技术与社会

STSE

STSE 教育理念是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）和环境（Environment）的英文缩写。科学、技术、社会与环境（STSE）教育起源于科学教育领域的科学技术与社会（STS）运动。这种科学教育理念强调在文化、经济、社会和政治背景下教授科学技术发展。在这种科学教育观下，学生被鼓励参与到与科学对日常生活的影响相关的问题中，并就如何解决这些问题做出负责任的决定。

借助解决实际问题、开展活动、进行调查以及分析等方式，引导学生在 STSE 情境里运用学科知识。激励学生针对那些关乎社会与环境的重要议题积极发表评价，进而做出合理决策，以此帮助学生塑造正确的价值观，并促使其养成良好的行为准则。STSE 教育理念注重培养学生的综合素养，使其能够理解科学技术在社会发展中的应用以及对环境的影响。

生物技术的安全性与伦理问题

在人类社会中，伦，是指人与人之间的关系；理，是道德和规则。伦理特指人与人之间的道德准则。

转基因产品的安全性

人们对转基因生物安全性的关注，随着转基因成果的 不断涌现而与日俱增。对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛 和取得实际应用成果最多的领域，这是因为微生物具有生 理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和 容易进行遗传物质操作等优点。例如，转基因技术已被用 来减少啤酒酵母双乙酰（一种啤酒发酵过程中的产物，它 的浓度过高会影响啤酒的风味和口感）的生成，缩短啤酒 的发酵周期；用基因工程技术构建高产、优质的基因工程 菌来生产氨基酸，是目前工业化生产氨基酸的重要途径； 用基因工程菌生产药物同样引人注目，开发成功的基因工 程药物已经几乎涉及各种类型疾病的治疗。

转基因动物也有很多成功的例子。科学家将生长激素 基因、生长激素释放激素基因等转入动物体内，培育了一 批生长迅速、营养品质优良的转基因家禽、家畜；将某些 抗病毒的基因导入动物体内，培育了抵抗相应病毒的动物新品种；建立了某些人类疾病的转基因动物模型，模拟 疾病的发生和发展过程，为研究该疾病的致病机制和开发 治疗药物提供依据，如转基因小鼠1型糖尿病模型、转基 因小鼠原发性高血压模型等。 转基因植物的研究成果同样令人兴奋。目前，科学家 已经培育出了大批具有抗虫、抗病、抗除草剂和耐储藏等 新性状的作物。

科学家在培育转基因植物时，常通过农 杆菌的转化作用使目的基因进入受体细胞。据报 道，有科学家检测了291种没有经过人工转基因 操作的栽培番薯，发现这些番薯都含有农杆菌的 部分基因，并且在番薯的根、茎、叶等器官中都 检测到了相关基因的表达。但是，科学家在番薯 的近缘野生种中却没有发现这些基因，于是他们 推测，在人类驯化番薯的过程中，这些“天然” 转入的农杆菌基因促进了一些性状的产生。

1918年暴发的流感使至少2 000万人丧 生。研究人员从保存的受感染的人体中分离了该 病毒，测得它的基因组序列，然后进行了重新构 建。重构病毒的传染性是现在流感病毒的39 000 倍。了解重构病毒的致病机制能够帮助我们更好 地抵御流感。但是，也有人担心：该病毒一旦泄 露，可能会造成新的流感大流行；公布的病毒基 因组序列和制造病毒的方法可能被某些不法分子 用于犯罪。

在转基因研究工作中，科 学家会采取很多方法防止基因污 染。例如，我国科学家将来自玉 米的α - 淀粉酶基因与目的基因 一起转入植物中，由于α - 淀粉 酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉 失去活性，因而可以防止转基因 花粉的传播。转基因作为一项技术本身是中性的，由这项技术研发 出来的产品需要经过一系列的安全性评价，符合相应标准 后才能上市。理性看待转基因技术不是人云亦云，更不是 诋毁科学创新、造谣惑众，而是需要以完备的相关科学知 识为基础，即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程； 还应该看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化 等因素的影响；最重要的是，要靠确凿的证据和严谨的逻 辑进行思考和辩论。社会舆论导向正确了，往往有利于决 策者作出正确的决策，从而促进科学技术的发展；相反，社会舆论导向不正确，将可能阻碍科学技术的发展。

禁止生殖性克隆人

生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。 治疗性克隆是指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器 官，用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官，从而 达到治疗疾病的目的。两者有着本质的区别。

很多生物学家认为，克隆技术还不成熟，当年做克隆 羊研究时，科学家用数百枚卵构建重构胚，才成功地孕育 出一只克隆羊。而用其他哺乳动物做克隆实验时，也同样 出现了构建重构胚成功率低，胚胎移植到母体子宫后着床 率低、流产率高、胎儿畸形率高和出生后死亡率高等问题， 正常的个体极少。即使有个体活过了幼年期，它们也有可 能较早死亡。多莉在7岁时就因患有严重的肺部疾病被研 究人员实施了安乐死，而在正常情况下，一只绵羊的寿命 为10〜15年。可以预见，生殖性克隆人同样会面临所有的 这些问题：流产、死胎和畸形儿等，这显然与人类传统的 伦理道德是背道而驰的。

近些年来，干细胞研究取得了一系列重要进展。继外 国科学家用4种转录因子诱导人的成纤维细胞转变成iPS细 胞之后，我国科学家又用4种小分子化合物诱导小鼠的成 纤维细胞转变成了iPS细胞（这种细胞又被称为化学诱导多 能干细胞）。这一技术在一定程度上避免了用特定的转录 因子诱导iPS细胞可能带来的致癌风险。目前，科学家已 经成功用iPS细胞克隆出了活体小鼠，试想一下：如果将 小鼠的iPS细胞换成人的iPS细胞，不就可以克隆人了吗？

生殖性克隆人问题带来了巨大的伦理挑战。要知道， 现在生物技术革命的浪潮席卷全球，与这些技术相关的伦 理问题还有很多，如从20世纪90年代开始一直讨论的“设 计试管婴儿”的伦理问题。

20世纪90年代中期，有一名19岁的姑 娘患了白血病，需要进行骨髓移植。然而， 她唯一的哥哥的骨髓配型并不适合她，在骨 髓库中也找不到合适配型的骨髓。她的父母 通过“设计试管婴儿”（植入前对胚胎进行 遗传学诊断）生下了一个配型适合她的婴 儿。在婴儿出生2个月后，医生就抽取婴儿 骨髓中的造血干细胞移植给她，她得救了。 后来，又有一些父母用这种方法挽救了自己 患致命血液病的孩子。 随着基因组编辑技术的发展，科学家可 以在体内和体外简单、低成本地对基因进行 敲除、插入等，这样就可以有目的地改造特 定基因。2015年，“设计完美婴儿”一词出 现在大众的视野中。

禁止生物武器

生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等，例 如，天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌（图 4 - 5） 都可以用来制造生物武器。生物武器的致病能力强、攻击 范围广。它可以直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆 虫等散布，经由呼吸道、消化道和皮肤等侵入人、畜体内， 造成大规模伤亡，也能大量损害植物。

生物安全是指国家有效防 范和应对危险生物因子及相关 因素威胁，生物技术能够稳定 健康发展，人民生命健康和生 态系统相对处于没有危险和不 受威胁的状态，生物领域具备 维护国家安全和持续发展的能 力。我国不断健全生物安全监 管预警防控体系。例如，做好 现代口岸核生化有害因子（核 放射性物质、生物战剂、化学 毒剂等）的防控工作，保障国 门生物安全。

转基因技术出现后，使得利用这一技术制造各种新型 的致病菌成为可能。这些人类从来没有接触过的致病菌，可 能让大批受感染者突然发病，而又无药可医，这样施放者 便可以造成敌方公众的极度恐慌，致使受害国一切活动瘫 痪，轻而易举地达到不战而胜的目的。例如，有报道称，有 的国家已经研制出新型的鼠痘病毒，由于人类目前还没有找 到相应的有效治疗药物来对抗这种病毒，因此感染者必死无 疑；在实验室里，有人通过转基因技术把蜡样芽孢杆菌改造 成像炭疽杆菌一样的致病菌；有人将生物毒素分子的基因与 流感病毒的基因拼接在一起，然后再用基因工程的方法进行 批量生产。

彻底销毁生物武器是全世界爱好和平的人民的共同期 望（图4 - 7）。1972年4月，苏联、美国、英国分别在其 首都签署了《禁止发展、生产、储存细菌（生物）及毒素 武器和销毁此种武器公约》（简称《禁止生物武器公约》）， 该公约于1975年3月生效。1998年6月，中美两国元首在关于《禁止生物武 器公约》议定书的联合声明中，重申了在任何情况下不发 展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术 和设备的扩散。

海水的利用

海水淡化 蒸馏法：将海水加热至沸腾气汽化，然后使水蒸气冷凝得到蒸馏水。

电渗析法：利用阴阳离子交换膜对水中阴阳离子的选择透过性，在外加直流电场的作用下，使水中一部分离子转移到另一部分水中，从而达到除盐的目的；

离子交换法：用离子交换树脂除去海水中的阴阳离子，得到去离子水。

注意：必须先通过阳离子，再通过阴离子，因为如果先通过阴离子，氢氧根沉淀能力很强，会与其它金属离子形成沉淀。

人类活动对环境的影响 酸雨​

概念：$\rm{pH\le5.6}$ 的雨水

成因：主要是 $\rm{SO_2}$ 和 $\rm{NO_x}$ 及它们在大气中发生反应后的生成物溶于水形成的

硫酸型酸雨：$\rm{SO_2+H_2O\rightleftharpoons H_2SO_3\,,\>2H_2SO_3+O_2=2H_2SO_4}$ 硝酸型酸雨：$\rm{2NO+O_2=2NO_2\,,\>4NO_2+O_2+2H_2O=4HNO_3}$

危害：损伤农作物、破坏森林和草原、酸化土壤和湖泊、腐蚀建筑物

防治：

$\rm{2CaO+2SO_2+O_2\xlongequal{高温}2CaSO_4}$ $\rm{2NO+2CO\xlongequal{催化剂}N_2+CO_2}$（尾气净化）

光化学烟雾​

概念：汽车尾气中的 氮氧化物 与 碳氢化合物经紫外前照射发生反应形成的有毒烟雾

注意：汽车尾气基本不含二氧化硫

防治：尾气净化

水体富营养化​

概念：由于人类活动的影响，氮、磷 等营养物质含量过高导致的水质恶化现象 现象：水华、赤潮等

化学与食品

9、食品添加剂

(1) 着色剂、增味剂

天然色素常见的有红曲红、β－胡萝卜素、姜黄、叶绿素铜钠盐、焦糖色等。

合成色素常见的有苋菜红、柠檬黄、靛蓝等。

味精是一种常用的增味剂，其主要成分为谷氨酸钠：NaOOCCH2CH2CH(NH2)COOH。

(2) 膨松剂、凝固剂

膨松剂有碳酸氢铵、碳酸氢钠等。

制作豆腐用的氯化镁、硫酸钙、葡萄糖酸－δ－内酯。

(3) 防腐剂、抗氧化剂

苯甲酸及其钠盐 (用于果汁、酱油、醋、酱、腌菜)、山梨酸及其钾盐 (用于糕点、熟肉、半成水产品) 是防腐剂。

亚硝酸钠 (用于腊肉、香肠) 是一种防腐剂和护色剂。

抗坏血酸 (即维生素C，用于果汁或水果)、丁基羟基茴香醚 (用于油脂) 是抗氧化剂。

(4) 营养强化剂

食盐中加碘酸钾，在奶粉中添加维生素、碳酸钙、硫酸亚铁、硫酸锌等。

10、食品添加剂使用时应符合以下基本要求：

①不应对人体产生任何健康危害；

②不应掩盖食品腐败变质；

③不应掩盖食品本身或加工过程中的质量缺陷，或以掺杂、掺假、伪造为目的而使用食品添加剂；

④不应降低食品本身的营养价值；

⑤在达到预期效果的前提下尽可能降低在食品中的使用量。

在下列情况下可使用食品添加剂：

①保持或提高食品本身的营养价值；

②作为某些特殊膳食用食品的必要配料或成分；

③提高食品的质量和稳定性，改进其感官特性；

④便于食品的生产、加工、包装、运输或者储藏。

膨松剂：

生物膨松剂：酵母。

化学膨松剂：

单一膨松剂：NaHCO3

复合膨松剂：

NaHCO3、柠檬酸

NH4HCO3、Na2H2P2O7 焦磷酸二氢二钠。

化学与农业

化肥

波尔多液：$m(\ce{CuSO4}):m(\ce{Ca(OH)2}):m(H2O)=1:1:100$。

口诀：氮磷钾，叶果茎。

铵态氮肥

铵态氮肥不可与碱一起施肥：

此法可以检验铵态氮肥，同时其对热不稳定性也可以检验。

化学与社会

融雪剂

无机融雪剂：通常以氯化盐、亚硝酸盐为主，其中亚硝酸盐有毒，一般仅用于工业区，严禁用于食品工厂附近。

有机融雪剂：以有机酸酸跟钠、钾盐为主，例如醋酸钾、甲酸钾、乳酸钾、酒石酸钾，此外还有尿素。

干燥剂

硅胶：成半透明颗粒状，是由硅酸盐加酸或铵盐沉淀后，在高温下活化所形成的颗粒性物质。

生石灰：是白色或灰白色的块状物，吸水后会变成粉末状的氢氧化钙，也就是熟石灰。

矿黏土：色泽及性质安定之天然物，中性无毒。

活泼金属

钠 钾 钠钾合金 镁 卤化物

氯化锂 氯化钠 氯化镁 氯化钙 氯化钴 溴化锂 卤酸盐

氯酸钠 过氯酸镁 氧化物

活性氧化铝 硅胶 五氧化二磷 氧化钙 氢氧化物

氢氧化钠 氢氧化钾 硫酸盐

硫酸 硫酸钠 硫酸镁 硫酸钙（又称干燥石、Drierite） 硫酸铜 氢化物

氢化锂 氢化钙 碳酸盐

碳酸钾 硅、铝化合物

分子筛 有机

蔗糖 二苯甲酮（与钠同用作指示剂） 其它

气凝胶 膨润土

化学与药品

治疗胃酸过多：胃舒平（主要成分为氢氧化铝）。

亚硝酸盐有致癌性，大量复用亚硝酸钠，会导致血管舒张甚至心律失常，同时其具有氧化性，会使血红蛋白氧化为高铁血红蛋白，导致缺氧。

甲醛溶于水为福尔马林，有致癌性，用于保存防腐、杀菌。

化学与材料

材料的分类

• 金属材料：

  • 纯金属。

  • 合金：金属和非金属融合，产生的有金属性的材料。

• 无机非金属材料：

  • 玻璃、水泥、陶瓷。

• 天然有机材料：

  • 羊毛、棉花、天然橡胶。

• 有机合成材料（有机高分子材料）：

  • 塑料、合成橡胶、合成纤维。

• 复合材料：

  • 多种材料符合，得到的不同于原来材料的新材料。

  • 玻璃钢：钢筋混凝土。

衣物材料的鉴别

燃烧衣料：

• 合成纤维：刺激性气味。

• 动物蛋白：烧焦羽毛气味。

• 植物纤维：烧纸气味。

化学与能源

能源的分类

• 不可再生能源。

• 新能源（二十一世纪能源：可燃冰）。

• 最清洁的理想能源：氢气。

工业流程

工业流程概述

1. 利益最大化：

   • 药品：便宜。

   • 装置：简单。

   • 操作：方便。

   • 环境：友好。

工业流程常用方法

• 粉碎：

  • 增加原料与气体或液体的接触面积。

  • 加快反应速率，使反应更充分。

• 控制温度：

  • 避免反应物或生成物过热分解和水解。

  • 例如：$\ce{H2O2,NH4+,KMnO4,AgNO3,HNO3}$。

• 通入惰性气体：

  • 常通入氮气、氦气、氩气（仅非常活泼）等。

  • 反应前排尽空气，反应后排产物，使充分吸收。