北京一零一中礦大分校地球與環境科學 北京市金鵬科技論壇再創佳績

北京市教育委員會主辦的第26屆北京市中小學生金鵬科技論壇圓滿落幕，全市23000余中小學生參與，經過層層推選、激烈角逐，1000余個作品進入市級評選。北京一零一中礦大分校沈千皓斬獲北京市第26屆中小學生金鵬科技論壇一等獎，亓云浩、曲美熹同學分獲二等獎、三等獎。

金鵬科技論壇是北京市教委認定的校外教育“三個一”精品項目，旨在引導青少年主動開展科學探究、體驗科研過程、錘煉創新思維，在實踐中傳承科學家精神，樹立崇尚科學、勇于探索、敢于創新的科學品格。論壇堅持全員參與、獨立完成、注重過程體驗的理念，重點關注學生科學興趣、科研方法及創新能力的培養，助力綜合素質全面發展。分為小學低年級組、小學高年級組、初中組、高中組四個參賽組別進行選拔和評審，每個組別項目分為自然科學類、社會科學類、創造發明三大類別。

冠軍榮譽

01 家用蔬菜遠程種植觀測系統

對科學研究的思考

沈千皓和團隊同學通過自身學習經歷發現，在小學勞動教育活動中植物種植常因場地、時間、養護知識不足而失敗，而且植物生長是個持續的過程，經常會因為缺乏持續觀察和科學記錄的工具而中斷。因此希望通過設計一個低成本、易操作的智能設備，讓同學們在家里或學校，像做實驗一樣觀察植物生長，同時減輕成人的管理負擔。

研究的基本原理

“家用蔬菜遠程種植觀測系統”是為學生設計的“交鑰匙型”種植觀察工具，實現自動采集土壤濕度、空氣溫濕度、光照強度；給觀測植物自動澆水、補光、加熱、通風；通過手機 APP 遠程查看數據并手動控制，三大核心功能。

觀測系統工作流程與邏輯：

傳感器采集 → ESP32 分析 → 自動控制執行單元 → 數據上傳手機；

用戶也可通過 APP 遠程手動干預。

研究成果

系統設計中應用了生物、物理、信息技術、數學等知識，探索智能農業在數字化勞動教育中的創新應用，可以讓學生無需編程，插電即用，同時實現遠程觀測，勞動教育不受空間限制，APP界面設計圖形化，將生物觀察轉化為可記錄的溫度、濕度、光照曲線，培養科學思維。

設備可根據不同植物（如生菜、油菜）靈活設置所有閾值，實現設備自動照顧植物。

通過對生菜、油菜兩組植物各為期15天的對照實驗發現，在穩定的觀測設備環境中，對植物生長有明顯促進作用，易于操作。

結論與展望

通過在本次終評答辯中與評委專家面對面的交流探討，激發了沈千皓對觀測系統進一步優化的思考，可以通過增加 pH 傳感器、EC 傳感器，支持水培模式，引入簡易 AI 算法，自動推薦最佳種植方案，以及搭建校際種植數據分享平臺，讓不同學校的學生比較生長數據。

家用蔬菜遠程種植觀測系統不是一套復雜的工業設備，而是通過更完整的功能、更便捷的操作，為學生搭建一座連接自然與科技的橋梁，讓每一個孩子都能擁有一個屬于自己的“智能小農場”，在數據與生命成長中，學會觀察、責任與熱愛。

02

基于物聯網技術的家用智能服

藥提醒與體溫血氧監測設備

對科學研究的思考

科技的發展應服務于生活。亓云浩同學發現，家中老人由于慢性病需要長期服用多種藥物，但因記憶力衰退，極易出現漏服、誤服或重復服藥的情況。同時，由于子女工作繁忙，無法實時監測老人的生命體征。

針對這一社會痛點，在指導老師的幫助與指導下,亓云浩同學通過調研老年人服藥依從性的現狀與問題，分析常見的服藥錯誤類型及其危害，尋找通過技術手段干預的可行方案，設計一款智能藥箱：它不僅能準時、準確地自動配藥并進行語音播報，還能在服藥時段監測體溫與血氧，通過網絡讓遠在外的家人隨時了解老人的健康狀況 。

研究的基本原理

該設備的核心架構由 Arduino Uno 與 ESP32 雙主板協同控制：

精準投藥機構：采用 3D 打印技術設計了4個旋轉式藥盒，每個藥盒由舵機驅動，通過程序精確控制旋轉角度，確保每次只投放一粒藥片，實現對多種藥品的組合式投放。

語音交互系統：集成離線語音合成模塊，在完成配藥動作后自動播報具體的藥品名稱與服用提示。

體征監測與物聯網：集成 MAX30102 心率血氧傳感器 與 DS18B20 溫度傳感器，采集的數據通過 Wi-Fi 上傳至物聯網平臺，生成可視化圖表供遠程查看。

研究成果

在老師的指導下，亓云浩同學完成了從機械結構搭建到系統聯動控制的全面優化：

結構實現：利用雪弗板制作了雙層箱體，上層為投藥機構，下層為取藥區，布局科學合理。

程序調試：在 Mixly 環境下編寫了復雜的定時任務邏輯，實現了早、中、晚三個時段的自動化工作流。

數據互聯：成功打通了傳感器數據與云端平臺的連接，實現了“服藥管理 + 健康監護”的創新融合方案。

結論與展望

通過本項目的研究，亓云浩同學系統地掌握了 3D 打印、單片機編程與物聯網技術。該作品為家庭智慧養老提供了一種低成本、高可行性的實踐方案，對于降低老人用藥風險具有重要意義。

未來，亓云浩計劃為設備引入 2.0 版本的升級，包括增加藥品存量自動預警、開發觸控交互界面，并嘗試引入人工智能算法分析長期健康數據，為構建智慧養老環境貢獻更多少年智慧！

03 土壤指示生物對土壤農藥污染評價

對科學研究的思考

隨著我國農業集約化程度的提高，農藥的使用在農業方面開始變得頻繁，我國的土壤污染也開始變得嚴重。

針對常用農藥對于土壤指示生物的危害，曲美熹同學展開了基于秀麗隱桿線蟲對阿維菌素和三氟吡啶胺的研究。

研究的基本原理

本研究通過不同濃度梯度的農藥對比，通過觀察線蟲生長程度、癱瘓程度、頭部擺動次數以及身體彎曲程度的對比來反映出不同農藥的不同濃度下，農藥對于土壤指示生物的危害。

研究成果

在指導老師的幫助下，曲美熹同學開展了兩種農藥對于線蟲的各項研究，在實驗過程中，通過急性毒性實驗、發育毒性實驗和麻痹運動行為進行分析。

從圖中可以看出，阿維菌素和三氟吡啶胺對秀麗隱桿線蟲的24小時半致死濃度分別為13.45mg/L和5.61mg/L。

基于兩種農藥，對秀麗隱桿線蟲生長發育的影響的圖像來看，與對照組相比，100μg/L的阿維菌素暴露顯著抑制了線蟲的體長（P<0.05）；而1、10和100μg/L的阿維菌素均顯著減小線蟲的體寬（P<0.05）。

而在麻痹與運動行為分析實驗當中，隨著暴露濃度的升高，線蟲的頭部擺動頻率，身體彎曲頻率和泵咽頻率均顯著下降（P<0.05）。

結論與展望

通過一系列的學習和研究，曲美熹同學揭示了阿維菌素和三氟吡啶胺對非靶標土壤模式生物的潛在生態風險，為科學評估，這兩種農藥的生態環境風險提供了重要的毒理學依據，并對于我國農業發展以及農業利用方面具有重要的意義。

本次大賽佳績的取得，絕非偶然，而是我校長期科技教育特色立校、科創興校、資源強校，深耕地球與環境科學的必然成果。作為自然科學六大基礎學科之一，地球科學是探索地球系統運行規律的核心基石；與之深度融合的環境科學，橫跨理、工、文、社多領域，兼具理科嚴謹邏輯與人文宏觀視野，是新時代不可替代的復合型王牌學科。

立足國家戰略大勢，在“雙碳”目標、生態治理、資源保護、氣候應對的時代背景下，我國地球與環境科學領域專業人才缺口巨大。強基計劃、綜合評價、重點高校專項招生持續向地環學科傾斜，已然成為新時代升學與未來發展的黃金賽道。

學校師資團隊實力雄厚，市區骨干及以上教師共60人，骨干專任教師占比達54%，在海淀區中學圈中位居前列。涵蓋特級教師、正高級教師6人，市區骨干教師54人，其中任期內北京市、海淀區學科帶頭人、骨干教師46人，另有8位北京市紫禁杯優秀班主任。名優師資全覆蓋、全學段賦能，為特色課程研發、科創賽事指導、初高中貫通培養提供堅實人才支撐。

學校聚力高端資源賦能，匯聚中科院各研究所、中國氣象局、中國地質博物館、中國科學院大學、中國地質大學、北京林業大學等多家高校與科研院所智庫力量，常態化實現教授入校授課、高校實驗室開放、高端研學實踐、課題聯合指導。依托外部資源，學校搭建天文學、氣象學、生態學、環境科學四大創新平臺，推行校內骨干名師+校外專家教授雙導師協同培養模式，讓學生足不出校，即可接軌國家級科研前沿。

學校連續兩屆以海淀區參評中小學總分第一名獲評“北京市中小學科技教育示范學校”，成為“北京市首批高中科技特色發展研究協作體學校”(北京市共31所中學，海淀區6所中學)。多年精耕細作，地學與環境科學特色教育品牌碩果累累，先后獲評國際生態學校、全國地學教育示范學校、全國航天特色學校、全國氣象教育特色學校、全國生態文明教育特色學校等20余項國家級和市級重量級科技榮譽稱號，同時是中科院國家天文臺、中國科技館、中國地質博物館等多家平臺的館校合作基地。

本學年學生1038人次在教育部白名單賽事，中國科協、國家體育局、北京市教委、北京市科協等主辦的62項全國和市區科技賽事中屢獲佳績，其中國賽一等獎23項，市賽一等獎51項。近三年先后有三名學生成功入選“北京青少年拔尖人才培養計劃”。每一次獲獎都使孩子們受到“歡欣鼓舞”，成為提升成長自信和激發個人潛能的不竭動力。

從賽場礪鋒到學科深耕，北京一零一中礦大分校將持續深耕地球與環境科學育人沃土，以高端資源為支撐、以特色課程為核心、以精準育才為目標，培育更多心懷山海、潛心求索、擔當時代使命的新時代科創人才！

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