北京一零一中矿大分校夺金鹏科技奖！3学子斩市级、区级一等奖

北京市教育委员会主办的第25届北京市中小学生金鹏科技论坛圆满落幕，全市20000余中小学生参与，经过层层推选、激烈角逐，近800个作品进入市级评选。北京一零一中矿大分校石恬逸、牛浩珲同学斩获北京市第25届中小学生金鹏科技论坛自然科学类一等奖，劳效和同学斩获海淀区金鹏科技论坛自然科学类一等奖。

北京市中小学生金鹏科技论坛旨在为中小学生提供科技实践平台，鼓励学生在求实、体验、探索、创新的实践中成长。论坛坚持全员参与、独立完成、注重过程体验的理念，重点关注学生科学兴趣、科研方法及创新能力的培养，助力综合素质全面发展。分为小学低年级组、小学高年级组、初中组、高中组四个参赛组别进行选拔和评审，每个组别项目分为自然科学类、社会科学类、创造发明三大类别。

冠军荣誉

01 来自核桃和石榴中的新发现

对科学研究的思考

科学存在于生活的方方面面，科学研究应该为生活服务。核桃在我国栽培历史悠久，传统品种出仁率约50%，壳和分心木常被当废弃物。但实际上，它们有清热解毒、补肾涩精等药用功效，富含酚类、黄酮等活性成分，如没食子酸、儿茶素、芦丁等，能抗氧化、抗菌、预防心血管疾病。石榴在我国种植超2000年，集多种价值于一身。主要食用部位是石榴汁，其大量的皮和籽通常作为食用剩余物被丢弃，然而它们含多酚、黄酮等活性成分，如单宁酸、花青素、槲皮素等，有涩肠止泻、抗氧化等功效。

两位同学善于在生活中发现问题，并力所能及的想办法解决问题。他们发现将核桃壳、核桃分心木、石榴皮和石榴籽作为食用“剩余物”丢弃，不但浪费资源而且可能造成环境污染。为了找到变废为宝的依据，他们在老师指导下，制定研究主题和目标，从总酚和黄酮这两类生物活性物质入手，分别检测其在核桃和石榴不同部位的含量，并对它们的抗氧化能力进行评估。

研究的基本原理

通过超声提取核桃壳、核桃分心木、石榴皮和石榴籽中酚类物质和黄酮类物质，分别采用福林酚法和三氯化铝法对酚类和黄酮类物质的含量进行测定，并进一步利用ABTS法测定总抗氧化能力，DPPH法检测自由基清除能力，对以上各实验材料的抗氧化活性进行分析。明确各实验材料的抗氧化能力和它们的差异，探索抗氧化物质与抗氧化活性之间的关系。

研究成果

在指导老师的帮助与指导下，两位同学开展了核桃壳、分心木、石榴皮和石榴籽中酚类物质和黄酮类物质含量与抗氧化活性分析。在具体的实验研究中，分别选取干燥的当年成熟的云南核桃和新疆核桃果实，以及存放一年的成熟新疆核桃果实，成熟红皮云南石榴和白皮云南石榴，并分别获取了以上品种的核桃壳、分心木、石榴皮和石榴籽等实验材料。

▲核桃外观形态观察

▲石榴外观形态观察

利用超声波提取法获得各实验材料的提取液，通过采用福林酚法测定总酚含量，采用三氯化铝比色法测定总黄酮含量，分别以没食子酸和芦丁为标准曲线进行比对。研究发现核桃分心木总酚含量高于核桃壳，其中，新疆核桃分心木高于云南核桃分心木，存放1年的核桃壳中含量更高；石榴皮总酚远高于石榴籽，其中红石榴皮含量约是白石榴皮的2倍，石榴籽与核桃壳相当。石榴皮总黄酮含量远高于其他样品，红皮石榴皮最高，约为白石榴皮的1.9倍；石榴籽最低，红皮石榴籽仅约为红皮石榴皮的1/23；核桃分心木高于核桃壳，其中新疆分心木略高。

▲核桃和石榴不同部位中的总酚和总黄酮含量

为了揭示核桃壳、分心木、石榴皮和石榴籽中含有物质的抗氧化能力，分别利用ABTS法测定总抗氧化能力，DPPH法检测自由基清除能力，对抗氧化能力进行分析。研究发现石榴皮与籽粗提液总抗氧化活性远高于核桃壳与分心木，白石榴皮高于红皮；核桃壳抗氧化活性高于分心木，云南核桃及不同存放期的新疆核桃差异小。核桃壳、分心木及石榴皮、籽的DPPH清除能力都很强，前者约558 - 572μg Trolox/mL，后者约512 - 574μg Trolox/mL，其中红皮石榴皮最强，白皮石榴籽最弱。

▲核桃和石榴不同部位中的总抗氧化活性和DPPH清除能力

结论与展望

以核桃外壳、分心木、石榴皮和石榴籽为材料，经烘干、粉碎等流程制得乙醇粗提液。分析不同产地、存放年限及颜色样本的总酚、总黄酮含量、ABTS和DPPH清除能力。结果显示，石榴皮总酚和总黄酮含量多居首，白皮石榴抗氧化活力高于红皮，红皮石榴皮DPPH清除力最强，白皮石榴籽相对较弱，抗氧化活性与酚、黄酮含量关系密切。

通过本项目的实施，两位同学掌握了天然产物活性成分的提取和抗氧化活性测定，培养了开展科研实践活动的能力和实验室安全意识，提升了科研兴趣与探索欲。

02 仰望星空，探索宇宙的奥秘

对科学研究的思考

星空是人类最古老的科学实验室。从伽利略第一次用望远镜观测月球，到现代天文学发现黑洞、系外行星，仰望星空推动着人类认知边界的拓展。

光谱观测是天文学研究的基本手段之一。不同的天体辐射，其光谱也不同，通过光谱观测研究，可以获知天体的元素、温度、视向速度等信息。2024年，劳效和在老师的指导下，进行了恒星光谱的拍摄实验。

研究的基本原理

目前，市面上已经有一些可以用于拍摄恒星光谱的设备，如光栅光谱仪；也有一些用于目视恒星光谱的简易装置，如装载了光栅片的目镜。然而，由于恒星的光芒暗弱，安装上了光栅片的目镜效果并不佳，只有很少一部分光被色散成光谱，大部分的星光并没有被利用。而且产生的光谱分辨率较低，如果增加光栅刻线数，不仅提高了成本，还会让光谱亮度进一步降低。因此，本次研究的目的就是找到一种用于色散的物端棱镜，去解决这种寻找天体的麻烦。

研究成果

在经过一系列实验设备尝试后，劳效和购置了30mm的阿米奇棱镜，使用带有消光特性的黑色海绵，以及胶合材料，做成了简易的物端棱镜装置，配合在40-50mm的望远镜进行观测。

▲物端阿米奇棱镜制作过程

一个晴朗的夜晚，劳效和通过观察并拍摄几颗著名的亮星进行测试。将望远镜大概指到星的方向时，看到了这颗星的光谱，如预期一样，是一道又细又长的“夜空彩虹”。

不同恒星光谱具有不同的特点，劳效和选择了两颗恒星作为测试对象，分别是大犬座的天狼星（白色的F型星）、猎户座的参宿四（红色的M型星）。天狼星是全天第一亮星，看到它的光谱时，首先感到很明亮；湖蓝色和蓝色交界的部分存在着一个像是断了的地方，这就是恒星中的氢元素引起的吸收，叫做Hβ吸收线。在用手机在目镜后拍摄了这条光谱，发现除了Hβ吸收线外，在它右侧蓝色部分还有一个断点，可能是Hγ吸收线。

▲视野中的天狼星光谱

▲可以看到明显的吸收线

劳效和将这套系统指向了猎户座的参宿四，它的光谱要暗一些，但也很清楚。并且，参宿四的光谱比天狼星的短一点，因为它几乎没有蓝色的部分，而在绿色和红的部分，似乎有断断续续的感觉。手机拍摄了这条光谱，发现至少有四个断点，这应该就是M型星特有的多种连续吸收带。

▲视野中的猎户座参宿四

▲参宿四光谱中的多条吸收带

进一步，劳效和使用DS9软件对这两条光谱进行了一维光谱的抽取。发现天狼星的光谱，在右侧较高的位置可以见到一个明显的吸收线，这就是它的Hβ吸收线。为了光谱分析数据结果，在文献资料中找到了相关数据进行对比，可看出趋势变化上有一定的相似度。在此基础上，进一步研究猎户座参宿四的光谱。发现这个谱线就比较复杂：在较高的位置可以看到两个巨大的吸收带，而在较低的位置也有两个吸收带，这就是M型星特有的氧化钛吸收带以及氧元素等吸收带。

结论与展望

经过实际测试，劳效和成功地实现了物端阿米奇棱镜与小型望远镜的组合，制成方便目视光谱巡天观测的望远镜。荣誉的背后是兴趣、努力与坚持。在学校指导老师的悉心指导下，劳效和同学利用课余时间反复实验、优化方案，克服了实验设备数据采集、调试等重重挑战。学校科技社团和实验室的开放资源也为项目提供了有力支持，印证了我校“科技强国”的教育理念。

北京一零一中矿大分校作为北京市中小学科技教育示范学校，学校先后荣获全国航天特色学校、全国气象教育特色学校等20余个重量级全国和北京市科技荣誉称号，面向全体学生实施“科技英才培养项目”，有23个科技工作室，9个联合培养项目，7个学生创客社团，5个志愿者社团，2个记者站，分别涉及人工智能、天文气象、航空航天、无线电测向、建模航模海模等多个领域。欢迎所有对科技感兴趣的同学们踊跃加入，一起开启科技探索之旅！

作为北京青少年科技后备人才早期培养计划基地校、北京市科技教育示范学校，北京一零一中矿大分校高度重视科技创新人才的培养，通过“科技英才培养项目”，培养学生科学精神，提升学生科学素养，通过科技校本课程实施、竞赛交流、科普讲座、科技社团和工作室、科技实践活动等多种形式，打造学生的个性化培养空间，助力学生全面发展，持续不断地培养学生创新精神和实践能力，让学生在长期的科学实践锻炼中，成长为创新型科技后备人才。

——敖雪丹校长