小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)教育科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)綜合大主題測(cè)測(cè)我們身邊的PM5實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、測(cè)測(cè)身邊的綜合實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)單 位：成都天府新區(qū)籍田小學(xué)指導(dǎo)教師： 胡 自 橋 聯(lián)系電話：選題背景2023年冬天的早上，成都地區(qū)霧霾嚴(yán)重，雙流機(jī)場(chǎng)航班嚴(yán)重受影響；學(xué)校停止一切室外活動(dòng)；小朋友感冒咳嗽突然多了起來。孩子們發(fā)現(xiàn)霧霾已經(jīng)嚴(yán)重影響到霧霾的生活。治理霧霾必須行動(dòng)起來，但首先我們得知道霧霾具體的數(shù)據(jù)。而且，每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的霧霾，沒有監(jiān)測(cè)通知系統(tǒng)。于是同學(xué)們想到了，何不自己設(shè)計(jì)制作一套霧霾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，來監(jiān)測(cè)我們身邊的霧霾呢？霧霾的主要含量是，測(cè)測(cè)身邊的實(shí)踐活動(dòng)就這樣開始了。活動(dòng)目標(biāo)價(jià)值體認(rèn)：知道什么是霧霾，了解霧霾產(chǎn)生的原因，了解霧霾對(duì)人類的危害，感受到人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影

2、響。體會(huì)科技對(duì)技術(shù)的需求，技術(shù)對(duì)科技的影響。責(zé)任擔(dān)當(dāng)：在實(shí)踐過程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)美的感受，樹立正確的價(jià)值觀和責(zé)任意識(shí)。問題解決：計(jì)機(jī)器人各部分的安裝位置，并測(cè)量相應(yīng)器件尺寸。在具體實(shí)踐中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，體會(huì)不斷完善的工程師精神，在實(shí)踐活動(dòng)中不斷提高自己的科學(xué)素養(yǎng)。對(duì)比同一地點(diǎn)不同時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)；同一時(shí)間不同地點(diǎn)的不同測(cè)試數(shù)據(jù)。分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因。體會(huì)數(shù)學(xué)與生活的聯(lián)系，學(xué)會(huì)思考，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。創(chuàng)意物化：了解傳感器的工作原理，掌握傳感器的正確使用方法，經(jīng)歷設(shè)計(jì)制作監(jiān)測(cè)機(jī)器人的過程。能將自己的創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)物品。初步掌握設(shè)計(jì)與制作的簡(jiǎn)單技能，能運(yùn)用解決實(shí)際生活中的問題?；顒?dòng)準(zhǔn)備（一）團(tuán)隊(duì)建設(shè)小組分工

3、，確認(rèn)組長(zhǎng)、工程師、測(cè)量員、匯報(bào)員各自角色和任務(wù)。（二）知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)生基本有編程經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)會(huì)mBot機(jī)器人小車的使用，了解一些簡(jiǎn)單的傳感器?；顒?dòng)實(shí)施 我們?cè)趯W(xué)校創(chuàng)客社團(tuán)結(jié)合機(jī)器人學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，開展了測(cè)測(cè)身邊的的實(shí)踐活動(dòng)。我們一共分為四個(gè)階段實(shí)施本次活動(dòng)。第一階段：發(fā)現(xiàn)問題，提出問題 （1）什么是霧霾？霧霾，是霧和霾的組合詞，由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物組成，霧霾常見于城市。高密度人口的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)活動(dòng)必然會(huì)排放大量細(xì)顆粒物（PM ），一旦排放超過大氣循環(huán)能力和承載度，細(xì)顆粒物濃度將持續(xù)積聚，此時(shí)如果受靜穩(wěn)天氣等影響，就會(huì)出現(xiàn)大范圍的霧霾。 圖 1 霧霾中的城市 圖 2 霧霾中的成都環(huán)球中心（2）

4、霧霾怎么形成的？建筑垃圾和粉塵飄入空中，生成顆粒性揚(yáng)塵微粒；煤炭燃燒產(chǎn)生的硫化氣體等污染物；汽車尾氣排放的污染物顆粒；還有地面的回程等等，懸浮在空氣中。當(dāng)空氣中的微小顆粒物不斷聚集，遇上空氣不流動(dòng)，就逐漸形成了霧霾。霧霾中最主要的是顆粒。（3）霧霾有哪些危害？霧霾中含有大量的有害顆粒物，霧霾天氣時(shí)，人體會(huì)吸入有害物質(zhì)，不僅對(duì)肺部造成了很大的影響，還容易致癌。霧霾中的顆粒物進(jìn)入呼吸道，容易引發(fā)支氣管炎氣、急性鼻炎、哮喘等呼吸道疾病。霧霾的主要元兇是，怎樣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)呢？（4）空氣質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)于2023年1月1日實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，新增了對(duì)的監(jiān)測(cè)要求并規(guī)定了濃度限值。圖 4 數(shù)值對(duì)應(yīng)

5、的空氣等級(jí)第二階段：設(shè)計(jì)方案，解決問題怎樣才能監(jiān)測(cè)呢？結(jié)合我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的mBot機(jī)器人的傳感器，我們很快想到了利用其傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。然后就是如何設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的問題了。監(jiān)測(cè)機(jī)器人工程分析圖 5 機(jī)器人工程分析感知系統(tǒng)傳感器測(cè)量顆粒有多少控制系統(tǒng)機(jī)器人主控板控制機(jī)器人啟動(dòng)和完成任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)碼管/LED燈/蜂鳴器顯示顆粒物有多少，超標(biāo)時(shí)LED燈閃爍，蜂鳴器響起，提醒人們注意減少外出。組裝監(jiān)測(cè)機(jī)器人先將傳感器和數(shù)碼管用螺絲固定在mBot小車上，注意美觀實(shí)用。再將RJ25線一端插在傳感器接口上，另一端插在mBot小車接口1上。將另一根RJ25線一端插在數(shù)碼管接口上，另一端插在mBot小車接口2上。

6、完成組裝。 圖 6 組裝好的監(jiān)測(cè)機(jī)器人正面、上面、側(cè)面 圖 7 同學(xué)們正在組裝監(jiān)測(cè)機(jī)器人（3）編寫程序在mblock主程序的腳本區(qū)，拖動(dòng)下面積木塊，然后上傳完成。圖 8 編寫監(jiān)測(cè)機(jī)器人程序第三階段：測(cè)試分析，迭代升級(jí)組裝好監(jiān)測(cè)機(jī)器人后，我們首先對(duì)不同環(huán)境中的數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè)并填寫記錄單，通過此環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)環(huán)境的基本感知能力。然后開始分組進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。 圖 9 同學(xué)們利用監(jiān)測(cè)機(jī)器人在不同的環(huán)境中測(cè)試數(shù)據(jù)通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，同學(xué)們認(rèn)識(shí)到在同一地點(diǎn)，不同時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)是不同的；同一時(shí)間，不同地點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)也是不同的。造成數(shù)據(jù)不同的原因有很多種，主要是空氣的流動(dòng)發(fā)生了變化，導(dǎo)致顆粒物的含量發(fā)生了變化。同時(shí)

7、我們進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考，對(duì)空氣質(zhì)量不佳的環(huán)境，你還有什么建議？ 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要意義，并簡(jiǎn)單列舉出改善空氣質(zhì)量的措施，提高公民意識(shí)和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。可是，在實(shí)際測(cè)試過程中，又有學(xué)生提出問題：這樣的監(jiān)測(cè)機(jī)器人能在室外風(fēng)吹日曬嗎？我們又有什么辦法呢？帶著這樣的問題，我們開始不斷改進(jìn)。 圖10 第二代監(jiān)測(cè)機(jī)器人被放置在百葉箱中，避免了風(fēng)吹日曬WIFI傳輸裝置 WIFI傳輸裝置圖 1 SEQ 圖 * ARABIC 1 第三代監(jiān)測(cè)機(jī)器人有了WIFI裝置，可以無線傳輸數(shù)據(jù) 圖 12 第四代監(jiān)測(cè)機(jī)器人利用3D打印技術(shù)，體積小，方便攜帶。最后，經(jīng)過反復(fù)修改，我們的監(jiān)測(cè)機(jī)器人終于有了一個(gè)穩(wěn)定版本。當(dāng)然，我

8、們還需要不斷的改進(jìn)。第四階段：交流分享，展示發(fā)布請(qǐng)為你做的產(chǎn)品寫一份使用說明書，向你的好朋友介紹你的產(chǎn)品?；顒?dòng)總結(jié)通過實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生的動(dòng)手能力得到提高，有了明顯的工程意識(shí)。在不斷的問題解決過程中，學(xué)生獲得了學(xué)習(xí)的快樂，學(xué)習(xí)主動(dòng)性明顯增強(qiáng)。監(jiān)測(cè)機(jī)器人參加校外展示6次；通過此項(xiàng)目參加成都市青少年科技創(chuàng)新大賽獲獎(jiǎng)6人次；我們把此項(xiàng)目梳理成STEM案例，入選中國(guó)教科院STEM資源庫(kù)；同時(shí)參加成都市中小學(xué)課程超市菜單STEAM教育案例開發(fā)。圖 13 測(cè)測(cè)身邊的學(xué)生評(píng)價(jià)量表圖 14 我校的監(jiān)測(cè)機(jī)器人參加校外展示活動(dòng)，四川科教頻道現(xiàn)場(chǎng)采訪報(bào)道圖 15 我校的監(jiān)測(cè)機(jī)器人參加對(duì)外交流展示，英國(guó)肯特郡校長(zhǎng)了解情況 圖 16 我校的監(jiān)測(cè)機(jī)器人參加成都市青科賽獲創(chuàng)造發(fā)明類一等獎(jiǎng)活動(dòng)反思測(cè)測(cè)身邊的，這項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)由我校兩位老師具體負(fù)責(zé)該項(xiàng)活動(dòng)的方案設(shè)計(jì)和實(shí)施，一位帶班教師和一位技術(shù)老師，目的是讓技術(shù)與教學(xué)更自然融合。在整個(gè)活動(dòng)的實(shí)施過程中，我們利用傳感器的知識(shí)解決生活中的實(shí)際問題，開發(fā)并升級(jí)PM監(jiān)測(cè)機(jī)器人。當(dāng)我們回頭看的時(shí)候，感覺自己的教學(xué)實(shí)施思路更清晰。我們秉承STEAM