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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“双碳”目标和生态文明建设深入推进的时代背景下，环境保护已成为全民共识。青少年是未来社会的建设者和生态文化的传承者，加强中小学环保教育，不仅关乎个体素养的提升，更关系到国家可持续发展的未来。随着人工智能（AI）技术的迅猛发展，其在环境监测、污染预警、资源管理等领域的应用日益广泛。将AI技术融入中小学环保教育，不仅能够拓宽学生的科技视野，更能通过“数据驱动”的方式，使环保教育从抽象说教走向具象实践。

本教案以“AI环境监测”为切入点，融合科学、信息技术、综合实践等多学科内容，引导学生在真实情境中开展探究式学习，提升科学素养，增强环保意识，培养社会责任感，实现“科技赋能教育，教育塑造未来”的育人目标。

二、教学基本信息

课程名称：AI环境监测——用智能科技守护绿色家园

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），可拓展为“AI环保项目周”

学科融合：科学、信息技术、数学、综合实践活动、道德与法治

核心素养目标：

科学探究：观察、测量、分析环境数据；

信息意识：理解数据采集与AI分析的基本逻辑；

社会责任：认识环保的紧迫性，主动参与绿色行动；

创新思维：设计基于AI的环保解决方案；

合作能力：小组协作完成项目任务。

三、教学目标

知识与理解：

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、水质pH值）及其生态影响；

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。

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与践行者。

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。

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）；

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，或使用在线模拟平台如GoogleEarthEngine、NOAA数据平台）；

AI教育平台（推荐使用腾讯扣叮、百度AIStudio、Mind+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。

学生准备：

预习“我们身边的环境问题”主题资料；

分组（4-6人/组），明确角色分工（组长、记录员、技术员、汇报员）。

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）；

提问：“我们如何及时发现环境变化？有没有‘智能助手’能帮我们监测？”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；

实时监测：城市空气质量监测站结合AI预警系统；

预测分析：AI模型预测未来污染趋势，辅助科学决策。

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。

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）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：哪些区域环境较差？可能原因是什么？我们能做些什么？

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；

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”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：

明确监测对象（如垃圾满溢、噪音超标、水质异常）；

说明使用什么传感器和AI技术；

提出预警机制或改善措施；

示例：

“智能垃圾桶满溢监测系统”：当垃圾桶满80%，AI自动通知保洁；

“校园噪音AI提醒器”：课间噪音超标时，广播提示“请降低音量”。

总结与升华（5分钟）

教师总结：AI是“眼睛”和“大脑”，但行动靠“我们”；

发起“绿色承诺”行动：每位学生写下一条环保承诺（如“节约用水”“垃圾分类”）；

鼓励优秀方案参与学校科技节或社区环保项目评选。

七、作业与拓展活动

基础作业：

撰写一篇题为《AI如何帮助保护地球》的短文（300-500字）；

记录家庭一周用