海洋资源的利用和保护
22.海洋资源的利用和保护
本课概述
海洋技术是一门对海洋开展科学探测和进行海洋资源开发的新技术,主要包括海洋观测技术、海洋资源开发技术和海洋环境保护技术等方面。本课涉及的内容基本上都属于海洋技术的范畴。
“海洋资源的利用和保护”由两个教学活动和一个拓展活动组成。活动1“海洋资源的开发和利用”是本课的重点活动。首先,通过观察图片引导学生学习传统的海洋资源开发和利用的方法,如远洋运输、海滨旅游、海水养殖等等;然后,引导学生学习高新技术支持下的海洋资源的开发和利用,如潮沙发电、在海底安装温差发电机等;最后,在认真阅读资料的基础上引导学生将联想到的其他与开发和利用海洋资源相关的技术与同学交流,展开丰富的想象,提出自己对海洋资源开发和利用的奇思妙想。引导学生关注海洋开发利用技术的发展和最新成果,紧密联系科学、技术、社会、环境。
活动2“设计利用海洋资源的方案”是上一活动的深化。主要是引导学生进一步思考自己提出的利用海洋资源的新思路,将这一思路变成具体的方案,并与其他的同学进行交流,从而培养学生的想象力和创造性。此活动也可视为对学生综合运用本单元所学知识和技能解决问题能力的评价。
拓展活动“保护海洋资源”则在学生欣赏了海洋的美丽、认识了海洋的丰富资源、了解了海洋资源开发与利用基础上,通过设计保护海洋资源的宣传材料,引导学生关注海洋资源受到破坏的情况,并通过查阅资料了解我国保护海洋资源的措施,保证海洋资源的可持续发展,并将这些措施向人们进行宣传。
本课的重点是引导学生综合运用本学期所学知识和技能,发挥自己的想象力和创造力,对海洋资源的开发和利用提出自己的思路和方案,难点是学习和理解利用海洋资源的各种新技术。
学习目标
1、能大胆地提出开发和利用海洋资源的设想。
2、能将自己提出的利用海洋资源的想法设计成具体实施方案。
3、能与其他同学交流自己的想法或观点。
4、能客观地分析自己的设想的优点和缺点。
5、能分别举出3个以上实例说明过去和现在人类利用海洋资源的方法和技术。
6、能以多种形式设计保护海洋资源的宣传材料。
7、能举例说明先进技术和设备的利用有利于开发海洋资源。
背景资料
20世纪80年代以来,不少沿海国家把海洋开发提到国家发展战略的高度,制定海洋科技发展和海洋开发计划,并采取具体措施加快向海洋进军的步伐。有识之士预言:“21世纪将是海洋开发时代。”这一预言现在已成为现实。
中国海域辽阔,海岸线漫长,海洋资源丰富。目前中国海洋产业已成为沿海地区发展的新的经济增长点之一。据不完全统计,中国海洋产业年总产值达2200多亿元。因此,中国把合理开发海洋资源、保护海洋环境,作为环境与发展不可分割的重要组成部分,强化对海洋资源的管理和海域水环境的保护。
在当前国际海洋科学研究正积极关注全球资源环境变化的背景下,我国应注重并加强对海洋资源与环境可持续开发技术的研究,使海洋资源调查方式从海面观测,逐步向航空航天遥感、海面综合测量、海底直接探察、深水探测全方位立体探察阶段推进,将信息技术、空间技术、自动化技术等现代新技术迅速溶入海洋资源环境研究领域,提高对海洋资源的认识和
驾驭能力。要制定有效措施加强海洋高新技术的应用和推广,加大利用高新技术改造传统海洋产业、发展新兴海洋产业、培育海洋高新技术产业的力度。
此外,当今世界一些发达国家已开始围海造地、建设海底仓库和机场、发展海上旅游、建设海上城市等,以充分利用海洋空间资源,竭力扩大生存空间。
各种高技术支持的海洋资源开发和利用的方法,会成为吸引学生兴趣的焦点,如海底温差发电机、机器鱼等。
语文:阅读有关利用海洋资源的新技术的资料,获得新知识。
美术:绘制保护海洋资源的宣传画。
教学建议
课时安排
建议安排2课时。
海洋资源的开发和利用
活动目标
1.能分别举出3个以上实例说明过去和现在人类利用海洋资源的方法和技术。
2.能向别人介绍自己所知的人类利用海洋资源的方法和技术。
3.能大胆地提出开发和利用海洋资源的设想。
4.能客观地分析自己的设想的优点和缺点。
5.能举例说明先进技术和设备能有效地促进海洋资源的开发。实施建议
1.在上一课学习海洋资源分类的基础上,请学生课前分组调查各类资源的开发和利用情况。教师也应根据本校的实际情况,尽可能多收集一些相关资料。
2.对于常规技术条件下的海洋资源开发和利用,教学时不要只局限于教材提供的开发和利用海洋资源的几种方法,如运输、养殖、旅游等。教师应引导学生以小组讨论的形式,针对上一节课了解的各种类型的海洋资源,分别思考开发和利用的方案。在每个小组向全班汇报后,进一步引导学生发现目前人类在海洋资源的开发和利用方面还存在哪些困难,从而为下一个环节的学习奠定基础。
3.对于高新技术条件下的海洋资源的开发和利用,教师应布置学生在课前阅读课文提供的资料,并根据课文资料的提示,查找更多的相关资料,从而对高新技术支持下的海洋资源开发有一个初步的认识。在课堂上,学生可先在小组内交流自己在课前学到的有关海洋资源开发和利用的知识,并由一个学生做好汇总记录。组内交流结束后,每个小组可派代表向全班介绍本组获得的知识。
4.学生充分交流后,教师可以适时补充展示学生没能涉及到的内容,如有可能,最好播放一些视频资料。
5.在学生对海洋资源的开发和利用有了充分感知的基础上,教师可引导学生再次通过小组讨论,针对某一开发技术和方法分析其优点和不足;同时鼓励学生发挥自己的想象力和创造性,提出自己开发和利用海洋资源的奇思妙想。每个小组可以提出多种不同的想法,这些想法将成为下一个活动的基础。
设计利用海洋资源的方案
活动目标
1.能将自己提出的利用海洋资源的想法设计成具体实施方案。
2.能听取别人对自己设计方案的意见,并进行修改。
3.能对别人设计的方案提出自己的意见。
实施建议
1.本活动实际上是活动1的延伸,即要求学生对在活动1中提出的开发海洋资源的奇思妙想进行细致的思考,设计成具体的方案。这一活动要求学生在课前针对自己的想法,搜集有关
的资料,并根据教材提供的设计方案框架,初步形成自己的方案。查阅资料和设计方案的活动可以几个人合作进行,也可以个人独立进行。
2.在上课前,教师可要求学生提出在班级介绍自己方案的申请,事先安排好汇报的次序,并提出汇报的规则:每个方案介绍2分钟,有1~2分钟时间由其他同学提问。申请书的格式如下:
3.在课堂上,教师应按预先安排的顺序,组织学生汇报自己的方案,可指定一个学生控制时间、一个学生记录同学提出的问题。汇报结束后,教师应对每个方案的质量及报告人的表现做出评价。
评价建议
1.对方案的质量可以从问题的现实性、思路的科学性、方法的可行性三个角度进行评价。
2.对报告人的表现可以从是否超时、结构是否完整、语言是否生动流畅、对提问的回答是否有针对性等方面进行评价。
保护海洋资源
1.能通过阅读资料了解有关保护海洋资源的知识。
2.能以多种形式设计保护海洋资源的宣传材料。
实施建议
1.本活动是一个课外宣传活动,可以引导学生学习有关知识,通过讨论确定自己的宣传方案。在此基础上,可以鼓励学生在课后以多种形式开展宣传,并将自己的宣传情况写成一篇作文。
2.在课堂上,教师可以以课本提供的资料为基础,搜集更多的资料,制作一个图文并茂的幻灯片文件,向学生形象地介绍海洋资源保护的知识。在此基础上,教师向同学们提出开展宣传活动的任务,并引导学生分小组讨论宣传用品的形式和宣传活动的方式。每个小组可以将自己讨论的结果向全班作简单的介绍。
3.教师应对学生提出的各种宣传方式进行适当的引导,尤其要注意宣传过程中的礼貌和安全问题。此外,教师也应提醒学生注意搜集宣传过程中的典型事件和素材,为写好宣传过程的记叙文作好充分的准备。
4.可以利用期末的时间,开展一个保护海洋资源宣传活动的征文比赛,
并对评选出的优秀作文发奖。
评价建议
优秀作文应满足以下四个条件:(1)开展的宣传活动形式新颖;(2)有表明宣传活动取得效果的证据;(3)作文对宣传过程叙述清楚;(4)作文的文字可读性较强。
图片资料
课程资源
一、海水制盐和海水淡化
中国是世界上最早利用海水制盐的国家之一。目前,海水资源开发采取以盐为主、盐化结合,积极发展海水综合利用的方针,形成了盐业、盐化工业,以及海水直接利用和海水淡化等新兴产业。中国有盐田面积43万公顷,1997年生产原盐2928.1万吨。中国的盐化工业产品主要有氯化钢、澳素、元水硝、氯化镁等,其中氯化钾、溴素等总产量超过50万吨。天津、大连、青岛、烟台、秦皇岛等沿海城市,都在扩大直接利用海水作为工业冷却水和生活用水,这对于缓解中国淡水资源严重短缺的状况意义重大。
摘自报告《中国海洋事业的发展》
二、用“自治式”漂流探测器连续收集海洋数据科学家预计在不久的将来,海水温度、盐度、流速、海底火山爆发情况、海底地震和海洋生物状况等数据将通过漂流在海洋中的“自治式”漂流探测器来进行收集。
该“自治式”漂流探测器在漂流过程中可自动避开障碍物。这种海洋数据的收集方式不仅成本较低,而且可以对海洋中不断变化着的物理、化学和生物等数据进行连续收集。“自治式”漂流探测器收集到的数据,可通过卫星传输到有关机构。
当有关机构的中央数据处理设备接收到这些数据后,电子计算机就立即对这些数据进行处理,接着将处理后的数据与气象数据一起输入到一个大型的全球性海洋模型中,并进行模拟分析,然后对海洋水文做出预测,比如预测海浪、潮位、水温、盐度和海水密度等。海洋水文的变化会引起天气和气候的变化,因而这些海洋方面的数据也可用来帮助人们更准确地预测天气和气候的变化趋势,这些预测结果可用于航运、军事和商业活动等。
摘自《科学画报》2002年8月
知识拓展
海洋资源
海洋是生命的摇篮，海水不仅是宝贵的水资源，而且蕴藏着丰富的化学资源。加强对海水（包括苦咸水，下同）资源的开发利用，是解决沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺问题的重要措施，是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。
海水淡化，是开发新水源、解决沿海地区淡水资源紧缺的重要途径
海水淡化，是指从海水中获取淡水的技术和过程。海水淡化方法在20世纪30年代主要是采用多效蒸发法；20世纪50年代至20世纪80年代中期主要是多级闪蒸法（MSF），至今利用该方法淡化水量仍占相当大的比重；20世纪50年代中期的电渗析法（ED）、20世纪70年代的反渗透法（RO）和低温多效蒸发法（LT-MED）逐步发展起来，特别是反渗透法(RO)海水淡化已成为目前发展速度最快的技术。
据国际脱盐协会统计，截至到2001年底，全世界海水淡化水日产量已达3250万立方米，解决了1亿多人口的供水问题。这些海水淡化水还可用作优质锅炉补水或优质生产工艺用水，可为沿海地区提供稳定可靠的淡水。国际海水淡化的售水价格已从20世纪60年代、70年代的2美元以上降到目前不足0.7美元的水平，接近或低于国际上一些城市的自来水价格。随着技术进步导致的成本进一步降低，海水淡化的经济合理性将更加明显，并作为可持续开发淡水资源的手段将引起国际社会越来越多的关注。
我国反渗透海水淡化技术研究历经"七五""八五""九五"攻关，在海水淡化与反渗透膜研制方面取得了很大进展。现已建成反渗透海水淡化项目13个，总产水能力日产近1万立方米。目前，我国正在实施万吨级反渗透海水淡化示范工程和海水膜组器产业化项目。
蒸馏法海水淡化技术研究已有几十年的历史。天津大港电厂引进两台3000立方米/日多级闪蒸海水淡化装置，于1990年运转至今，积累了大量宝贵经验。低温多效蒸馏海水淡化技术经过"九五"科技攻关，作为"十五"国家重大科技攻关项目正在青岛建立3000吨/日的示范工程。
海水直接利用，是直接替代淡水、解决沿海地区淡水资源紧缺的重要措施
海水直接利用技术，是以海水直接代替淡水作为工业用水和生活用水等相关技术的总称。包括海水冷却、海水脱硫、海水回注采油、海水冲厕和海水冲灰、洗涤、消防、制冰、印染等。
海水直流冷却技术已有近百年的发展历史，有关防腐和防海洋生物附着技术已基本成熟。目前我国海水冷却水用量每年不超过141亿立方米，而日本每年约为3000亿立方米，美国每年约为1000亿立方米，差距很大。
海水循环冷却技术始于20世纪70年代，在美国等国家已大规模应用，是海水冷却技术的主要发展方向之一。我国经过"八五""九五"科技攻关，完成了百吨级工业化试验，在海水缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂和海水冷却塔等关键技术上取得重大突破。"十五"期间，通过实施国家重大科技攻关项目，正在建立千吨级和万吨级海水循环冷却示范工程。
海水脱硫技术于20世纪70年代开始出现，是利用天然海水脱除烟气中SO2的一种湿式烟气脱硫方法。具有投资少、脱硫效率高、利用率高、运行费用低和环境友好等优点，可广泛应用于沿海电力、化工、重工等企业，环境和经济效益显著。目前，拥有自主知识产权的海水脱硫产业化技术亟待开发。
海水冲厕技术20世纪50年代末期始于我国香港地区，形成了一套完整的处理系统和管理体系。"九五"期间，我国对大生活用海水（海水冲厕）的后处理技术进行了研究，有关示范工程已经列入"十五"国家重大科技攻关技术，正在青岛组织实施。
海水化学资源综合利用，是形成产业链、实现资源综合利用和社会可持续发展的体现
海水化学资源综合利用技术，是从海水中提取各种化学元素（化学品）及其深加工技术。主要包括海水制盐、苦卤化工，提取钾、镁、溴、硝、锂、铀及其深加工等，现在已逐步向海洋精细化工方向发展。
我国经过"七五""八五""九五"科技攻关，在天然沸石法海水和卤水直接提取钾盐、制盐卤水提取系列镁肥、高效低毒农药二溴磷研制、含溴精细化工产品及无机功能材料硼酸镁晶须研制等技术已取得突破性进展。"十五"期间正在开展海水直接提取钾盐产业化技术、气态膜法海水卤水提取溴素及有关深加工技术的研究与开发。
利用海水淡化、海水冷却排放的浓缩海水，开展海水化学资源综合利用，形成海水淡化、海水冷却和海水化学资源综合利用产业链，是实现资源综合利用和社会可持续发展的根本体现。
海水资源开发利用，是实现沿海地区水资源可持续利用的发展方向
展望未来，增强海水是宝贵资源的意识，制定海水资源开发利用政策、法规和发展规划，建设国家级海水资源开发利用综合示范区和产业化基地，强化海水资源开发利用装备研发和生产基础，培育我国具有自主知识产权的海水淡化、海水直接利用和海水资源综合利用技术、装备和产品体系，是推动我国海水资源开发利用朝阳产业形成、发展、成为我国沿海地区的第二水源、并走向世界的重要保障。
硅藻
硅藻是一类最重要的浮游植物。硅藻分布极其广泛。在世界大洋中，只要有水的地方，一般都有硅藻的踪迹，尤其是在温带和热带海区。因为硅藻种类多、数量大，因而被称为海洋的"草原"。海洋藻类还有褐藻、甲藻、绿藻、蓝藻等虽然它们的数量不如硅藻丰富。但是，它们也是经济价值极高的浮游植物。硅藻是一类具有色素体的单细胞植物，常由几个或很多细胞个体连结成各式各样的群体。硅藻形态多种多样。它们靠光合作用将海水中的无机物合成自身需要的有机物。硅藻色素包括叶绿素A、C1、C2、以及胡萝卜素。它们能吸收太阳光的能量，将细胞中的水分解，使水分子上的一个氢原子分离出来，一部分有利的氢原子和二氧化碳化合经过复杂的化学变化后就产生了糖和淀粉，这就是光合作用。这些物质再和细胞吸收的氮、磷、硫等物质进一步作用，氧就形成了蛋白质和脂肪等物质。游离出的部分氢原子每两个和一个氧原子结合形成了水，氧分子中的另一个氧原子就从细胞里跑出来溶解到水里或者跑到大气里去了。地球上有70%的氧气是浮游植物释放出来的。硅藻是鱼、贝、虾类特别是其幼体的主要饵料，它与其他植物一起，构成海洋的初级生产力。硅藻还是形成海底生物性沉积物的重要组成部分。经过漫长的年代，那些在海底沉积下来的以硅藻为主要成分的沉积层，逐渐形成了经济价值极高的硅藻土。硅藻土不但含有丰富的营养物质，而且还能完好地保存动植物的遗体，在古生物学研究领域具有重要意义。
衣藻
绿藻门、团藻目、衣藻科中的衣藻属。藻体为单细胞，球形、卵形或椭圆形，细胞前端有2条等长的鞭毛，藻体借鞭毛的摆动而游动。细胞质中多具1个大形杯状叶绿体（也有的为“H”形或星芒状，或片状），在叶绿体内靠细胞前部有1个红色眼点，有感光作用。1个细胞核，存在于杯状叶绿体凹入部分的细胞质中。在叶绿体的基部通常有1个大而明显的蛋白核，其表面由聚集的淀粉形成的淀粉鞘。此外，在2条鞭毛的基部通常还有2个伸缩泡。生殖方式有无性和有性生殖两种类型。环境适宜时多连续进行无性生殖。无性生殖时，细胞常静止不动，鞭毛收缩或脱落。其内的原生质体经过1～4次有丝分裂，形成2、4、8或16个子原生质体，随后各自形成1个游动孢子，其结构和母体一样。待母细胞壁胶化破裂时，每个游动孢子即被释放出来，并在水中游动，各自长大成1个新个体。衣藻的有性生殖过程
也是首先脱去鞭毛，原生质体经过3～6次分裂，产生8、16、32或64个具2条鞭毛的细胞，叫做配子。其形态结构和游动孢子相同，但更小些。配子释放出来后，成对地进行融合，每对配子产生1个二倍体的合子。合子分泌产生厚壁，经过休眠，当条件适宜时萌发，首先进行减数分裂，各产生4个单倍体的减数孢子。待合子壁破裂后放出，每个减数孢子各形成1个新个体。衣藻的适应性强，各种淡水中都有生长，特别是有机质丰富的小水坑中，常可发现较纯群的衣藻。少数种类可在4℃以下的低温下生长繁殖，如雪衣藻可在积雪上生长。由于其细胞内含有多量的类胡萝卜素，当它们在雪面大量繁殖时，即将雪“染”成绿、黄或橙红等颜色。