中小學科技創(chuàng)新活動設(shè)計案例在“雙減”政策深化與核心素養(yǎng)導向的教育改革背景下，中小學科技創(chuàng)新活動作為培養(yǎng)學生科學思維、實踐能力與創(chuàng)新精神的重要載體，其設(shè)計質(zhì)量直接影響育人成效。本文結(jié)合三類典型活動案例，從真實問題解決、跨學科融合、工程實踐等維度，剖析活動設(shè)計的邏輯框架與實施策略，為一線教育者提供可借鑒的實踐范式。一、校園雨水花園生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計與搭建（小學高段/初中）（一）設(shè)計背景與核心目標針對校園雨季積水、綠化單一的現(xiàn)實問題，引導學生以“生態(tài)海綿”為理念，融合環(huán)境科學、工程技術(shù)與生物知識，構(gòu)建兼具雨洪管理、生態(tài)教育功能的微型雨水花園，培養(yǎng)系統(tǒng)思維與生態(tài)責任意識。（二）實施流程與關(guān)鍵環(huán)節(jié)1.問題調(diào)研與數(shù)據(jù)采集分組考察校園積水區(qū)域，用卷尺、雨量器記錄積水面積、深度及降雨頻率；調(diào)研本地耐澇植物（如鳶尾、菖蒲、千屈菜）的生長習性，制作“植物檔案卡”。2.方案設(shè)計與論證優(yōu)化小組繪制設(shè)計草圖，標注滲濾層（碎石+陶粒）、種植層（腐殖土+緩釋肥）、溢流口位置；開展“方案答辯會”，邀請園藝師、科學教師點評，優(yōu)化排水坡度、植物搭配（如高低錯落的喬灌草組合）。3.工程搭建與協(xié)作實踐材料準備：回收建筑廢料（碎石、磚塊）、校園枯枝落葉堆肥；分工實施：“挖掘組”清理積水點，“構(gòu)造組”鋪設(shè)滲濾層，“種植組”移栽幼苗，“記錄組”拍攝過程視頻。4.監(jiān)測評估與迭代改進安裝簡易雨量筒、土壤濕度傳感器，每周記錄雨水收集量、植物存活率；對比雨季前后積水情況，撰寫《雨水花園生態(tài)報告》，提出“增設(shè)昆蟲旅館”等優(yōu)化建議。（三）創(chuàng)新點與教育價值跨學科整合：融合地理學（水循環(huán)）、生物學（植物適應(yīng)性）、工程學（結(jié)構(gòu)設(shè)計），落實STEAM教育理念；真實問題解決：將校園痛點轉(zhuǎn)化為探究課題，培養(yǎng)學生“發(fā)現(xiàn)—分析—解決”問題的閉環(huán)思維；生態(tài)實踐：通過“堆肥制作”“雨水利用”等環(huán)節(jié)，深化低碳環(huán)保意識，形成可推廣的校園生態(tài)改造范式。二、基于Arduino的智能教室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)（初中/高中）（一）項目緣起與能力定位針對教室“悶熱、光照不均”影響學習效率的問題，引導學生運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)集“數(shù)據(jù)采集—智能調(diào)控—可視化反饋”于一體的監(jiān)測系統(tǒng)，提升計算思維、工程實踐與協(xié)作創(chuàng)新能力。（二）實施階段與技術(shù)突破1.知識儲備與需求分析開展“Arduino入門工作坊”，學習傳感器（DHT11溫濕度、光敏電阻）、舵機（控制窗簾）的工作原理；發(fā)放《教室環(huán)境調(diào)查問卷》，明確“溫濕度＞28℃、光照強度＜300lux”為核心問題。2.原型設(shè)計與硬件搭建小組繪制系統(tǒng)架構(gòu)圖：傳感器模塊（采集數(shù)據(jù)）→Arduino主板（處理指令）→執(zhí)行模塊（控制風扇、窗簾）；焊接電路板，調(diào)試傳感器靈敏度（如用吹風機測試溫濕度模塊，用遮光板測試光敏電阻）。3.代碼開發(fā)與算法優(yōu)化編寫基礎(chǔ)代碼：讀取傳感器數(shù)據(jù)，通過串口輸出至電腦；進階優(yōu)化：加入“閾值判斷”（如溫度＞28℃時觸發(fā)風扇轉(zhuǎn)動），用Mixly圖形化編程降低學習門檻；數(shù)據(jù)可視化：借助Excel繪制“教室環(huán)境變化曲線”，分析“課間活動”對溫濕度的影響。4.成果展示與場景拓展在校園科技節(jié)展示系統(tǒng)，模擬“陰天自動開燈”“高溫啟動風扇”等場景；延伸探究：設(shè)計“校園氣象站”，對接城市氣象數(shù)據(jù)，對比分析微氣候差異。（三）創(chuàng)新點與教育價值開源硬件實踐：以Arduino為載體，打破“編程+硬件”的學習壁壘，培養(yǎng)數(shù)字化創(chuàng)新能力；真實場景賦能：將教室變?yōu)椤皩嶒炇摇?，讓技術(shù)服務(wù)于學習生活，深化“科技為人”的認知；工程思維養(yǎng)成：通過“需求分析—原型設(shè)計—迭代測試”的流程，理解工程開發(fā)的全周期邏輯。三、廢舊材料的仿生機器人制作（小學中高段）（一）創(chuàng)意源起與設(shè)計理念立足“低碳科創(chuàng)”理念，引導學生觀察生物運動特征（如螳螂的“彈跳足”、蜥蜴的“爬行肢”），利用易拉罐、舊玩具電機、廢棄文具等材料，制作兼具“仿生結(jié)構(gòu)+機械運動”的創(chuàng)意機器人，激發(fā)創(chuàng)新思維與動手能力。（二）實踐過程與創(chuàng)意生成1.生物觀察與結(jié)構(gòu)解構(gòu)觀看《動物世界》片段，分組解剖“玩具昆蟲模型”，繪制“運動關(guān)節(jié)示意圖”（如曲柄連桿結(jié)構(gòu)模擬腿部擺動）；開展“材料頭腦風暴”，列舉廢舊物品的潛在用途（如飲料瓶做軀干、舊牙刷做肢體）。2.原型制作與迭代優(yōu)化小組繪制設(shè)計草圖，標注動力源（舊玩具電機）、傳動方式（齒輪/皮帶傳動）、支撐結(jié)構(gòu)（吸管/竹簽）；動手制作：用熱熔膠固定電機，調(diào)試電池正負極（解決“機器人反向行走”問題），優(yōu)化重心（添加配重塊防止傾倒）。3.功能拓展與創(chuàng)意展示設(shè)計“任務(wù)挑戰(zhàn)”：讓機器人完成“穿越障礙”“搬運輕物”等任務(wù)，根據(jù)表現(xiàn)調(diào)整結(jié)構(gòu)（如加長腿部適應(yīng)崎嶇路面）；舉辦“仿生機器人秀”，用情景劇形式展示作品（如“環(huán)保衛(wèi)士機器人清理校園垃圾”），評選“最佳創(chuàng)意獎”“最具潛力獎”。（三）創(chuàng)新點與教育價值仿生設(shè)計思維：從生物原型中提取創(chuàng)新靈感，培養(yǎng)“觀察—模仿—超越”的設(shè)計邏輯；廢物資源化：將“垃圾”轉(zhuǎn)化為“創(chuàng)作素材”，深化循環(huán)經(jīng)濟認知，踐行綠色科創(chuàng)理念；創(chuàng)意物化能力：通過“設(shè)計—制作—調(diào)試”的實踐，提升手腦協(xié)調(diào)能力與挫折耐受力，讓創(chuàng)新從“想法”變?yōu)椤艾F(xiàn)實”。四、科技創(chuàng)新活動設(shè)計的共性原則與實施建議（一）設(shè)計原則1.問題真實性：立足校園、社區(qū)真實痛點（如積水、環(huán)境監(jiān)測、資源浪費），避免“偽問題”驅(qū)動；2.學段適配性：小學側(cè)重“玩中學”（仿生機器人），初中側(cè)重“做中學”（雨水花園），高中側(cè)重“研中學”（智能系統(tǒng)）；3.學科融合性：打破學科壁壘，如“雨水花園”融合地理、生物、工程，“智能系統(tǒng)”融合物理、編程、數(shù)學；4.成果開放性：允許作品“不完美”，鼓勵學生基于實踐反饋持續(xù)優(yōu)化，如機器人從“能走”到“能完成任務(wù)”。（二）實施建議1.資源整合：聯(lián)合科學、信息技術(shù)、美術(shù)等學科教師，引入高校實驗室、企業(yè)工程師等校外資源；2.評價多元：采用“過程性評價+成果性評價”，關(guān)注“設(shè)計日志”“問題解決思路”等隱性能力；3.安全保障：提前排查工具（如熱熔膠槍、電烙鐵）使用風險，低年級以“無工具制作”為主（如折紙仿生結(jié)構(gòu)）。結(jié)語中小學科技創(chuàng)新活動的核心價值，在于讓學生在“真實問題—