖的重要场所，水产资源丰富，生物生产力较高。红树林形成一道缓解或抵抗风暴、海浪对海岸冲击的天然屏障，消浪、促淤、护岸作用明显，但红树林破坏也相当严重。

总之，由于海洋生物资源衰竭、海洋环境污染、海洋生境破坏等导致的海洋生态环境问题危害到海洋生态系统功能的发挥，直接表现为海洋生物成分和海洋生物多样性减少、生产能力下降。如在一些污染比较严重的区域，潮间带生物群落的多样性指数有明显下降，由耐污种类取代了敏感的生物种类，甚至出现无生物区。

二、海洋生态系统的法律保护

人类开发利用海洋资源的一系列活动已造成日益严重的海洋生态环境问题，人与海洋之间的矛盾也日益尖锐，将人类开发、利用、保护海洋生态系统的行为纳入法律调整也已形成一定规模，从1867年的《英法渔业条约》到1982年的《联合国海洋法公约》，海洋生态法律保护正不断发展。已有的众多涉海的国际公约、条约、协议等法律文件以及多边协议、双边协议等在不同程度上强调了保护海洋生态环境，其中多数都是从开发利用海洋资源，防治海洋环境污染的角度来进行法律保护。

在开发、利用、保护海洋资源方面，《联合国海洋法公约》所要解决的重大问题之一就是各国对海洋和海底资源的开发利用。各国之间的竞争，各国所提出的对海洋的空间要求，许多都是针对资源的。是对资源的需求引起对空间的要求，对空间的要求是为了达到对空间中的资源的占有或者得到资源取得上的某种便利。[1]《联合国海洋法公约》对各国占有、开发、利用海洋资源及其海洋权益维护形成了重大影响，领海、专属经济区、大陆架等法律制度的确立，使各国占有海洋空间的范围扩大，各国之间划界重叠，导致各国海域划界矛盾日益突出，对海岛的争端也更加尖锐，对海洋资源包括生物资源和非生物资源的争夺日趋激烈。一方面在海洋资源的占有、开发、利用上形成全球性的法律秩序；另一方面也引发了海洋安全问题，如中日钓鱼岛列岛之争，中国与东南亚沿海各国围绕南沙群岛引发的一系列矛盾和纠纷。这也推进了世界各国围绕海洋资源空间分布积极进行双边和多边协议而划界，通过协议划界进一步明确各国对海洋资源的占有、开发、利用，逐步形成海洋资源开发利用有序化。

中国是《联合国海洋法公约》的缔约国，为履行《联合国海洋法公约》的要求，维护中国对海洋资源占有、开发、利用的权益，相继颁布实施了《领海及毗连区法》、《专属经济区与大陆架法》，向世界宣布中国12海里领海及200海里专属经济区，并努力推进与周边国家签订划界协议以进一步明确对海洋资源的占有、开发、利用的权益范围。

在对海洋资源占有、开发、利用过程中，世界各国也关注了海洋资源的保护。十九世纪中叶的《英法渔业条约》就对海洋渔业资源进行保护；《公海捕鱼及生物资源养护公约》、《生物多样性公约》、《国际捕鲸管制公约》、《频危野生动植物种国际贸易公约》等对海洋资源的开发、利用与保护进行了规定；《21世纪议程》也对海洋资源可持续利用进行了规定；各国之间也签订双边或多边协议共同开发、利用、保护海洋资源，如《中日渔业协定》、《中韩渔业协定》、《中越北部湾渔业合作协定》等对中国与日本、韩国、越南等周边国家合作开发、利用、保护渔业资源进行了规定。

为合理开发利用和保护海洋资源，中国颁布实施了《渔业法》、《海域使用管理法》等法律，并将《土地管理法》、《森林法》、《矿产资源法》等法律的相关规定也适用于保护海洋资源。如《渔业法》对保护渔业资源的规定，包括禁渔区、禁渔期、休渔制度以及许可证制度等；《海域使用管理法》规定了海域及其资源的有偿使用制度以及使用许可证制度等；《矿产资源法》的采矿许可证制度也同样适用于海洋石油、天然气资源的开发、利用、保护；此外，《海洋石油勘探开发环境保护条例》、《对外合作开采海洋石油资源条例》等法规也对中国海底油气资源等的开发、利用、保护进行了规定。

对海洋资源的占有、开发、利用和保护也涉及到人类共同继承遗产问题。如国际海底资源，《联合国海洋法公约》对此进行了专门规定，并成立国际海洋管理局来负责国际海底资源的开发利用和保护。以多金属锰结核为主的国际海底资源开发利用过程势必影响到底栖海洋生物及其生存环境，进而导致海底生态系统变化，这也需要引起海洋生态系统法律保护的重视。

海洋环境污染已经引起世界各国的广泛重视，防治海洋污染、保护海洋环境自二十世纪七十年代以来就成为全球环境保护工作的一个重要领域。涉海的国际立法都对防治海洋环境污染给予了高度重视。《联合国海洋法公约》与以往的“海洋法”相比，明显的区别之一是规定了大量环境保护和保全内容。[1]除专门有一部分是“海洋环境的保护和保全”外，其他部分也有一些条款涉及保护海洋环境问题。在《海洋倾废公约》、《船舶防治污染公约》、《国际油污损害民事责任公约》及其各种议定书、《国际干预公海油污事故公约》、《干预公海非油类物质污染议定书》，《防止倾倒废物及其他物质污染海洋公约》等十几个有关海洋环境保护的公约、协定等国际法律文件中均对防治海洋环境污染进行规定。在保护海洋环境的国际立法中，保护环境的义务是核心问题。按照《联合国海洋法公约》的规定，各国有保全海洋环境的义务，各国按照其保护和保全海洋环境的职责来行使开发其自然资源的主权权利。此外，污染管辖权也是一个重要问题。按照《联合国海洋法公约》的规定，进入海洋的陆源污染物由沿海国管辖；国家管辖范围以内的海底活动造成的污染，也由沿海国家管辖；来自船舶和飞机的污染，受沿海国和船舶（飞机）国双重管辖；在领海、专属经济区和大陆架倾倒废物，受沿海国管辖，在公海倾倒废物为受船舶国管辖；来自国际海底区域的污染，受国际海底管理局管辖。上述各种海洋污染管理工作，都要遵照《联合国海洋法公约》及其有关国际法规的精神进行。

在防治海洋环境污染方面，中国立法已注意到了海洋生态环境与陆地生态环境的差异，除了《环境保护法》外，专门制订了《海洋环境保护法》，并经过修改完善。修改后的《海洋环境保护法》特别强调了对海洋生态的保护，增加了“海洋生态保护”一章。第一，强调了国务院及其有关部门和沿海各级政府的责任。如要求国务院和沿海地方各级人民政府应当采取有效措施，保护红树林、珊瑚礁、滨海湿地、海岛、入海河口、重要渔业水域等具有典型性、代表性的海洋生态系统。第二，规定了一些有效的海洋生态保护制度和措施。如在管理制度方面，规定了海洋自然保护区制度、海洋特别保护区制度和新的扩建海水养殖场的环境影响评价制度。要求凡具有典型的海洋自然地理区域、有代表性的自然生态区域以及遭受破坏但经保护能恢复的海洋自然生态区域，海洋生物物种高度丰富的区域或者珍稀、濒危海洋生物物种的天然集中分布区域，具有特殊保护价值的海域、海岸、岛屿、滨海湿地，入海河口和海湾等，具有重大科学文化价值的海洋自然遗迹所在区域和其他需要予以特殊保护的区域，都应当建立海洋自然保护区。第三，严格对破坏海洋生态违法者的制裁措施，不仅规定了单位和个人保护海洋生态的义务，而且对违反规定者规定了具体的制裁措施。[2]《海洋环境保护法》对海洋污染防治也做了规定。如通过制定国家海洋环境质量标准和地方海洋环境质量标准以及国家和地方污染物排放标准等，加强海洋环境管理，并规定征收的排污费、倾倒费必须用于海洋环境污染的整治，不得挪作他用等。此外，《防止船舶污染海域管理条例》、《防治陆源污染物污染损害海洋环境管理条例》、《海洋倾废管理条例》等法规都对防治海洋环境污染，保护海洋生态环境进行了规定。

保护海洋生态系统的另一个重大举措就是建立海洋自然保护区。在海岸带或海域建立海洋自然保护区是世界各国保护一些特定的海洋生物和海洋生态系统的主要方法。联合国教科文组织人与生物圈计划将世界各国的一些特定的海洋自然保护区联系起来统一协调保护行动。海洋自然保护区有多种类型，如海湾、珊瑚礁、岛屿、红树林等。保持原始状态，允许旅游观光而不允许其他开发利用活动等。通过各种适当的保护措施，保持良好的生态环境，为生物提供安全的生活场所，为人类提供有价值的观光、科研、教育场所。中国《海洋自然保护区管理办法》虽然只是部门规章，其法律地位和约束力相对较低，但毕竟表明了中国为完善海洋自然保护区立法而进行的努力。

三、海洋生态法体系

海洋生态系统是由各组成成分（包括生物成分和非生物成分）按照一定的物质能量流动规则而相互作用、相互联系形成的具有一定结构，能完成一定功能的整体。海洋生物资源衰竭不仅与人类过度开发利用海洋生态系统的生物成分有关，也与海洋环境污染破坏海洋生态系统的非生物成分有关，海洋生物资源衰竭与海洋环境污染有内在的联系，这就是生态系统规律的作用，对其立法保护应充分考虑这种联系，从整体上遵循海洋生态规律来创设相关法律制度。但是，目前的国际国内立法，包括中国的立法均单方面强调了对海洋某些特定资源的保护和某些污染的防治，不论是对海洋生态系统生物成分的单方面保护或是对非生物成分的单方面保护都不全面，更谈不上将它们按海洋生态系统规律有机地协调起来了。至于建立自然保护区保护海洋生态系统也只是对一些特殊的生态系统进行保护，并未涉及从生态系统内部相互作用的规律出发进行海洋生态系统保护这一一般性立法。由于海洋生态法律保护方面立法不充分，许多领域就只好适用保护陆地生态系统的法律法规，这必然带来诸多问题，如将《自然保护区条例》适用于海洋自然保护区不能满足复杂艰巨的海洋生态环境保护管理的特殊需要，《森林法》无法适用于红树林生态系统的保护，《野生动物保护法》也难以适应海洋生物及其生态系统变化的需要等。不仅如此，适用法律多样而混乱，执法主体也众多，容易发展成都管都不管的局面，表面上有许多法律法规，而实际上又无法可依，海洋生态环境不断恶化。因而真正实现海洋生态法律保护，必须将遵循海洋生态规律落到实处，从海洋生态系统自身的特性出发来构建保护海洋生态系统的海洋生态法体系，创设相关法律制度。

海洋生态系统是一个巨型复杂的大系统，其内部又可按组成成分划分若干子系统，每个子系统也由若干组成成分构成，可继续划分子系统。如，海洋生态系统由生物成分和非生物成分构成，因而海洋生态系统可分为海洋生物子系统和海洋生命支持子系统；海洋生物子系统又由生产者、消费者、分解者构成，相应划分为生产者子系统、消费者子系统和分解者子系统；消费者子系统又由鱼、虾、贝等构成，仍可划分为鱼类子系统、虾类子系统、贝类子系统等……如此不断划分下去，最终可将复杂的海洋生态系统层层划分为若干结构简单、功能单一的子系统，随着海洋生态系统科学研究的深入发展，这种按组成成分划分的子系统仍将延伸下去。这就是对海洋生态系统的组成成分类型进行的分层，是海洋生态系统层次性特性的体现，形成海洋生态系统的类型层次结构。

当我们将海洋生态系统纳入法律调整范围时，我们对海洋生态系统层次性的关注不可能象海洋生态系统研究那样不断深入而具体到穷尽所有子系统，这个研究过程仍在进行中，我们必须在某个层次上截断这种分层，这取决于法律自身的发展，并非海洋生态系统的科学研究。法律主要规范人类开发、利用、保护海洋生态系统的行为，遵循海洋生态规律来构建海洋生态法体系时需要正视海洋生态系统的层次性特性，考虑子系统之间的相互关系。对应于海洋生态系统的层次性，需要构建三个层次的海洋生态法体系。第一层次是针对海洋生态系统的海洋生态法，是整体性、综合性的法律。整体性是海洋生态系统的本质特性，整体性揭示各组成成分协调而获取的整体功能大于各组成成分功能的简单相加之和，各个组成成分的质和量都需要限制在保证整体功能实现的一定范围内。对各个组成成分进行保护的相关法律法规也必须充分认识到这一海洋生态规律——整体性发展规律的事实，将相关成分纳入法律保护时遵循这一规律。如为保证海洋生态系统的整体功能，鱼类成分需要维持在一定水平上以保证对藻类等生物成分的消费，为大型海洋动物提供食物，以及为人类提供可持续捕捞的鱼类资源，相关的渔业法就需要禁渔区，禁渔期，限制捕捞渔具等规定。再如为保证海洋生态系统非生物成分为生物成分提供良好的物质条件，向海洋生态系统排放各种污染物需要加以限制，相关的海洋环境保护法律就需设立污染物排放标准等。这一系列保护海洋生态系统生物成分和非生物成分的法律都需要相互协调以保护整个海洋生态系统的整体功能，需要制定综合性的从整体出发全方位保护海洋生态系统的海洋生态法，以统领海洋资源法律、海洋环境保护法律等。

第二层次由四类法律部门组成：一是针对海洋生物子系统的法律保护，主要围绕人类开发、利用、保护海洋生物资源而进行立法，可称为海洋资源法。二是针对海洋生命支持子系统的法律保护，其中某些化学元素是作为海水化学资源而开发、利用、保护的，如Nacl（食盐），应将其立法纳入海洋资源法范畴。保护海洋生命支持子系统是对非生物成分的保护，考虑到人类向海洋排放的各种物质，包括重金属元素、营养元素、放射性元素、有机物质等可能改变非生物成分的数量及其比例，破坏海洋生命支持子系统而成为污染物质，因而将防止污染、保护海洋生命支持子系统的法律统称为海洋环境保护法。三是针对所有生物成分的法律保护。所有生物成分都是海洋生态系统的某个级别上的子系统，是整个系统物质能量循环中的某一环节，某种生物的缺失都会防碍物质能量循环过程而影响到其上、下环节生物的正常生长发育，进而影响到整个海洋生态系统的功能，也即是说所有生物成分在海洋生态系统中都有各自的地位和作用，对其科学研究是有价值的也是可能的，但对所有生物成分都制定具体的法律去保护它们，从理论上讲是可以的，但考虑到法律价值和成本，实际上却又是不可行的，因而我们只能对所有生物成分的法律保护采取综合性立法，即海洋生物多样性保护法。四是针对一些特殊的海洋生态系统的法律保护。在海洋生命支持子系统中，对某些海洋生物生长、繁衍所必须的生存环境——海洋生境进行保护也是具有重要价值的，连同保护其上的生物成分，为人类保存下原始的海洋生态系统及其自然过程、海洋生物遗传基因库等，此类立法可称之为海洋自然保护区法。

第三层次是有选择地针对海洋生态系统的第三层次子系统及其以下子系统的各种具体生物成分和非生物成分进行立法保护。在海洋资源法范畴，如针对鱼类资源的开发、利用、保护制订渔业法；石油、天然气被认为是不可再生的能源，对其堪探、开发、利用、保护、节约，我们都创设了相关的法律制度，如探矿、采矿许可证制度，节能制度等，也可制订海洋石油天然气保护法；研究天体之间引力变化，揭示海水潮起潮落的规律并遵循之，创设法律制度开发、利用、保护可再生的潮汐能对缓解能源供需矛盾是有意义的，探讨波浪形成进而转化为能量的机理，遵循其规律创设法律制度来开发、利用、保护可再生的波浪能资源也是可取的，时机成熟时可制订海洋可再生能源促进法等。在海洋环境保护法范畴，为防止人类输入海洋生态系统的废弃物污染、破坏海洋生态系统，创设防治污染的法律制度时就需要针对重金属污染、化学营养元素污染、人造有机物污染、放射性污染、油类污染、养殖污染、船舶污染等各种污染行为创设一系列防治污染的法律制度及相关法律制度。如建设工程、养殖项目等的环境影响评价制度，三同时制度，清洁生产制度等法律制度，条件成熟时可分别立法，如船舶污染防治法，放射性污染防治法等。面对海底地震、火山爆发而突然加强波浪、潮汐的强度，产生风暴潮等海水剧烈运动，形成海洋灾害，给人类带来的损失，飓风、台风、风暴等强降雨、大风天气，强风助浪、波浪汹涌也可演化为风暴潮等海洋灾害而造成人类财产损失和人身伤害。对这些海洋灾害需要进行研究，探寻规律，创设法律制度对其运动进行监测、预测，对其可能造成的损害进行预防，减少对人类造成的损失，时机成熟时可制订海洋灾害防治法等。在海洋生物多样性保护法范畴，如针对濒危物种制订海洋濒危野生动植物保护法等。在海洋自然保护区法范畴，如针对珊瑚礁及其它海岛生境的海岛保护法；针对红树林生境的红树林保护法等。针对稳定性被破坏的海洋生态系统，生态恢复是我们面临的难题。建立海洋自然保护区重在保护少数海洋生态系统，从生态恢复的角度看仅是自然恢复（海洋生态系统次生演替）。有些破坏是自然恢复难以完成的，这需要根据海洋生态系统的负反馈机制，利用生态恢复技术来达到恢复海洋生态系统的目的。生态恢复强调人类的主动作用，需要法律进行规范，以防止进一步破坏，创设海洋生态系统生态恢复制度，对生态恢复的目标、评价方法、成功标准、相关限制等进行规范。从重建（即去除干扰并使生态系统恢复原有的利用方式）、改良（即改良立地条件以便使原有的生物生存，一般指原有景观彻底破坏后的恢复）、改进（即对原有的受损系统进行改进，以提高某方面的结构与功能）、修补（即恢复部分受损的结构）、更新（指生态系统发育及更新）、再植（即恢复生态系统的部分结构和功能）[3]等角度出发设计恢复海洋生态系统的法律制度。从恢复技术来看，需要设计恢复海洋生态系统的技术法律规范体系，包括非生物成分的恢复技术，生物成分（包括物种、种群和群落）的恢复技术，海洋生态系统（包括结构和功能）的总体规划、设计与组装技术等，并明确相关的技术标准。关于恢复成功的标准，不同的研究者有不同的看法，如果将海洋生态系统恢复纳入法律调整范围，也需要认真考察恢复成功的标准，将成熟的有益于海洋生态系统持续发展的标准引入法律中，如可考虑从可持续性、不可入侵性（像自然群落一样能低制入侵）、生产力（与自然群落一样高）、营养保持力、具有生物间相互作用等方面来确立恢复成功的标准。[3]

以上三个层次的海洋生态法律有机地形成系统的海洋生态法体系。

你要的是这个吗？希望能帮到您，谢谢！