《高中化学化学与生物与生态文明建设课｜了解理念 树立意识》

1课程核心背景与概念厘清演讲人2026-06-10课程核心背景与概念厘清01化学与生物视角下生态文明建设的核心维度02高中生生态文明意识的树立与实践路径03目录《高中化学化学与生物与生态文明建设课｜了解理念树立意识》作为一名从事高中化学教学12年的一线教师，同时也是本地中学生环境教育研学项目的组织者，我在近十年的教学实践中深刻体会到：生态文明教育绝不能停留在德育层面的口号宣传，必须结合化学、生物的学科核心知识，让学生从物质变化规律和生态运行逻辑的底层，理解生态文明建设的核心意义，才能真正做到了解理念、树立意识。本次课程将以总分总的结构，从概念厘清、核心维度拆解、实践路径梳理三个层面展开，带领大家从跨学科视角认识生态文明建设的价值。01课程核心背景与概念厘清ONE1本课程跨学科开设的底层逻辑1.1课标与核心素养的必然要求2017年版高中新课标修订后，化学学科核心素养明确将“科学态度与社会责任”列为五大素养之一，要求学生能够认识化学在促进社会可持续发展、保护环境中的重要作用；生物学核心素养也将“生命观念”“社会责任”作为核心要求，强调理解人与生物圈的依存关系。生态文明建设恰恰是两个学科核心素养的天然交汇点，脱离化学、生物的知识基础讲生态文明，只能是空洞的口号，这也是我设计本次跨学科课程的核心出发点。2019年我第一次带高一学生到本市汤水河污水处理厂研学，有学生提出“为什么处理污水既要加明矾混凝沉淀，又要投放微生物分解，不能只用一种方法”的问题，让我意识到学生对生态治理的认知是割裂的，既看不到化学与生物的协同作用，更不理解这就是生态文明建设的具体实践，从那之后我就开始系统开发这个专题课程。1本课程跨学科开设的底层逻辑1.2生态文明建设本身的跨学科属性生态文明建设的核心是调整人类活动产生的物质流动，让人类的生产生活适配自然生态系统的运行规律。化学研究物质的组成、结构、转化与应用，是我们认识污染成因、设计修复技术的基础；生物学研究生命活动规律与生态系统的物质循环，是我们理解生态稳态、利用生物过程解决环境问题的依据，二者缺一不可。只有结合两个学科的知识，才能完整理解生态文明建设从理念到实践的全链条。2核心概念的界定与澄清2.1生态文明建设的核心内涵很多同学提到生态文明，第一反应就是“多种树、少扔垃圾”，这个认知方向正确但不够完整。生态文明是相对于工业文明提出的发展模式，核心是改变过去“先污染后治理、牺牲环境换发展”的线性发展逻辑，构建“人与自然和谐共生”的循环发展模式，它不是要求人类退回原始生活状态，而是通过科学技术调整人类活动的方式，让人类活动融入自然的物质循环，而不是打破自然的生态稳态，最终实现生态保护与经济发展的双赢。2核心概念的界定与澄清2.2化学与生物视角下的生态文明核心落点从高中阶段的知识范围来看，我们不需要探讨过于宏观的制度层面内容，核心落点可以总结为三点：一是理解人类活动对自然物质循环的干扰，二是掌握化学生物技术修复生态失衡的路径，三是树立从源头减少污染、循环利用资源的意识，这也是本次课程要达成的核心目标。厘清了课程开设逻辑与核心概念，接下来我们将从化学与生物的交叉视角，具体拆解生态文明建设的三个核心维度，从底层逻辑到实践案例逐一展开分析。02化学与生物视角下生态文明建设的核心维度ONE1物质循环维度：人类活动对生态稳态的干扰与修复1.1自然生态系统的原生物质循环稳态自然生态系统经过亿万年的演化，形成了稳定的物质循环闭环：碳循环中，植物通过光合作用固定大气中的二氧化碳，生物呼吸、分解作用又将二氧化碳返还大气，整个过程碳的输入输出基本平衡；氮循环中，固氮微生物、雷电固氮将大气中的氮气转化为可被生物利用的氮素，反硝化细菌又将硝态氮还原为氮气返回大气，同样维持着整体平衡。2021年我带学生做过探究实验：对比学校后山原生杂木林和人工速生桉林的土壤有机碳含量，相同海拔、相同坡度的两块样地，原生林的土壤固碳量比人工林高42%，这就是自然稳态的固碳效率远高于人工单一林分的直观证明，学生拿到亲手测出来的数据时，都对自然的稳定性有了更深刻的认知。1物质循环维度：人类活动对生态稳态的干扰与修复1.2人类活动对物质循环的化学干扰工业革命以来，人类的生产活动打破了自然的物质循环平衡：最典型的就是碳循环，人类每年开采燃烧超过100亿吨化石燃料，将地质历史上固定了亿万年的碳在百年内释放到大气中，导致大气二氧化碳浓度从工业革命前的280ppm上升到现在的超过420ppm，引发温室效应；再就是氮循环，高中化学我们学过哈伯法合成氨，这项发明让全球粮食产量翻了一倍，养活了额外的几十亿人口，但目前人类每年通过工业固氮得到的氮素，已经超过了全球所有自然固氮途径的总和，大约30%的未被作物利用的氮素会随径流进入水体，引发化学上的氨氮超标、生物学上的水体富营养化，我前年带学生测汤水河支流的硝态氮含量，枯水期部分河段的浓度超过饮用水标准1.2倍，污染源就是上游农田的氮肥流失，这个结果给学生的冲击远超过课本上的文字描述。1物质循环维度：人类活动对生态稳态的干扰与修复1.3化学生物协同修复物质循环失衡的路径调整被打破的物质循环平衡，需要化学与生物技术的协同：比如固碳增汇，既可以用化学方法开展碳捕集、利用与封存，将工业排放的二氧化碳用胺溶液吸收后提纯，再注入地下油田驱油或者封存；也可以用生物方法，通过恢复原生植被、生产生物炭还田，提升生态系统的自然固碳能力，这两种路径各有优势，缺一不可，都是我们重新平衡碳循环的核心技术。2污染治理维度：从末端治理到源头防控的生态文明转型2.1传统末端治理模式的局限性改革开放后很长一段时间，我国的污染治理走的是“先污染后治理”的末端治理路线，很多技术只解决了污染物的转移，没有真正消除污染。我2020年跟随本地环境科学研究院的调研团队，去过本市南部一个关停十余年的老化工园区，原来园区处理重金属废水用的是化学沉淀法，加碱把重金属变成氢氧化物沉淀，然后把污泥堆在园区的渣场，十年过去，渣场的防渗层开裂，渗滤液里的重金属又渗入地下水，还是造成了污染，这种“把污染物从水里弄到土里，再从土里弄到渣场”的模式，本质上还是没有解决问题，也不符合生态文明的理念。2污染治理维度：从末端治理到源头防控的生态文明转型2.2化学生物协同修复的实践应用当前我国的生态修复已经普遍采用化学生物协同的模式，我带学生参与过本地城郊轻度重金属污染农田的修复小试验：第一步用化学钝化技术，施加羟基磷灰石等改性材料，把土壤里活性高、容易被作物吸收的镉、铅转化为稳定的残渣态；第二步种植超富集植物东南景天，这种植物能够特异性吸收土壤里的镉，种植一季后可以把土壤里的镉含量降到安全标准以下，收割后的植物经过灰化处理可以回收重金属，不会造成二次污染。我们的小试验田经过一年修复，生菜的镉含量从超标0.8倍降到了合格范围内，学生亲眼看到了技术的效果，也对协同治理有了直观的认识。2污染治理维度：从末端治理到源头防控的生态文明转型2.3绿色化学从源头防控污染的核心逻辑生态文明更强调从源头减少污染，这恰恰是高中化学中绿色化学的核心要求：绿色化学的核心是原子经济性，就是让原料分子中的原子尽可能多的转化到目标产物中，减少废物排放。比如我们高中课本提到的环氧丙烷生产，传统的氯醇法原子利用率只有31%，每生产1吨环氧丙烷就要产生2吨多氯化钙废渣，还有大量含氯废水；现在推广的过氧化氢直接氧化法，原子利用率接近99%，副产物只有水，完全没有废渣废水排放，从源头上消除了污染，这就是绿色化学支撑生态文明建设的典型案例。3资源利用维度：循环经济对生态文明的支撑作用3.1传统化石资源利用的不可持续性传统的工业发展模式是“资源开采-产品生产-废物排放”的线性模式，我们现在使用的绝大多数化工原料都来自化石资源，化石资源是不可再生的，开采和使用过程中又会打破碳循环平衡，因此这种模式是不可持续的。3资源利用维度：循环经济对生态文明的支撑作用3.2生物质资源的化学生物利用路径生物质资源是植物通过光合作用固定的太阳能，属于碳中和的可再生资源，开发生物质资源利用技术是当前的研究热点。去年我带学生去本地一家聚乳酸生产企业研学，这家企业用玉米淀粉做原料，经过生物发酵得到乳酸，再经过化学聚合得到聚乳酸，聚乳酸可以做成塑料袋、餐盒，用废弃之后可以在自然环境中完全降解为二氧化碳和水，不会造成白色污染，还能参与自然碳循环，完全符合生态文明的要求。学生摸了可降解餐盒，看了整个生产流程，都感叹原来可以用这样的方式替代传统塑料，解决白色污染问题。3资源利用维度：循环经济对生态文明的支撑作用3.3废弃物的循环利用实践除了开发可再生资源，对已使用的资源进行循环利用，也是生态文明建设的核心内容。比如现在的新能源汽车动力电池，我们都知道电池里的锂、钴、镍都是稀缺矿产，原来很多废电池被随意丢弃，既污染环境又浪费资源，现在通过化学浸出、提纯，可以把废电池里超过90%的锂、钴、镍重新提取出来，再做成新的动力电池正极材料，整个过程既减少了矿山开采对生态的破坏，又减少了废电池的污染，这就是循环经济的典型实践。理解了化学与生物在生态文明建设中的核心作用，接下来我们需要落脚到高中生群体，探讨如何将理论层面的理念，转化为我们自身自觉的生态文明意识，落实到日常的学习和生活中。03高中生生态文明意识的树立与实践路径ONE1立足课堂，从学科知识中挖掘生态文明内涵1.1日常学习中主动关联生态文明理念作为高中生，不需要好高骛远，首先要做到的就是在日常学习中主动挖掘知识点背后的生态文明内涵：比如学习氮循环的时候，主动思考氮肥过量使用的环境影响；学习电化学的时候，主动联系新能源发电对减少碳排放的作用；学习生物大分子的时候，主动思考可降解塑料对解决白色污染的价值，让生态文明的理念和学科知识结合起来，才能真正入脑入心。1立足课堂，从学科知识中挖掘生态文明内涵1.2参与跨学科探究活动深化认知大家可以主动参与学校组织的环境探究活动，比如测定学校周边水体的化学耗氧量、检测土壤的重金属含量、调查校园的垃圾分类效果，这些活动不需要复杂的设备，却能让你亲手获得第一手的数据，对生态文明的认知会比从课本上得来的更深刻。我带过的几批参与探究活动的学生，现在还有人会跟我分享他们在生活中发现的环境问题，这就是探究活动带来的意识转变。2走出校园，在实践中深化生态文明认知2.1通过研学活动获得直观感知大家可以利用节假日，参与本地的环境研学活动，去污水处理厂、垃圾焚烧发电厂、生态修复场地看一看，亲眼看看污染怎么产生、又怎么被治理，看看原来被破坏的生态怎么重新恢复生机。我印象最深的是2021年带学生去本市北部一个修复后的铅锌矿区，原来矿区废弃之后寸草不生，水土流失严重，经过十几年的化学改良和植被恢复，现在已经长出了茂密的森林，还出现了野猪、白鹭等野生动物，学生站在修复后的山坡上，都能直观感受到生态文明建设带来的改变，那种震撼是任何课本都给不了的。2走出校园，在实践中深化生态文明认知2.2在日常小事中践行生态文明理念生态文明不是只有大人物、大项目才能参与，我们每个人的日常行为都能贡献力量：比如减少一次性塑料的使用、做好垃圾分类、光盘行动、节约水电，这些小事看起来不起眼，但累积起来就是巨大的效应。我们学校去年做过统计，全校3200名学生，如果每个人每天少用一个一次性塑料袋，一年就能减少超过110万个塑料袋的使用，相当于减少了超过8吨塑料原料的消耗，这就是个人行为的力量。3面向未来，树立生态文明建设的责任意识3.1认识到青年一代的核心责任生态文明建设是一个长期的过程，需要几代人的努力，我们这一代青年，未来就是生态文明建设的主力军，现在树立正确的生态文明意识，未来不管你从事什么行业，都能把生态文明的理念带到你的工作中：学化学的可以研发更绿色的合成技术，学生物的可以研发更高效的生态修复物种，学工程的可以开发更先进的环保设备，哪怕你做普通的工作，也能带动身边的人践行生态文明的理念。3面向未来，树立生态文明建设的责任意识3.2建立“绿水青山就是金山银山”的核心认知最后我们要建立的就是正确的发展观，要明白生态保护和经济发展不是对立的，良好的生态本身就是最宝贵的财富，化学和生物技术的发展，就是让我们既能过上富足的生活，又能保护好我们赖以生存的自然环境。总结综上，本次课程从高中化学与生物的跨学科视角出发，我们首先厘清了生态文明建设的核心内涵，明确了跨学科开展生态文明教育的底层逻辑；接着从物质循环、污染治理、资源利用三个核心维度，分析了化学与生物技术在支撑生态文明建设中的核心作用，结合我亲身参与的调研、研学、试验案