一、認(rèn)知基礎(chǔ)：科技與環(huán)境的共生邏輯——從歷史到現(xiàn)實(shí)的雙重視角演講人01認(rèn)知基礎(chǔ)：科技與環(huán)境的共生邏輯——從歷史到現(xiàn)實(shí)的雙重視角02案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例03價(jià)值升華：指向未來(lái)的育人使命——科技實(shí)踐中的環(huán)境素養(yǎng)培育目錄2025高中科技實(shí)踐之科技與環(huán)境課件作為一名從事中學(xué)科技教育十余年的一線教師，我始終記得2018年帶學(xué)生監(jiān)測(cè)校園池塘水質(zhì)時(shí)的場(chǎng)景——孩子們舉著pH試紙的手微微發(fā)抖，當(dāng)數(shù)值顯示為6.2時(shí)，有個(gè)女生小聲說(shuō)：“原來(lái)課本上的‘弱酸性’是這樣具體的存在?！蹦且豢涛乙庾R(shí)到，科技實(shí)踐不是實(shí)驗(yàn)室里的冰冷數(shù)據(jù)，而是連接知識(shí)與生活、科技與環(huán)境的溫暖橋梁。2025年的今天，當(dāng)“雙碳”目標(biāo)成為國(guó)家戰(zhàn)略，當(dāng)“人與自然生命共同體”理念深入人心，高中階段的科技實(shí)踐更需要以“科技賦能環(huán)境”為核心，讓青少年在動(dòng)手實(shí)踐中理解科技的溫度與責(zé)任。以下，我將從“認(rèn)知基礎(chǔ)：科技與環(huán)境的共生邏輯”“實(shí)踐設(shè)計(jì)：從知識(shí)到行動(dòng)的轉(zhuǎn)化路徑”“案例示范：可操作的實(shí)踐范式”“價(jià)值升華：指向未來(lái)的育人使命”四個(gè)維度展開(kāi)闡述。01認(rèn)知基礎(chǔ)：科技與環(huán)境的共生邏輯——從歷史到現(xiàn)實(shí)的雙重視角認(rèn)知基礎(chǔ)：科技與環(huán)境的共生邏輯——從歷史到現(xiàn)實(shí)的雙重視角要讓高中生理解“科技與環(huán)境”的實(shí)踐意義，首先需要建立清晰的認(rèn)知框架。這種框架不能停留在“科技是環(huán)境問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)住被颉翱萍际黔h(huán)境治理的萬(wàn)能鑰匙”的二元對(duì)立中，而應(yīng)回歸歷史長(zhǎng)河與現(xiàn)實(shí)需求，還原二者的共生關(guān)系。1歷史維度：科技發(fā)展與環(huán)境變遷的互構(gòu)史回顧人類文明史，科技進(jìn)步與環(huán)境變化始終是“硬幣的兩面”。農(nóng)業(yè)文明時(shí)期：新石器時(shí)代的石器工具、商周時(shí)期的青銅農(nóng)具、漢代的鐵犁牛耕，這些科技突破本質(zhì)是“向自然索取生存資源的能力提升”。但受限于生產(chǎn)力水平，人類對(duì)環(huán)境的干預(yù)是局部且可逆的——《齊民要術(shù)》中“順天時(shí)，量地利”的記載，正體現(xiàn)了早期科技與環(huán)境的樸素平衡。工業(yè)文明時(shí)期：蒸汽機(jī)的發(fā)明、化石能源的大規(guī)模使用、化工技術(shù)的突破，將人類帶入“征服自然”的時(shí)代。19世紀(jì)倫敦的“霧都”現(xiàn)象、20世紀(jì)美國(guó)的“黑風(fēng)暴”事件、日本的水俁病，本質(zhì)都是科技應(yīng)用失序?qū)е碌沫h(huán)境危機(jī)。但與此同時(shí)，環(huán)境問(wèn)題也倒逼科技轉(zhuǎn)型——1970年美國(guó)《清潔空氣法》推動(dòng)催化轉(zhuǎn)換器的普及，1987年《蒙特利爾議定書(shū)》催生無(wú)氟制冷劑的研發(fā)，這正是“環(huán)境問(wèn)題反哺科技創(chuàng)新”的典型案例。1歷史維度：科技發(fā)展與環(huán)境變遷的互構(gòu)史生態(tài)文明時(shí)期：進(jìn)入21世紀(jì)，“可持續(xù)發(fā)展”成為全球共識(shí)，科技的角色從“改造自然”轉(zhuǎn)向“與自然共生”。光伏材料效率突破、碳捕捉技術(shù)落地、AI在生態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，這些科技進(jìn)展不再以“人類中心主義”為導(dǎo)向，而是追求“人-科技-環(huán)境”的協(xié)同進(jìn)化。2現(xiàn)實(shí)維度：2025年的環(huán)境挑戰(zhàn)與科技機(jī)遇站在2025年的節(jié)點(diǎn)，我國(guó)面臨的環(huán)境問(wèn)題呈現(xiàn)“老問(wèn)題未消、新挑戰(zhàn)又至”的復(fù)雜態(tài)勢(shì)：傳統(tǒng)污染治理壓力：部分流域仍存在農(nóng)業(yè)面源污染，工業(yè)廢水深度處理技術(shù)有待普及；北方冬季供暖仍依賴煤炭，超低排放改造需持續(xù)推進(jìn)；城市垃圾填埋場(chǎng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，資源化利用率僅約35%（2023年生態(tài)環(huán)境部數(shù)據(jù)）。新興環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：5G基站電磁輻射的公眾擔(dān)憂、新能源電池退役后的回收體系空白、微塑料在土壤-水體-生物鏈中的遷移機(jī)制不明，這些都需要科技手段提供解決方案?？萍假x能的新可能：衛(wèi)星遙感技術(shù)已能實(shí)現(xiàn)10米級(jí)精度的地表覆蓋監(jiān)測(cè)，AI模型對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的預(yù)測(cè)誤差率降至8%以內(nèi)，微生物修復(fù)技術(shù)可使石油污染土壤的降解周期縮短60%……這些技術(shù)為高中實(shí)踐提供了“可觸摸的前沿”。2現(xiàn)實(shí)維度：2025年的環(huán)境挑戰(zhàn)與科技機(jī)遇1.3認(rèn)知誤區(qū)的澄清：科技不是環(huán)境問(wèn)題的“因”或“果”，而是“媒介”在與學(xué)生的交流中，我常遇到兩種極端認(rèn)知：一種認(rèn)為“所有科技都是破壞環(huán)境的”（典型如拒絕使用一次性塑料卻忽視其醫(yī)療場(chǎng)景的必要性），另一種認(rèn)為“只要有科技就能解決所有環(huán)境問(wèn)題”（如過(guò)度依賴碳捕捉技術(shù)而忽視減排的根本）。關(guān)鍵澄清：科技本身是“中性工具”，其環(huán)境影響取決于“應(yīng)用目的”“使用方式”和“倫理邊界”。就像火的發(fā)現(xiàn)既能取暖烹飪，也能引發(fā)山火——決定其價(jià)值的，是掌握科技的“人”。二、實(shí)踐設(shè)計(jì)：從知識(shí)到行動(dòng)的轉(zhuǎn)化路徑——基于STEAM理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)高中科技實(shí)踐的核心目標(biāo)，是讓學(xué)生“用科技的方法解決環(huán)境問(wèn)題”。這需要打破“知識(shí)傳授-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的傳統(tǒng)模式，轉(zhuǎn)向“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)-協(xié)作探究-方案輸出”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）。結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我總結(jié)出“三階九步”設(shè)計(jì)模型。1第一階：?jiǎn)栴}錨定——從生活場(chǎng)景中挖掘真實(shí)問(wèn)題真實(shí)問(wèn)題是實(shí)踐的起點(diǎn)。我常帶學(xué)生做“環(huán)境觀察日記”：連續(xù)兩周記錄校園、社區(qū)的環(huán)境現(xiàn)象，從中篩選“可測(cè)量、可干預(yù)、有科技介入空間”的問(wèn)題。篩選標(biāo)準(zhǔn)：①在地性（如南方學(xué)校關(guān)注酸雨對(duì)植被的影響，北方學(xué)校關(guān)注冬季霧霾成因）；②可操作性（避免“全球變暖”等宏觀問(wèn)題，聚焦“校園濕地水質(zhì)變化”等微觀課題）；③科技關(guān)聯(lián)度（需用到測(cè)量工具、數(shù)據(jù)分析、模型構(gòu)建等科技方法）。案例示范：2023年我校高二（3）班學(xué)生通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，校園東側(cè)銀杏林秋季落葉堆積需人工清掃，既消耗人力又浪費(fèi)資源。經(jīng)討論，他們將問(wèn)題錨定為“基于堆肥技術(shù)的校園落葉資源化利用”，這一問(wèn)題既關(guān)聯(lián)微生物分解知識(shí)（科技），又涉及固廢處理（環(huán)境），符合設(shè)計(jì)要求。2第二階：探究實(shí)施——融合多學(xué)科的科技方法實(shí)踐的深度取決于探究方法的科學(xué)性。這里需融合STEAM（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)）理念，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)。工具層：基礎(chǔ)工具（pH計(jì)、溫濕度傳感器、照度計(jì)）、進(jìn)階工具（水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀、土壤養(yǎng)分速測(cè)儀）、數(shù)字工具（Arduino開(kāi)源硬件、Python數(shù)據(jù)可視化）。例如，在“社區(qū)光污染調(diào)查”中，學(xué)生用手機(jī)光度計(jì)APP采集數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS軟件繪制光污染熱力圖，既用到物理光學(xué)知識(shí)（科學(xué)），又涉及編程技能（技術(shù)）。方法層：①定量測(cè)量（如連續(xù)30天監(jiān)測(cè)某河段溶解氧含量）；②對(duì)比實(shí)驗(yàn)（如設(shè)置不同濃度的生物菌劑處理組，觀察污水凈化效果）；③模型構(gòu)建（如用Vensim軟件建立“校園碳排放-綠化吸收”動(dòng)態(tài)模型）；④倫理討論（如在“推廣太陽(yáng)能路燈”實(shí)踐中，需討論光色選擇對(duì)夜間昆蟲(chóng)的影響）。2第二階：探究實(shí)施——融合多學(xué)科的科技方法協(xié)作層：采用“角色分工制”，設(shè)置實(shí)驗(yàn)員（操作儀器）、記錄員（整理數(shù)據(jù)）、分析員（處理信息）、匯報(bào)員（展示成果），并鼓勵(lì)跨年級(jí)組隊(duì)（如高二學(xué)生指導(dǎo)高一學(xué)生使用專業(yè)儀器）。3第三階：成果轉(zhuǎn)化——從“實(shí)踐報(bào)告”到“社會(huì)價(jià)值”1實(shí)踐的終極目標(biāo)是推動(dòng)改變。我要求學(xué)生的成果不僅是一份報(bào)告，更要形成“可落地的解決方案”或“可傳播的科普產(chǎn)品”。2方案類：如2022年學(xué)生針對(duì)“校園雨水利用率低”問(wèn)題，設(shè)計(jì)了“屋頂綠化-雨水收集-景觀灌溉”系統(tǒng)方案，被學(xué)校采納并在2023年改造中實(shí)施，年節(jié)水約120噸。3科普類：如2024年學(xué)生將“廚余堆肥”實(shí)踐過(guò)程制作成短視頻（含操作步驟、常見(jiàn)問(wèn)題解答），發(fā)布在社區(qū)公眾號(hào)，帶動(dòng)3個(gè)小區(qū)建立家庭堆肥點(diǎn)。4創(chuàng)新類：部分優(yōu)秀項(xiàng)目可對(duì)接“明天小小科學(xué)家”“青少年科技創(chuàng)新大賽”等平臺(tái)，如我校2023年“基于機(jī)器學(xué)習(xí)的城市內(nèi)河水質(zhì)預(yù)警模型”項(xiàng)目，獲省級(jí)一等獎(jiǎng)，并被環(huán)保部門采納為數(shù)據(jù)參考。02案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例為幫助教師和學(xué)生更直觀理解實(shí)踐設(shè)計(jì)，我選取近年來(lái)指導(dǎo)的三個(gè)代表性項(xiàng)目，從“問(wèn)題背景-實(shí)施過(guò)程-成果與反思”展開(kāi)說(shuō)明。3.1項(xiàng)目一：校園濕地生態(tài)修復(fù)——從“監(jiān)測(cè)”到“干預(yù)”的全流程實(shí)踐問(wèn)題背景：我校東側(cè)有一片200㎡的人工濕地，2021年因雨水沖刷導(dǎo)致底泥流失，水生植物覆蓋率從70%降至30%，魚(yú)類數(shù)量減少約50%。實(shí)施過(guò)程：①前期調(diào)研（2周）：用多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀測(cè)量pH、溶解氧、氨氮等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)氨氮濃度超標(biāo)1.2倍（GB3838-2002Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)）；通過(guò)樣方法統(tǒng)計(jì)水生植物種類（原優(yōu)勢(shì)種香蒲、蘆葦覆蓋率下降，外來(lái)物種水葫蘆占比升至40%）。案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例②方案設(shè)計(jì)（3周）：分組提出修復(fù)策略——A組建議“物理清淤+補(bǔ)種本地植物”，B組建議“投放微生物菌劑+設(shè)置生態(tài)浮床”，C組建議“建立濕地緩沖區(qū)減少地表徑流”。經(jīng)專家論證（邀請(qǐng)市環(huán)科院工程師參與），綜合采納“清淤（物理）+微生物菌劑（生物）+生態(tài)浮床（工程）”的組合方案。③實(shí)施與監(jiān)測(cè)（6個(gè)月）：3月完成清淤，4月投放菌劑（每周1次，持續(xù)2個(gè)月），5月設(shè)置10個(gè)浮床（種植美人蕉、菖蒲）；每月固定時(shí)間監(jiān)測(cè)水質(zhì)，每季度統(tǒng)計(jì)生物多樣性（用Simpson指數(shù)計(jì)算）。④成果輸出：6個(gè)月后，氨氮濃度降至標(biāo)準(zhǔn)值以下，水生植物覆蓋率回升至65%，魚(yú)類數(shù)量恢復(fù)至原有水平；形成《校園濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)指南》（含成本預(yù)算、操作注意事項(xiàng)）案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例，供學(xué)校后續(xù)維護(hù)使用。反思：學(xué)生最初認(rèn)為“外來(lái)物種一定有害”，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)水葫蘆在修復(fù)初期可快速吸收氮磷，關(guān)鍵是控制其過(guò)度繁殖——這打破了非黑即白的認(rèn)知，培養(yǎng)了辯證思維。3.2項(xiàng)目二：社區(qū)廚余垃圾資源化——從“家庭”到“社區(qū)”的協(xié)同實(shí)踐問(wèn)題背景：我校所在社區(qū)日均產(chǎn)生廚余垃圾約1.2噸，目前采用“集中收集-填埋”處理，不僅占用土地，還產(chǎn)生甲烷等溫室氣體。實(shí)施過(guò)程：①需求調(diào)研（1周）：入戶發(fā)放問(wèn)卷（回收217份），發(fā)現(xiàn)78%的居民支持家庭堆肥，但62%表示“不知如何操作”，45%擔(dān)心“有異味”。案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例②技術(shù)攻關(guān)（4周）：查閱文獻(xiàn)（《好氧堆肥技術(shù)指南》《家庭堆肥常見(jiàn)問(wèn)題解答》），購(gòu)買市售堆肥桶（對(duì)比3種品牌的透氣性、密封性），自主設(shè)計(jì)“分層堆肥法”（底層放枯葉，中層放廚余，上層蓋草木灰），并添加EM菌劑加速分解。③試點(diǎn)推廣（3個(gè)月）：選取10戶家庭作為試點(diǎn)，每周上門指導(dǎo)（調(diào)整碳氮比、翻堆頻率），記錄堆肥周期（從60天縮短至45天）、成品質(zhì)量（pH6.5-7.5，符合有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)）；收集試點(diǎn)反饋后，制作《家庭堆肥操作手冊(cè)》（含圖文、視頻）。④社區(qū)聯(lián)動(dòng)（持續(xù)）：與社區(qū)居委會(huì)合作，在小區(qū)廣場(chǎng)設(shè)置“堆肥體驗(yàn)角”，組織親子活案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例動(dòng)；將堆肥成品用于社區(qū)綠化，形成“廚余垃圾→有機(jī)肥→綠植養(yǎng)護(hù)”的閉環(huán)。成果：試點(diǎn)家庭廚余垃圾減量率達(dá)85%，社區(qū)每月減少垃圾運(yùn)輸費(fèi)用約1200元；學(xué)生撰寫(xiě)的《社區(qū)廚余垃圾資源化路徑研究》被區(qū)垃圾分類辦公室采納為參考資料。反思：實(shí)踐中學(xué)生意識(shí)到，技術(shù)可行性不等于社會(huì)接受度——解決環(huán)境問(wèn)題不僅需要科技方案，更需要公眾教育和社區(qū)動(dòng)員。3.3項(xiàng)目三：基于AI的校園能耗監(jiān)測(cè)——從“數(shù)據(jù)”到“智能”的技術(shù)實(shí)踐問(wèn)題背景：我校教學(xué)樓日均耗電量約1200度，其中空調(diào)、照明占比超70%，但缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段，存在“人走燈不滅”“空教室開(kāi)空調(diào)”等浪費(fèi)現(xiàn)象。實(shí)施過(guò)程：案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例①需求分析（2周）：統(tǒng)計(jì)各教室用電時(shí)段（如早8點(diǎn)-晚9點(diǎn)為高峰），訪談后勤部門（現(xiàn)有電表僅記錄總電量，無(wú)法定位具體設(shè)備），確定“分區(qū)域、分設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”的需求。②硬件搭建（3周）：使用Arduino開(kāi)發(fā)板連接電流傳感器（監(jiān)測(cè)空調(diào)、照明）、紅外傳感器（監(jiān)測(cè)教室人數(shù)），通過(guò)Wi-Fi模塊將數(shù)據(jù)上傳至云端（使用ThingSpeak平臺(tái)）；在實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試，調(diào)整傳感器靈敏度（如紅外傳感器的探測(cè)距離從5米縮短至3米，避免誤判）。③算法開(kāi)發(fā)（4周）：用Python編寫(xiě)數(shù)據(jù)分析程序，設(shè)定“無(wú)人教室10分鐘后自動(dòng)斷電”“溫度高于26℃/低于18℃時(shí)空調(diào)自動(dòng)限制”等規(guī)則；通過(guò)歷史用電數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型（輸入人數(shù)、時(shí)間、溫度，輸出建議用電量），模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)89%。案例示范：可操作的實(shí)踐范式——以三個(gè)典型項(xiàng)目為例④落地應(yīng)用（持續(xù)）：在3間教室試點(diǎn)安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，1個(gè)月后統(tǒng)計(jì)顯示，試點(diǎn)教室日均耗電量下降23%；將系統(tǒng)優(yōu)化后，向全校推廣，目前已覆蓋12間教室。成果：學(xué)生不僅掌握了物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)，更深刻理解了“智能技術(shù)如何服務(wù)于節(jié)能目標(biāo)”；項(xiàng)目獲2024年省青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)，相關(guān)論文發(fā)表于《中學(xué)科技教育》期刊。反思：技術(shù)開(kāi)發(fā)中曾遇到“傳感器干擾”問(wèn)題（如空調(diào)啟動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)導(dǎo)致誤報(bào)），學(xué)生通過(guò)添加濾波算法解決——這讓他們體會(huì)到“理論模型與實(shí)際場(chǎng)景的差異”，培養(yǎng)了工程思維。03價(jià)值升華：指向未來(lái)的育人使命——科技實(shí)踐中的環(huán)境素養(yǎng)培育價(jià)值升華：指向未來(lái)的育人使命——科技實(shí)踐中的環(huán)境素養(yǎng)培育當(dāng)我們討論“2025高中科技實(shí)踐之科技與環(huán)境”時(shí)，最終指向的是“培養(yǎng)具有環(huán)境責(zé)任感的科技公民”。這種素養(yǎng)不是簡(jiǎn)單的“環(huán)保知識(shí)積累”，而是“科學(xué)思維、技術(shù)能力、人文情懷”的綜合體現(xiàn)。1科學(xué)思維：從“感性認(rèn)知”到“理性分析”的跨越在實(shí)踐中，學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)據(jù)說(shuō)話——比如不再說(shuō)“河水變臭了”，而是“溶解氧含量從5.2mg/L降至2.1mg/L，氨氮濃度從1.5mg/L升至3.8mg/L”；學(xué)會(huì)控制變量——比如在“不同光照對(duì)植物固碳效率的影響”實(shí)驗(yàn)中，需保持溫度、濕度、CO?濃度一致；學(xué)會(huì)質(zhì)疑與驗(yàn)證——比如對(duì)“某品牌除甲醛劑宣稱99%去除率”，學(xué)生通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其實(shí)際效率僅65%（在密閉空間中）。這些訓(xùn)練，正是科學(xué)思維的核心。2技術(shù)能力：從“工具使用”到“創(chuàng)新創(chuàng)造”的躍升高中階段的科技實(shí)踐，不要求學(xué)生發(fā)明顛覆性技術(shù)，但要讓他們體驗(yàn)“技術(shù)創(chuàng)新的完整流程”——從需求分析到方案設(shè)計(jì)，從原型制作到測(cè)試