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AI赋能环保教育中小学教案：AI环境监测培养环保意识

一、教学背景与理念

在全球气候变化、资源短缺与生态环境日益严峻的今天，环境保护已成为关乎人类可持续发展的核心议题。我国明确提出“碳达峰、碳中和”战略目标，生态文明建设被提升至国家战略高度。青少年作为未来社会的建设者和生态文明的传承者，其环保意识的培养至关重要。传统的环保教育多以说教为主，缺乏互动性与实践性。而人工智能（AI）技术的迅猛发展，为环保教育注入了新的活力。

本教案以“AI环境监测”为载体，将前沿科技与环保教育深度融合，通过“数据驱动、实践探究、项目引领”的教学模式，引导中小学生在真实情境中发现问题、分析问题、解决问题，实现从“知”到“行”的转变。通过AI技术“看见”环境变化，用数据“说话”，让环保教育更科学、更智能、更有趣，真正实现“科技赋能教育，教育塑造未来”的育人理念。

二、教学基本信息

课程名称：AI环境监测——用智能守护绿色家园

适用年级：小学五年级至初中二年级（10-14岁）

课时安排：2课时（每课时40分钟），可延伸为“AI环保项目周”或跨学科综合实践活动

学科融合：科学、信息技术、数学、综合实践活动、道德与法治、美术

核心素养目标：

科学探究：观察、测量、记录、分析环境数据；

信息意识：理解传感器、数据采集与AI分析的基本逻辑；

社会责任：增强环保责任感，树立生态文明观；

创新思维：设计基于AI的环保解决方案；

合作能力：小组协作完成任务，提升沟通与组织能力。

三、教学目标

知识与认知：

了解人工智能的基本概念及其在环境保护中的典型应用；

认识常见环境监测指标（如PM2.5、噪音、温湿度、空气质量指数AQI、水质pH值）及其生态意义；

理解“传感器—数据采集—AI分析—决策反馈”的基本技术流程。

能力与实践：

能使用简易设备或模拟平台采集、记录并分析环境数据；

能通过图表识别环境异常，发现潜在问题；

能以小组合作形式设计一个基于AI的环保监测与改善方案，并进行初步模拟或展示。

情感态度与价值观：

激发对科技服务社会的兴趣与使命感；

增强环境保护的责任感与紧迫感；

培养绿色生活方式，争做生态文明的传播者、践行者与创新者。

四、教学重难点

教学重点：理解AI如何通过数据监测提升环保效率，建立“科技助力环保”的认知。

教学难点：将抽象的AI算法与数据处理过程转化为学生可理解、可操作的实践活动，避免技术“黑箱化”。

五、教学准备

教师准备：

多媒体课件（含AI环保应用案例视频、数据可视化图表、互动问答）；

环境监测工具包（如便携式空气质量检测仪、噪音计、温湿度传感器、水质测试笔，或使用在线模拟平台如GoogleEarthEngine、NOAA、中国环境监测总站公开数据）；

AI教育平台（推荐使用腾讯扣叮、百度AIStudio、Mind+、Scratch+AI扩展模块等适合中小学生的图形化编程与AI工具）；

小组任务卡、数据记录表、环保方案设计模板、评价量表。

学生准备：

预习“我们身边的环境问题”主题资料（如雾霾、噪音污染、水资源浪费等）；

分组（4-6人/组），明确角色分工（组长、记录员、技术员、汇报员、创意设计员）；

可提前收集家庭或社区的环保小故事或问题。

六、教学过程

第一课时：发现环境问题，感知AI力量

情境导入（5分钟）

播放对比视频：同一城市或校园前后环境变化（如雾霾天与晴天、安静教室与嘈杂走廊、清澈河流与污染水体）；

提问引导：“我们如何及时发现环境变化？有没有‘智能助手’能帮我们24小时监测？”引出AI环境监测话题。

知识讲授（15分钟）

介绍AI在环保中的三大应用：

智能感知：无人机巡河、卫星遥感识别非法排污、AI识别垃圾种类；

实时监测：城市空气质量监测站结合AI预警系统、智能路灯根据人流量调节亮度；

预测分析：AI模型预测未来污染趋势、优化垃圾清运路线、辅助政府科学决策。

图解“感知—传输—分析—反馈”技术流程，强调“用数据说话”的科学思维，结合生活实例帮助理解。

实践探究：校园环境“健康体检”（20分钟）

各小组在校园不同区域（教室、走廊、操场、食堂、厕所附近）采集空气质量、噪音、温湿度等数据；

使用设备或模拟平台记录数据，上传至AI平台生成热力图或趋势图；

讨论与反思：哪些区域环境较差？可能原因是什么？我们能做些什么？AI如何帮助改善？

第二课时：分析数据，设计AI环保方案

数据分享与分析（20分钟）

小组展示数据图表，汇报发现（如“食堂附近噪音超标”“操场PM2.5较高”）；

教师引导分析：“数据告诉我们什么？AI能帮我们预测什么？”

引入“异常检测”“趋势预测”“智能预警”等AI功能，说明其在环保中的实际价值。

项目任务：设计“AI环保小卫士”方案（15分钟）

任务：为校园或社区设计一个AI环境监测与改善方案；

要求：