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案例08 太空实验

简介​

本课程旨在向学生介绍太空实验的组成部分以及在月执行任务相关的知识。学生将使用 micro:bit 太空科创套装学习如何编写程序来控制太空实验的运行。

教学目标​

  • 了解太空实验的结构和运行方式。
  • 了解太空实验的执行任务知识。
  • 学习太空实验的搭建方式和编程控制。

教学准备​

在开始教学之前，请确保您已经准备好以下必要的材料：

micro:bit V2
哪吒多功能扩展盒V2
行星系列智能积木马达
行星系列温湿度传感器
行星系列WiFi模组
行星系列土壤湿度传感器
行星系列紫外线传感器
积木包
USB 数据线
个人电脑（PC）

这些材料将为您提供一个完整的体验，确保您可以顺利地进行后续的操作和学习。如果您已准备好以上内容，我们可以继续进入下一步。

教学过程​

课程引入​

你们是否思考过太空实验的组成以及运作方式呢？在本节课中，我们将一起探索如何通过积木结构件搭建太空实验以及通过图形化程序控制太空实验的运行。

准备好使用 micro:bit 太空科创套装探索太空旅行的世界了吗？现在，让我们踏上这个有趣的学习旅程吧！

探究活动​

  • 如何搭建太空实验？
  • 如果编写一个简单的程序，使太空实验运行？
  • 太空实验如何与太空实验

案例搭建​

根据现有太空实验形式和组成，请开放讨论并合理设计积木太空实验。

示例​

代码编程​

添加软件库​

进入“makecode.microbit.org”，点击新建项目。

在弹出窗口输入项目名称并点击创建。

点击代码抽屉中的扩展。

在弹出界面输入nezha2并点击搜索图标，在显示nezha2软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

元器件连接​

请参考下面连线图，将元器件连接到对应的接口：

示例程序​

参考程序链接：https://makecode.microbit.org/_VypUE3PCVWcu

关于KidsIoT平台的使用请参考这篇文章：https://wiki.elecfreaks.com/en/microbit/wisdom-life/microbit-smart-science-iot-kit/how-to-use-kidsiot/

请根据课堂实际情况适当调整行星系列智能积木马达速度。

下载程序​

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后，电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的，选择Connect Device。

点击。

点击。

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP，然后选择连接，至此，我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序。

团队合作与展示​

学生分成小组，共同完成太空实验的制作和程序编写。

鼓励学生之间相互合作、交流和分享经验。

每个小组有机会向其他小组展示他们制作的太空实验，并演示。

预期效果：

总结与反思​

回顾课程内容，提醒学生掌握了哪些知识和技能。

引导学生讨论他们在制作过程中遇到的问题和困难，以及如何解决这些问题。

引导学生思考太空实验的优化和改进方向，比如还能制作哪些有趣的案例。

扩展知识​

空间站作为人类在地球轨道上的前哨，提供了独一无二的微重力环境，这使得它成为进行各种科学实验的理想场所。这些实验涉及多个学科，包括生物学、物理学、化学、医学、材料科学等。以下是一些在空间站上进行的典型太空实验类型：

  1. 生物学实验：
    • 细胞和微生物研究：观察细胞在微重力环境下的生长、分裂和形态变化。
    • 植物生长实验：研究植物在空间中的生长特性，以及如何优化空间农业。
    • 动物实验：使用小鼠、鱼类等动物模型，研究骨骼肌萎缩、心血管功能变化等问题。
  2. 物理学实验：
    • 流体力学研究：探索液体行为的变化，这对于理解地球上的一些现象和工业过程也有重要意义。
    • 燃烧科学：在微重力下研究火焰的性质，有助于改善燃烧效率和安全性。
    • 冷原子实验室：利用超冷原子进行量子物理实验。
  3. 材料科学实验：
    • 晶体生长：在微重力条件下可以生长出更纯净、更大尺寸的晶体，这对于半导体和药物研发非常重要。
    • 合金制备：研究金属合金在无重力环境下的凝固过程。
  4. 医学研究：
    • 人体生理学：研究长期太空飞行对人体的影响，包括骨质流失、肌肉萎缩、视力变化等。
    • 心理健康：评估长期隔离和太空环境对宇航员心理状态的影响。
  5. 地球观测：
    • 使用空间站上的仪器对地球进行遥感，监测气候变化、自然灾害、海洋状况等。
  6. 技术演示和开发：
    • 测试新的生命支持系统、机器人技术、通信技术等。

例如，在国际空间站（ISS）上，科学家们进行了包括但不限于以下的实验：

  • 太空鼠实验：研究长期宇宙辐射对生物的影响。
  • 干细胞研究：首次实现了人类干细胞在太空的早期造血，这对再生医学具有重大意义。
  • 液态金属热管理实验：研究在微重力环境下液态金属的热传导性能，对空间站的热管理系统有直接应用价值。

空间站上的实验不仅能够增进我们对科学的理解，还能推动技术的发展，为未来的人类太空旅行和定居其他星球奠定基础。