本次活动是无线电通信小组中级班的一次活动，也是青少年科普卫星课程的重要教学内容。课程设计依据《义务教育科学课程标准（2022年版）》，凸显校外教育特色，关注学生核心素养的培养。学生来自5—6年级（30人），有2年无线电小组学习经验，动手能力较强；有过多次工程与技术类项目学习经验，了解项目式学习流程，了解工程设计思路，能够通过自主学习解决简单的工程问题。
活动目标
科学观念与应用 通过自主学习，知道影响八木天线性能的主要因素；能制订八木天线制作的工程需求和评价标准。
科学思维与创新 能设计影响天线性能因素的实验；能阐述各影响因素的影响机制，以及各因素之间的关系；能绘制简单的工程模型。
科学探究与实践 综合分析实验数据，选择并优化八木天线的设计方案，通过画图等方式表达自己的设计；完成八木天线的制作，并进行合理改进。
科学态度与责任 乐于探索制作过程，善于小组合作，初步形成批判性思维和创新的品格。

制作八木天线

学生利用自制的天线接收卫星信号

准备阶段
教师准备
撰写活动方案，落实活动细节，做好应急预案，安排并落实好协助人员，落实设备和场地。设备主要包括笔记本电脑1台、软件无线电接收机10台、天线制作材料与工具（KT板、铜箔、PVC管、馈线、刻刀、电烙铁、钢尺、铅笔）10套、学生学习任务单、电子版课件等。
学生准备
课前搜集资料，了解各类天线的型式和工作特点。每组自带笔记本电脑1台（安装好天线设计软件、卫星追踪软件、SDR无线电接收机软件）。
实施阶段
引入：创设教学情境，明确工程问题
创设教学情境
小学生要参加北京市中小学生卫星通信竞赛，现有天线很笨重，手持天线非常辛苦。今天，每位学生都是一名无线电通信工程师，要为参赛学生设计一款简易轻便且能满足实际需求的八木天线。
明确工程问题
教师提出工程问题：“设计并制作一款适合小学低年级学生使用的手持UHF卫星通信八木天线”。然后，在驱动性问题引导下，师生分析问题，量化工程项目需求，并制订八木天线验收评价标准。
教学过程
首先，教师提出2个驱动问题：“低年级小学生使用的天线应具备什么样的特点？设计时应该考虑哪些影响天线性能的因素？”学生通过自主学习，查阅相关书籍或网络搜索文献资料，并对资料进行筛选、分类、归纳、总结、记录。师生交流讨论后，教师引导学生确定影响天线设计的因素（驻波比、增益和尺寸）。同时，教师通过分解问题，引导学生将项目需求用工程语言和方法进行表达，并量化工程项目需求，对每个影响因素按照分段评分方式设计评价标准。
探索：设计实验，自主探究
实验设计与探究
学生首先针对“驻波比的测量方法”和“UHF八木天线的驻波比（增益、尺寸）与哪些因素有关”两个主题开展自主学习，完成任务单上的学习内容，并应用变量控制法进行实验设计与优化。然后，以小组为单位按照设计方案进行自主探究活动，并完成学习任务单上的实验过程记录。
教学过程
教师提出驱动问题：“如何测量UHF八木天线的驻波比？八木天线的驻波比受哪些因素影响？”引导学生通过查阅书籍、网络资源等了解影响天线驻波比的主要因素为有源振子长度和振子间距。教师带领学生复习变量控制实验设计方法后，学生分组设计实验方案并进行交流分享，教师对方案进行评价并提出优化建议，学生进行修改优化。在方案实施阶段，学生需完成学习任务单上的实验探究过程，认真记录实验数据并进行分析，并用同样的思路完成增益和尺寸两个影响因子的探究实验。
解释：数据分析，构建模型
各小组分享交流实验方案、数据及结论。教师提出驱动问题：“各组的实验结论有什么不同？为什么会有这些不同？”学生进行组间交流和讨论，在教师的引导下整合天线设计的多维信息，发现各因素的影响机制，以及各因素之间的相互制约关系。在模型建立阶段，教师先向学生展示思维导图的案例，学生初步掌握思维导图的结构和知识呈现方法。然后结合天线设计实验结论，学生尝试建立天线设计模型，在教师的指导下确定最终的模型。
迁移：设计方案、实施方案
教师提出天线方案设计要求（绘制设计图，标注尺寸和图注，谐振频率为435.000 MHz）。学生计算各振子长度和间距，绘制八木天线设计图，并标注尺寸。教师审核各组设计方案，并提出修改建议，学生反复迭代优化。各组学生需对最终设计方案进行论证，说明计算过程、设计理念与依据，以及优势与不足等。教师全程观察学生制作过程，对学生思维方式、解决问题、工具使用、实践能力等及时进行评价和反馈。
评估：测试改进，展示评价
教师按设计需求对天线的性能、尺寸、制作工艺等进行测试，并提出驱动性问题：“你在天线测试中发现了哪些问题？问题背后的可能原因是什么？应该对方案的哪些因素作出调整？”学生根据教师意见对天线进行修改和完善，直到满足需求。同时，学生用坐标系表达不同频率驻波比的变化曲线，并完成学习任务单的相关内容。最后，教师按工程需求的评价标准验收各组天线作品。
在成果展示阶段，学生需介绍本组天线的制作过程、优缺点、天线的进一步应用及个人收获等。然后，应用制作的天线进行RS-44业余卫星信标接收、抄收活动，并就天线的工作性能、使用感受接受访谈。
预期效果及呈现方式
学生能够学习与八木天线制作相关的知识和技术
通过项目式学习，学生以工程师的身份完成项目设计与制作，活动整合了与天线制作相关的知识与技能，包括电磁波谱、无线电波的传播、天线工作原理、多普勒频移、卫星空间位置表达等，是一项融合数学、物理学、工程学等学科的跨学科学习活动。
各组天线作品均通过工程验收，具有较高的可靠性，适于推广使用
按照工程验收评价标准对各组作品进行评分，均在80分以上。低年级小学生在北京市中小学生卫星通信竞赛中使用了制作的天线进行卫星通信活动，各组天线均能满足卫星通信竞赛的使用需求，使用人数为297人，受到师生的一致好评。
锻炼和发展学生分析问题、解决问题的能力，培养实践能力和创新能力
本次活动中，学生在教师的引导下，以解决身边的实际问题为出发点，通过创造、设计、建构、发现、合作，应用所学知识应对挑战，解决问题，在科学思维与工程思维的相互反馈中，培养了学生的实践能力和创新能力。同时，还注重锻炼和发展学生独立思考、实验探究、发散思维、文献检索等能力。
成果呈现方式
学生学习任务单、学生制作的手持UHF卫星通信八木天线、活动照片和视频、活动宣传展板与活动手册等。
评价标准及方式
采用过程性评价和结果性评价相结合的多元检测方式。过程性评价将针对教学目标一对一进行检测。结果性评价主要包括两种方式：按工程需求评价标准（100分）进行评价；利用调查法评价，如在小学低年级学生使用活动所制作的天线进行RS-44业余卫星信标接收、抄收活动后，对他们进行访谈，通过实际使用体验，对天线的性能、使用感受进行评价，为优化改进提供参考。
该项目获得第38届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科技教育创新成果竞赛二等奖■

来源: 中国青少年科技教育工作者协会