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上海交通大学“能源科技与未来城市”青少年科创实践工作站（以下简称“工作站”）以未来城市为切入点，结合能源科技、人工智能、未来交通与无人机等前沿技术，为青少年量身定做创新实践培养方案，引导青少年大胆畅想城市在能源科技、未来交通、健康医疗、文化教育和智慧生活等方向的未来场景。
工作站结合专家讲座、技能培训、分组教学、组内竞赛等方式，激发青少年对研究性学习的积极性，提升设计思维与解决实际工程问题的能力。参与工作站的青少年将完成一个具备专业性、研究性和创新性的课题项目。
各课题详情：工作站设置十个课题，学生主要依据兴趣选择课题开展实践，工作站鼓励学生在课题范围内大胆畅想，并设置有限目标完成项目实践。
课题一 绿色农业——智慧温室设计与搭建
课题研究目标
课题围绕“智慧农业基础技术学习+智慧温室原型设计+智慧温室模型搭建”三个方面展开，帮助学生夯实知识储备、培养设计思维、提高实操能力，让学生对于新兴物联网技术在农业领域的应用实际有深入了解，因地制宜设计并搭建合理的智能温室。
课题研究具体内容
（1）智慧温室知识基础：介绍智慧温室中常用的技术如传感技术、数据传输与管理、自动控制技术等等，为之后的设计与搭建工作做准备。
（2）智慧温室原型设计：运用Fusion 360等建模软件设计温室的原型，确定温室的几何尺寸以及内部各部件的部署位置。
（3）智慧温室搭建实操：凭自己喜好选择一种植物，根据植物的特性及模拟的环境条件，选择满足原型设计的零部件并搭建温室模型。
（4）智慧温室展示评比：观察植物生长情况并记录智慧温室的传感器数据，分小组汇报展示所设计温室的特点功能与实际效果。
课题二 除湿妙招——新型干燥系统设计与制作
课题研究目标
课程围绕“除湿原理探索+冷凝取水装置设计+电解水功能实现+功能实现分析”这条线索展开，将空气中的水汽冷凝后再利用直流电电解水，生成氧气提高氧含量，抑制细菌生长。
学生可以在已有的物理化学知识基础上，进一步了解除湿的工程热力学原理、设计美观精妙的新型干燥除湿装置，并进行实验探究。
课题研究具体内容
（1）除湿原理探索：带领学生了解吸附除湿的工程热力学原理，从理论层面分析哪些因素会影响吸附除湿效果，并运用理论分析现有的方法。
（2）电解水装置设计：带领学生了解电解水装置的原理，分析这些装置的设计是如何实现功能目标的，并模仿进行设计。
（3）功能实现评估分析：从工程热力学各项指标参数以及机械装置设计美观性、有效性等角度对设计的取水装置进行评估。并放置在自己家中衣柜里进行测试验证。
（4）实物制作及展示：将设计的除湿干燥装置做成实物，以小组形式进行展示汇报，选出有效性、美观程度较好的装置。
课题三 光伏发电——太阳能发电应用场景设计
课题研究目标
课程围绕“太阳能电池板原理探究+太阳能板外围电路设计+太阳能板应用场景设计”的线索展开，帮助学生了解太阳能电池板的各项参数特性，直观认知性能要求与结构设计之间的相互影响，培养对于机械能源学科的兴趣，掌握化繁为简、化大为小的思考方法。
课题研究具体内容
（1）太阳能板原理探究：带领学生了解太阳能板吸收能量的基本原理，了解太阳能板的重要参数，了解影响发电效率的各种因素并开展实验探究。
（2）太阳能板外围电路设计：了解太阳能板追踪器装置的性能要求，借助立创EDA为太阳能电池板绘制包含外围电路的PCB印刷电路板，并计算验证太阳能板的发电效率。
（3）太阳能产品设计：根据调研，小组合作开发一款基于太阳能板的产品，并借助Fusion 360软件绘制各零件的几何模型，构思零件材料以及加工方式。
（4）实物制作、验证及展示：将设计的太阳能装置做成实物，并展示汇报，思考如何应用于实际生活中。
课题四 智能驾驶——移动机器人设计与开发
课题研究目标
课题将带领学生们在学习掌握了Arduino单片机的基础上，学习智能驾驶前沿知识、掌握移动机器人的制作方法，根据无人物流、农业采摘、智慧工厂、安防巡检、消毒防疫、地理测绘等需求，创新设计出智能驾驶机器人。
课题研究具体内容
（1）机器人基础概念：了解轮式移动机器人、履带式移动机器人基础概念与设计方法。
（2）机器人机电设计：了解机器人运动控制所需要的电路模块，如何使用Fusion 360设计机器人结构。
（3）机器人功能开发：学习如何根据机器人使用场景和功能需求，设计机器人的功能模块。
（4）实物制作、验证及展示：观察生活中哪些任务可以由机器人取代，设计一款机器人，并汇报交流。
课题五 电子世界——印刷电路板设计
课题研究目标
PCB(printed circuit board)即印刷线路板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，都会使用印刷电路板。本课题将带领学生制作WS2812可编程七彩灯板，进而设计Awtrix像素时钟，了解一块电路板诞生的整个过程，理解和掌握电子电路设计的方法。
课题研究具体内容
（1）基础教学：电路板设计与制造的流程、如何阅读芯片手册、如何绘制电路原理图、如何根据约束条件，绘制PCB图。
（2）进阶探索：学习常用的二极管、三极管放大电路，从硬件层面理解单片机原理，并学习如何加工PCB，如何贴装、焊接元件。
（3）案例教学：带领学生制作WS2812可编程七彩灯板，设计制作一款像素时钟，并进一步巩固电路设计和编程技能。
（4）创意构想：引导学生发挥创意，并设计出电路板，实现预期功能
课题六 健康医疗——集成热敏打印机的多功能家用体检装置
课题研究目标
课程结合理论教学与动手实践，在制作集成热敏打印机的多功能体检装置的过程中，帮助学生掌握设计思维理念与机电产品设计方法。
课题研究具体内容
（1）传感器信号处理与记录：为青少年介绍上海交通大学医工交叉学科前沿研究成果与科创作品；指导学生使用心率检测仪、血压指数测量仪、血氧检测仪等传感器获取数据并记录。
（2）热敏打印机连接与使用：学习如何使用Arduino单片机串口控制热敏打印机，并定义输出内容。
（3）体检装置人机交互：将传感器与热敏打印机功能集成， 引导学生发现、解决在心率、血压、血氧检测过程中影响检测精度的问题。项目开发完成后，基于传感器数据和体检者情况提供相应的建议。
（4）体检装置产品集成：用激光切割层板为体检装置制作产品外壳，并进一步用Fusion 360软件为其设计外观模型并渲染展示。
课题七 万物互联——物联网与智慧家庭
课题研究目标
随着近年来信息产业的高速发展，智能电器、智能家居等物联网设备深入日常生活，万物互联的智能世界正在向我们走来。课程将带领学生学习物联网相关知识，并设计制作一款与物联网相关的智慧家庭装置，感受万物互联的魅力。
课题研究具体内容
（1）物联网基础：掌握基于ESP32的物联网编程技术，掌握TCP/UDP通信协议，MQTT物联网通信协议，并借助物联网实现对LED灯、电机等执行器以及温湿度传感器数据的采集练习。
（2）智慧家庭痛点调研：调研市面上现有的智慧家庭产品，并深度挖掘生活中的痛点，畅想哪些物品还可以联网，达到更好的使用体验。
（3）功能实现：从智能照明、运动健康、智能家电等方向出发，确定自己希望开展研究的项目，制作实电路原型并实现预期功能。
（4）智能家居装置产品集成：用Fusion 360设计装置外壳结构，完善物联网程序设计，实现功能集成。
课题八 人工智能——机器视觉原理与创新应用
课题研究目标
人工智能是当前全球科技界最热门的领域之一，包含语言识别、图像识别、自然语言处理等多个领域。图像识别究竟是如何实现的？课题将带领同学们学习图像识别模块的使用方法，并在实际生活中寻找应用，开展创新小课题。
课题研究具体内容
（1）机器视觉基础：了解摄像头成像、降噪等基本知识，了解机器视觉原理，调研机器视觉在现有生活中的应用。
（2）HuskyLens模块开发：掌握人脸识别、颜色识别、标签识别、物体识别、巡线、物体追踪等功能，学习如何为机器学习提供数据集并训练。
（3）项目开题：以垃圾分拣、防疫检测或其他学生自拟方向为题，要求学生应用机器视觉解决实际生活中的问题，并开展项目实物制作；在此过程中，探索如何能够快速完成数据集的训练。
（4）产品集成：将机器视觉技术与所学的Arduino技术结合，并用Fusion 360设计装置外壳结构，实现整体项目的集成。
课题九 智能救援——自动驾驶技术与应用挑战
课题研究目标
通过学习视觉识别算法、无线通讯和路径选择等关键技术，将机器视觉技术应用在机器人小车上，最终开展智能救援挑战赛，增进学生对自动驾驶了解。
课题研究具体内容
（1）机器视觉基础：了解摄像头成像、降噪等基本知识，了解机器视觉原理，调研机器视觉在现有生活中的应用；
（2）HuskyLens模块开发：掌握人脸识别、颜色识别、标签识别、物体识别、巡线、物体追踪等功能；
（3）功能实现：制作机器人小车，增加HuskyLens模块，编写自动驾驶程序；
（4）比赛挑战：学生开展比赛挑战。
课题十 智能交互——基于声、光、电、磁的互动产品设计
课题研究目标
声与光、电与磁是物理学中兼具趣味性和研究性的方向，其应用也覆盖了现代生活的方方面面。本单元将以工程的视角深入探究无线充电技术、磁悬浮技术、磁耦合驱动技术、语音解码、颜色传感等项目，提升学生探秘物理、向往工程的热情。
课题研究具体内容
（1）编程基础：向同学们介绍拾音器、颜色识别、红外传感以及霍尔传感器等传感模块的原理与使用方法，介绍SU-3离线语音模块、音频解码模块的使用方法，并了解在工程项目制作中常用的工具、设备和耗材。
（2）案例学习：设计制作“水龙卷”创意作品，并利用Arduino多层循环嵌套的编程方法，实现WS2812灯环循环变色、彩虹渐变等效果，丰富水龙卷的展示效果。学生可在此基础上增添颜色识别、语音控制等功能。
（3）项目探究：提供三个研究方向a.无线充电项目探究：制作无线充电灯环，并探究无线充电效果与电压、频率、电流、磁通之间的关系；b.娃娃机抓手设计：根据电磁铁原理，设计制作一款抓娃娃机的爪子模型，并探究抓娃娃机成功率与线圈输入电流大小的关系；c.七彩钢琴键盘项目设计：借助颜色传感器，设计制作一款小型颜色识别指环，可以根据钢琴键颜色发出特定频率的声音，达到演奏效果，并探究可采用何种办法分辨出更多种颜色，保证检测效果。
（4）项目展示与交流。
指导单位：上海市教育委员会
上海市科学技术委员会
主办单位：上海交通大学机械与动力工程学院
协办单位：上海交通大学-集思未来交叉学科创新设计联合研究中心
上海交通大学-集思未来交叉学科创新设计联合研究中心于2021年成立，依托上海交通大学高水平学术资源，结合集思未来的国际化创新和研究导向型人才培养的海内外资源和培养经验，通过“学、教、研”融合的模式，开展交叉学科创新设计研究，共建交叉学科联合研究平台、去中心化共享交流平台、访学与实践平台、中学生科普教育基地，培养高水平交叉学科创新人才。
其中，中学生科普教育基地将通过项目实施厚植科学创新人才培养基础、完善科学创新实践育人模式、提高学生科创兴趣和综合能力，为学生适应高中生综合素质评价的深入推进夯实基础。