一、戰(zhàn)略定位：為何高中科技實(shí)踐需要“核心技術(shù)突破”？演講人戰(zhàn)略定位：為何高中科技實(shí)踐需要“核心技術(shù)突破”？01實(shí)踐路徑：如何在高中階段實(shí)現(xiàn)“核心技術(shù)突破”？02技術(shù)方向：2025高中科技實(shí)踐需聚焦哪些核心技術(shù)？03結(jié)語：2025，讓核心技術(shù)突破成為成長的注腳04目錄2025高中科技實(shí)踐之核心技術(shù)突破課件作為一名深耕中學(xué)科技教育十余年的教師，我始終相信：高中階段的科技實(shí)踐不是“踮腳夠月亮”的空中樓閣，而是“搭梯摘果實(shí)”的成長階梯。當(dāng)我們站在2024年的節(jié)點(diǎn)回望，“十四五”規(guī)劃中“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”的戰(zhàn)略號角已響徹校園；展望2025年，《中國教育現(xiàn)代化2035》對“培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才”的要求更趨迫切。今天，我將以教育實(shí)踐者的視角，從戰(zhàn)略定位、技術(shù)方向、實(shí)踐路徑三個(gè)維度，與各位共同探討“2025高中科技實(shí)踐之核心技術(shù)突破”這一命題。01戰(zhàn)略定位：為何高中科技實(shí)踐需要“核心技術(shù)突破”？國家戰(zhàn)略需求的“人才儲(chǔ)備站”2023年，工信部發(fā)布的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》明確指出：“到2025年，我國人工智能、新能源、生物技術(shù)等領(lǐng)域的人才缺口將超3000萬?！备咧须A段作為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成的關(guān)鍵期（15-18歲），正是好奇心、創(chuàng)造力與知識儲(chǔ)備的“黃金交匯點(diǎn)”。我曾帶學(xué)生參與“青少年科技創(chuàng)新大賽”，有個(gè)項(xiàng)目組用3D打印技術(shù)改良傳統(tǒng)假肢關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，雖未達(dá)到工業(yè)級精度，卻在設(shè)計(jì)過程中深度接觸了材料力學(xué)、生物相容性等核心概念——這讓我深刻意識到：高中科技實(shí)踐的“突破”未必是技術(shù)本身的革新，而是學(xué)生對“核心技術(shù)底層邏輯”的理解與應(yīng)用能力的突破。學(xué)科融合教育的“實(shí)踐試驗(yàn)田”傳統(tǒng)分科教學(xué)易造成“知識孤島”，而核心技術(shù)突破天然需要跨學(xué)科思維。以2022年我校“智能農(nóng)業(yè)大棚”項(xiàng)目為例：學(xué)生需用Arduino開發(fā)板（信息技術(shù)）控制溫濕度傳感器（物理），用LED補(bǔ)光系統(tǒng)優(yōu)化光質(zhì)配比（光學(xué)），同時(shí)研究不同作物的生長周期（生物）。項(xiàng)目推進(jìn)中，學(xué)生自發(fā)查閱《傳感器原理與應(yīng)用》《植物生理學(xué)》等專業(yè)書籍，甚至主動(dòng)聯(lián)系農(nóng)科院專家答疑——這種“問題驅(qū)動(dòng)+跨科融合”的實(shí)踐模式，正是2025年高中科技教育轉(zhuǎn)型的重要方向。學(xué)生核心素養(yǎng)的“成長催化劑”聯(lián)合國教科文組織《教育2030行動(dòng)框架》將“創(chuàng)新與批判性思維”列為核心素養(yǎng)首位。在我指導(dǎo)的科技社團(tuán)中，曾有學(xué)生團(tuán)隊(duì)嘗試用機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測校園能耗：從數(shù)據(jù)采集（Python爬蟲）、特征提?。ńy(tǒng)計(jì)學(xué)）到模型訓(xùn)練（TensorFlow），他們經(jīng)歷了17次模型調(diào)參失敗，最終用隨機(jī)森林算法將預(yù)測準(zhǔn)確率提升至89%。項(xiàng)目結(jié)題時(shí)，學(xué)生在報(bào)告中寫道：“以前覺得‘技術(shù)突破’是科學(xué)家的事，現(xiàn)在明白，每一次調(diào)整參數(shù)、修正假設(shè)，都是在逼近‘突破’的邊界?！边@種“在實(shí)踐中理解突破”的體驗(yàn)，比任何理論說教都更能滋養(yǎng)科學(xué)精神。02技術(shù)方向：2025高中科技實(shí)踐需聚焦哪些核心技術(shù)？人工智能基礎(chǔ)：從“工具使用”到“原理探索”人工智能（AI）已滲透到生活的每個(gè)角落，但高中階段的實(shí)踐不應(yīng)停留在“用現(xiàn)成模型做圖像識別”，而應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解“為什么模型能識別”。2023年，我校與高校合作開發(fā)了“AI基礎(chǔ)實(shí)踐包”，包含以下三個(gè)遞進(jìn)模塊：感知層實(shí)踐：用樹莓派+攝像頭搭建“校園植物識別系統(tǒng)”，學(xué)生需手動(dòng)標(biāo)注1000張植物圖片，理解“監(jiān)督學(xué)習(xí)”的基本邏輯；算法層探索：用Scratch簡化版神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具，通過調(diào)整“隱藏層數(shù)量”“學(xué)習(xí)率”等參數(shù)，觀察模型準(zhǔn)確率變化，直觀感受“過擬合”“欠擬合”現(xiàn)象；應(yīng)用層創(chuàng)新：結(jié)合校園需求開發(fā)“智能垃圾分類助手”，學(xué)生需將訓(xùn)練好的模型部署到邊緣計(jì)算設(shè)備，解決“模型體積大vs設(shè)備算力小”的實(shí)際問題。新能源技術(shù)：從“認(rèn)知概念”到“設(shè)計(jì)方案”“雙碳”目標(biāo)下，新能源技術(shù)是高中科技實(shí)踐的熱點(diǎn)，但需避免“只講光伏原理，不碰實(shí)際發(fā)電”的空泛教學(xué)。我校的實(shí)踐路徑分為三個(gè)階段：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：用太陽能板+小型逆變器組裝“桌面發(fā)電系統(tǒng)”，測量不同光照角度、遮擋物對發(fā)電量的影響，理解“光電轉(zhuǎn)換效率”的核心指標(biāo)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)：以“校園路燈節(jié)能改造”為課題，學(xué)生需計(jì)算路燈日均耗電量、當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)長，設(shè)計(jì)“光伏+儲(chǔ)能電池”的混合供電方案，并用MATLAB模擬不同天氣下的系統(tǒng)穩(wěn)定性；創(chuàng)新突破：2023年有學(xué)生團(tuán)隊(duì)嘗試用鈣鈦礦材料（實(shí)驗(yàn)室級）制作柔性太陽能薄膜，雖轉(zhuǎn)換效率僅5%（遠(yuǎn)低于工業(yè)級25%），但通過正交試驗(yàn)法優(yōu)化了“退火溫度”“溶液濃度”等參數(shù)，這種“在限制條件下探索優(yōu)化”的過程，正是核心技術(shù)突破的雛形。生物科技：從“觀察現(xiàn)象”到“操作分子”生物科技的核心突破需依托基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘?。近年來，隨著高中生物實(shí)驗(yàn)室的升級（如配備PCR儀、凝膠電泳儀），學(xué)生已能完成更進(jìn)階的實(shí)踐：基因擴(kuò)增實(shí)踐：以“校園常見植物DNA提取”為項(xiàng)目，學(xué)生用CTAB法提取葉片DNA，通過PCR擴(kuò)增特定基因片段（如rbcL基因），再用凝膠電泳驗(yàn)證結(jié)果——這一過程讓學(xué)生直觀理解“中心法則”的分子基礎(chǔ)；合成生物學(xué)啟蒙：部分學(xué)校引入“細(xì)菌熒光蛋白表達(dá)”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將GFP（綠色熒光蛋白）基因插入質(zhì)粒，轉(zhuǎn)化大腸桿菌后觀察熒光現(xiàn)象。有學(xué)生團(tuán)隊(duì)嘗試修改啟動(dòng)子序列，雖未成功表達(dá)，但記錄的“誘導(dǎo)時(shí)間-熒光強(qiáng)度”數(shù)據(jù)，為后續(xù)學(xué)習(xí)“基因調(diào)控”埋下了認(rèn)知種子；倫理與技術(shù)的平衡：在實(shí)踐中，我們特別增加“生物安全與倫理”討論環(huán)節(jié)，例如“基因編輯技術(shù)的邊界”“合成生物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”，培養(yǎng)學(xué)生“技術(shù)創(chuàng)新需負(fù)責(zé)任”的意識。信息技術(shù)：從“軟件操作”到“硬件開發(fā)”5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等技術(shù)的普及，為高中信息技術(shù)實(shí)踐提供了新場景。我校的“智慧校園”項(xiàng)目即是典型案例：感知層搭建：學(xué)生用ESP32開發(fā)板連接溫濕度、光照、PM2.5等傳感器，通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至阿里云平臺；網(wǎng)絡(luò)層優(yōu)化：針對“數(shù)據(jù)延遲”問題，學(xué)生對比了4G、Wi-Fi、LoRa等傳輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終采用“Wi-Fi+本地緩存”方案降低延遲；應(yīng)用層開發(fā)：基于平臺數(shù)據(jù)，學(xué)生用Python開發(fā)了“教室環(huán)境舒適度”評分系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)顯示“當(dāng)前是否適合開窗通風(fēng)”“空調(diào)溫度建議值”等信息。項(xiàng)目完成后，學(xué)生感慨：“原來一個(gè)簡單的‘智能提醒’背后，需要感知、傳輸、計(jì)算多個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同?！?3實(shí)踐路徑：如何在高中階段實(shí)現(xiàn)“核心技術(shù)突破”？構(gòu)建“問題導(dǎo)向+項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的實(shí)踐模式真正的技術(shù)突破始于真實(shí)問題。2023年，我校發(fā)起“校園科技挑戰(zhàn)賽”，要求項(xiàng)目必須解決一個(gè)具體問題（如“降低食堂廚余垃圾含水率”“提升圖書館自習(xí)區(qū)照明效率”）。以“廚余垃圾處理”項(xiàng)目為例，學(xué)生團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了：問題拆解：通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廚余垃圾含水率高（約75%）是導(dǎo)致處理成本高的主因；技術(shù)調(diào)研：查閱資料后，篩選出“機(jī)械脫水”“生物發(fā)酵減量”“熱烘干”三種方案；方案驗(yàn)證：用廢棄洗衣機(jī)改裝脫水裝置（機(jī)械脫水），用EM菌劑進(jìn)行小規(guī)模發(fā)酵（生物法），對比發(fā)現(xiàn)“機(jī)械脫水+生物發(fā)酵”組合方案可將含水率降至50%；優(yōu)化迭代：針對“脫水裝置噪音大”問題，學(xué)生用3D打印制作隔音罩，最終形成可落地的“校園廚余垃圾預(yù)處理系統(tǒng)”。這種“從問題到方案”的閉環(huán)，讓學(xué)生真正體驗(yàn)了“技術(shù)突破”的完整流程。建立“校內(nèi)資源+校外協(xié)同”的支持體系高中科技實(shí)踐的突破離不開資源整合。我校的做法是：校內(nèi)資源下沉：開放實(shí)驗(yàn)室（如物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、生物分子實(shí)驗(yàn)室）、創(chuàng)客空間（配備3D打印機(jī)、激光切割機(jī)），設(shè)立“科技實(shí)踐專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)”（年均5萬元），支持學(xué)生購買實(shí)驗(yàn)耗材；高校/企業(yè)聯(lián)動(dòng)：與本地高校共建“中學(xué)生科技導(dǎo)師庫”（涵蓋AI、新能源、生物等領(lǐng)域），每學(xué)期開展2次“專家進(jìn)課堂”活動(dòng)；與科技企業(yè)合作建立“實(shí)踐基地”（如光伏企業(yè)提供舊太陽能板、IT企業(yè)開放云服務(wù)器資源）；跨校協(xié)作網(wǎng)絡(luò)：加入“長三角中學(xué)科技聯(lián)盟”，與20余所中學(xué)共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、項(xiàng)目案例，2023年聯(lián)盟內(nèi)學(xué)生共同完成的“基于物聯(lián)網(wǎng)的跨?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測”項(xiàng)目，獲全國青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)。設(shè)計(jì)“能力進(jìn)階+評價(jià)多元”的成長機(jī)制技術(shù)突破需要持續(xù)的能力積累。我校將科技實(shí)踐能力分為三個(gè)階段：設(shè)計(jì)“能力進(jìn)階+評價(jià)多元”的成長機(jī)制|階段|目標(biāo)|實(shí)踐形式|評價(jià)重點(diǎn)||--------|-----------------------|-------------------------|-------------------------||基礎(chǔ)層|掌握實(shí)驗(yàn)基本技能|演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)|操作規(guī)范性、數(shù)據(jù)記錄完整性||提高層|設(shè)計(jì)簡單探究實(shí)驗(yàn)|項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、跨科實(shí)驗(yàn)|問題提出能力、方案設(shè)計(jì)合理性||突破層|解決真實(shí)技術(shù)問題|創(chuàng)新課題、競賽項(xiàng)目|技術(shù)創(chuàng)新性、方案落地性|設(shè)計(jì)“能力進(jìn)階+評價(jià)多元”的成長機(jī)制|階段|目標(biāo)|實(shí)踐形式|評價(jià)重點(diǎn)|評價(jià)方面，除傳統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”外，增加“過程性評價(jià)”（如實(shí)驗(yàn)日志、小組協(xié)作記錄）、“展示性評價(jià)”（項(xiàng)目路演、答辯）和“成果性評價(jià)”（專利申請、論文發(fā)表、競賽獲獎(jiǎng)）。2023屆學(xué)生中，有3個(gè)項(xiàng)目申請了實(shí)用新型專利，1篇實(shí)驗(yàn)論文被《中學(xué)生物學(xué)》雜志錄用——這些成果既是“突破”的證明，更是學(xué)生繼續(xù)探索的動(dòng)力。培育“包容失敗+鼓勵(lì)質(zhì)疑”的實(shí)踐文化技術(shù)突破的道路上，失敗是常態(tài)。我曾帶學(xué)生參加“全國青少年機(jī)器人競賽”，有一年的“自主避障機(jī)器人”項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)連續(xù)3次在場地測試中撞墻。但我們沒有急于調(diào)整程序，而是組織學(xué)生分析每次失敗的具體場景（如“強(qiáng)光下傳感器誤判”“轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算錯(cuò)誤”），最終通過增加“環(huán)境光補(bǔ)償算法”“動(dòng)態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)彎速度”解決了問題。賽后學(xué)生說：“以前怕失敗，現(xiàn)在明白，每一次撞墻都是在給算法‘上課’?！边@種“失敗即數(shù)據(jù)”的思維，比任何成功都更珍貴。04結(jié)語：2025，讓核心技術(shù)突破成為成長的注腳結(jié)語：2025，讓核心技術(shù)突破成為成長的注腳站在2024年的秋天回望，我辦公室的書架上擺滿了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、競賽獎(jiǎng)狀和項(xiàng)目模型——它們不是“成果”的象征，而是“突破”的印記：可能是某個(gè)學(xué)生第一次調(diào)通了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可能是某個(gè)團(tuán)隊(duì)用100次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一個(gè)假設(shè)，也可能是某個(gè)女孩在生物實(shí)驗(yàn)室里第一次看到自己提取的DNA在離心管中析出…