王英

北京市豐臺(tái)區(qū)東高地青少年科技館地處航天發(fā)源地，多年來堅(jiān)持開展航天特色科技教育活動(dòng)，是全國航天科普教育基地?？萍拣^于2016年開展了“豐臺(tái)少年1號”科普衛(wèi)星研制與通信體驗(yàn)活動(dòng)，包括衛(wèi)星設(shè)計(jì)、衛(wèi)星研制、衛(wèi)星應(yīng)用3大板塊活動(dòng)，涉及衛(wèi)星相關(guān)知識(shí)與技術(shù)講座，“我心中的‘豐臺(tái)少年1號”科普衛(wèi)星創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽，走進(jìn)中國航天一院開展衛(wèi)星研制與測試實(shí)驗(yàn)，文昌火箭發(fā)射基地考察，走進(jìn)東方紅衛(wèi)星中心參觀衛(wèi)星通信地面設(shè)備，衛(wèi)星通信天線制作，衛(wèi)星通信效果探究，衛(wèi)星信標(biāo)信號接收與衛(wèi)星通信等具體活動(dòng)。本方案所涉及的活動(dòng)，主要是“衛(wèi)星應(yīng)用”主題活動(dòng)。

知識(shí)與技能目標(biāo)

學(xué)生能夠描述衛(wèi)星通信基本原理和過程。

學(xué)生能夠理解影響衛(wèi)星通信效果的4個(gè)因素。

學(xué)生能夠正確使用壓線鉗、電烙鐵等工具完成衛(wèi)星通信天線的制作。

學(xué)生能夠掌握追蹤衛(wèi)星的過程與方法。

學(xué)生能夠熟練應(yīng)用字母解釋法進(jìn)行實(shí)地衛(wèi)星通聯(lián)。

活動(dòng)實(shí)施

參加活動(dòng)的20名學(xué)生都是小學(xué)五六年級無線電通信科技興趣小組學(xué)員，他們對無線電通信和科學(xué)探究充滿熱情，參加小組活動(dòng)都在2年以上，具備比較扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

活動(dòng)一：衛(wèi)星通信資料收集與整理，架構(gòu)認(rèn)知（3課時(shí)）

教師指導(dǎo)學(xué)生搜集活動(dòng)相關(guān)資料，了解衛(wèi)星通信原理和過程，了解衛(wèi)星通信天線的形式和作用，學(xué)會(huì)手持天線追蹤衛(wèi)星的過程等。通過閱讀相關(guān)書籍、去圖書館查閱論文、利用網(wǎng)絡(luò)搜索引擎、請教專家等方式進(jìn)行信息搜集。教師帶領(lǐng)學(xué)生參觀東方紅衛(wèi)星中心，參觀衛(wèi)星通信地面設(shè)備，聆聽專家講座，讓學(xué)生對衛(wèi)星通信有更具體、更形象的認(rèn)識(shí)，建立比較系統(tǒng)的知識(shí)體系。學(xué)生按主題整理資料，寫成文字，并配以圖表、圖片、圖紙等，在交流會(huì)上與大家共享和研討。會(huì)后制作主題知識(shí)展板。

活動(dòng)二：天線及手持衛(wèi)星通信天線制作（3課時(shí)）

天線知識(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)天線是通信系統(tǒng)中的重要部件，教師通過展示各種天線激發(fā)學(xué)生對天線的興趣。介紹天線的作用、好天線的標(biāo)準(zhǔn)等知識(shí)。學(xué)生做筆記，手繪各種天線，加深理解，并對比自己整理的天線資料，重新架構(gòu)知識(shí)體系。通過此內(nèi)容，讓學(xué)生對天線有初步的認(rèn)識(shí)，明確天線在通信過程中的重要作用。

手持衛(wèi)星通信天線制作活動(dòng)教師以制作完成的天線為教具，講解制作過程，學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成J型UV雙段衛(wèi)星通信天線，并用天線分析儀調(diào)試、調(diào)整。直到做成一副工藝良好、性能優(yōu)良的天線。

活動(dòng)三：探究影響衛(wèi)星通信效果的主要因素（3課時(shí)）

教師向?qū)W生介紹科學(xué)探究方法——變量控制法，然后學(xué)生在教師的指導(dǎo)下探究影響衛(wèi)星通信效果的4個(gè)因素。

天線駐波比選用5個(gè)不同駐波比的天線，駐波比分別為：1.1、1.5、2、2.5、3，同時(shí)接收在軌衛(wèi)星的信標(biāo)信號。記錄3次通信的信號報(bào)告（RST）。

問題：駐波比對小衛(wèi)星通信效果影響——（明顯/不明顯）。要想收到59的信號，駐波比不得大于——（1.5/2/2.5/3/3.5）。

天線的角度偏差選用一架駐波比在1.5以下的天線進(jìn)行測試。接收衛(wèi)星信標(biāo)過程中，收到信號后，不轉(zhuǎn)天線，直到信號消失。測試信號消失的最大角度。測試6次，記錄測試數(shù)據(jù)。

問題：6次通信測試中，最大的天線角度偏差是——度。天線的角度偏差對衛(wèi)星通信效果影響——（大/小）。

手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)天線時(shí)人體與天線之間的距離——使用天線分析儀測量人體與天線之間保持不同距離時(shí)（0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、1m以上）駐波比的大小變化。

問題：當(dāng)人體距離天線0.5m范圍之內(nèi)的時(shí)候，駐波比最大變化值是——。天線的角度偏差對衛(wèi)星通信效果影響——（明顯/不明顯）。

多普勒頻移學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，回答記錄卡上的問題。教師引入多普勒頻移的概念，并引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)實(shí)生活中多普勒頻移的例子。

問題：火車由遠(yuǎn)及近又由近及遠(yuǎn)的過程中，火車鳴笛聲會(huì)有什么變化？如果電臺(tái)在固定頻率，能否收到衛(wèi)星信號？多普勒效應(yīng)對通信效果影響____（大/?。?。

此環(huán)節(jié)是學(xué)生進(jìn)行衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)的過程。教師引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生探究問題的真相，學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。此活動(dòng)讓學(xué)生初步了解科學(xué)探究的思維方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

活動(dòng)四：開展“豐臺(tái)少年1號”衛(wèi)星通信活動(dòng)（3課時(shí)）

在正式通信活動(dòng)開始之前，把學(xué)生分為2人1組，明確分工與合作。教師首先通過提問的方式檢查學(xué)生對字母解釋法的記憶情況，要求學(xué)生熟記26個(gè)字母的解釋法。然后教師介紹追蹤衛(wèi)星過程，解讀衛(wèi)星追蹤軟件的數(shù)據(jù)含義，并對學(xué)生追蹤衛(wèi)星過程進(jìn)行多遍強(qiáng)化練習(xí)。提醒學(xué)生注意影響衛(wèi)星通信效果的4大因素在通信活動(dòng)中的靈活運(yùn)用。最后，教師帶領(lǐng)學(xué)生一起回顧衛(wèi)星通信程序。

學(xué)生負(fù)責(zé)設(shè)置好電臺(tái)設(shè)備及衛(wèi)星跟蹤軟件，應(yīng)用自己制作的天線，完成衛(wèi)星信標(biāo)接收和1次衛(wèi)星通聯(lián)。通聯(lián)時(shí)的學(xué)生調(diào)頻是本活動(dòng)的難點(diǎn)，教師要緊密觀察學(xué)生通信情況，必要時(shí)給予及時(shí)幫助，讓學(xué)生感受調(diào)頻節(jié)奏。

衛(wèi)星通聯(lián)活動(dòng)是整個(gè)活動(dòng)的高潮，也是總結(jié)。孩子們在通聯(lián)過程中，把自己所學(xué)到的知識(shí)和技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐，當(dāng)孩子們的聲音出現(xiàn)在電波上的那一刻，他們是無比興奮的?！白贰毙堑目萍继剿髦脮焊嬉欢温洹?/p>

活動(dòng)創(chuàng)新點(diǎn)

內(nèi)容創(chuàng)新：在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生參與由我國中小學(xué)生研制的“豐臺(tái)少年1號”科普衛(wèi)星活動(dòng)，與書本教學(xué)內(nèi)容不同，本次活動(dòng)傳播的是正在發(fā)展中的科學(xué)前沿。

形式創(chuàng)新：通過讓學(xué)生親自參與衛(wèi)星研制和應(yīng)用活動(dòng)，打破以往說教、參觀等被動(dòng)的航天科技教育形式，讓青少年能夠像科學(xué)家一樣親自參與前沿科學(xué)的探索與嘗試，開辟了科技教育活動(dòng)與國家航天科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的新形式。

該項(xiàng)目獲得第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科技教育方案類一等獎(jiǎng)。

專家評語

該方案充分體現(xiàn)了“三自”原則，教育目標(biāo)基本明確，傳播的相關(guān)科學(xué)知識(shí)、方法、技能和思想來源可靠，符合科技教育活動(dòng)的基本規(guī)律。所設(shè)計(jì)的“豐臺(tái)少年1號”科普衛(wèi)星研制與通信體驗(yàn)活動(dòng)內(nèi)容及形式具有較好的創(chuàng)新性，方案同時(shí)體現(xiàn)出完整性和可行性，實(shí)施后亦會(huì)產(chǎn)生較好的示范效應(yīng)。希望繼續(xù)對該方案進(jìn)行完善，以充分發(fā)揮其提升青少年科學(xué)素質(zhì)的作用。