跨学科主题活动：无人机互联表演 教学设计（表格式）-2025-2026学年七年级下册《信息科技》西大版

七年级下册跨学科主题活动教学设计
年级 七年级 单元 跨学科主题活动
课名 无人机互联表演
一、教学建议
1.教学时长建议 3课时
2.教学目标 本课的主要教学目标是： 1. 在体验与感受无人机的过程中掌握基本的无人机操作知识，理解互联网、物联网在无人机中的作用； 2. 分析无人机互联焰火表演的案例，理解其中涉及到的跨学科知识，并运用所学知识提出自己的新方案； 3. 在学生动手实践的过程中，提升信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等核心素养； 4. 让学生体会信息科技给我们社会生活带来的变革，感受科技自主可控创新和原始创新的重要性。
3.教学设计建议 教学设计建议如下： 通过实物或平台模拟，学生进行无人机群组控制，感受新兴技术在各行各业中的应用创新，体会无人机对于智能交通、智能灌溉、智能运输的作用。通过教师引导，学生以小组合作的方式，分析无人机互联焰火表演的案例，并试着提出自己的新方案，感受物联网对未来的潜在影响。本主题综合运用信息科技、数学、物理、地理等知识，让学生体会信息科技带来的变革，感受科技自主可控创新和原始创新的重要性。
4.教学方法建议 “无人机互联表演”跨学科主题活动注重学习者的操作与体验，让学习者在完成对应的任务过程，体会无人机对生活生产的作用，教师进一步引导学习者体会信息科技带来的变革，感受科技自主可控创新和原始创新的重要性。教学方法一是任务驱动，让学习者完成对应的活动任务，进而实现跨学科主题活动的目标；二是注重学习者的操作与体验，给予学习者大量的自主探究、实践动手与小组合作的机会，让学习者进行无人机体验、无人机互联焰火表演设计与实现；三是要强调跨学科知识的运用，在学习者解决问题的过程中，教师要适当引导学习者采用跨学科的思维与方法来解决问题，理解跨学科思维的重要性；四是在学习者参与跨学科活动的过程中，要时刻让学习者体会与感受科技自主可控创新和原始创新的重要性。
二、补充知识（一）
对应教材内容（对教材中何处内容的补充） 任务1：感受与体验无人机
补充内容 无人机飞行原理 垂直升降：无人机的多个电机带动螺旋桨旋转产生升力，增加螺旋桨转速，无人机的升力加大，当升力>无人机自身重力时，无人机上升；适当降低螺旋桨转速，无人机的升力减小，当升力=无人机自身重力时，无人机在空中悬停；降低螺旋桨转速，无人机的升力减小，当升<无人机自身重力时，无人机下降。如下图所示。 机身稳定：根据牛顿第三定律：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。因此，螺旋桨在旋转的同时，也会向电机施加一个反作用力（反扭矩），促使无人机机身向反方向旋转。因此，为了避免无人机机身自身持续旋转，四螺旋桨无人机（以此为例）中的相邻两个螺旋桨的旋转方向是相反的。如下图所示，三角形红箭头表示飞机的机头朝向，螺旋桨M1、M3的旋转方向为逆时针，螺旋桨M2、M4的旋转方向为顺时针。当飞行时，M2、M4所产生的逆时针反作用力（反扭矩）和M1、M3产生的顺时针反作用力（反扭矩）相抵消，飞机机身就可以保持稳定。 水平移动：当需要按照箭头方向前进时，M3、M4电机螺旋桨会提高转速，同时M1、M2电机螺旋桨降低转速，如下图所示，由于飞机后部的升力大于飞机前部，飞机的姿态会向前倾斜。倾斜时的侧面平视如下图，这时螺旋桨产生的升力除了在竖直方向上抵消飞机重力外，还在水平方向上有一个分力，这个分力就让飞机有了水平方向上的加速度，飞机也因而能向前飞行。 无人机旋转
二、补充知识（二）
对应教材内容（对教材中何处内容的补充） 任务2：无人机互联焰火表演方案分析
补充内容 无人机如何实现精准定位？ 通过卫星进行GPS定位是我们日常生活中常见的定位方式，但GPS信号从太空传到地面，会受到电离层、天气、建筑以及地理环境的影响，因此GPS定位总有数米的定位误差。无人机在空中飞行，需要很高的定位精度，以降低飞行误差，因此需要用到RTK定位技术。RTK（Real -TIme kinemaTIc）定位技术即实时动态载波相位差分技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。差分就是在已知位置的参考点上安装信号接收机，就能知道定位信号的偏差，将偏差用电台或网络发送给需要定位的移动设备，以获得更精准的位置。 无人机通过使用信号接收机作为基站，自身作为移动站实现动静结合，以实时获得精准的定位信息，将无人机定位在厘米级，使飞行作业更为精准。如下图所示，基站与无人机距离比较近，因此他们接收卫星信号时受到的大气层影响也基本接近，基站本身已知所处位置的坐标，在得到卫星信号提供的坐标之后与原数据做新差分，并将差分的结果告知无人机，因此无人机可以得到高精度的结果，这也是物联网的应用。 图 RTK定位技术 目前随着技术的发展进步，一些无人机已经将RTK技术嵌入到无人机机身内部，从而更为便捷与高效地实现精准定位。 但是我们需要注意，RTK基站的搭建需要考虑以下因素： 1. 选址：地势要高，视野要开阔，远离水域、树林等大面积反射物；远离高压输电线路、微波发射塔等辐射源至少200米。 2. 搭建：截止高度角15°内要避开高大建筑物及人员密集地带；发射天线尽量高；脚架要固定与稳定，远离震动源与规避天气影响；基站需要人员随时看守；基站搭建完成后要开机观察主机及信号灯状态，判断工作是否正常；设置完成后，通过流动站测两个以上已知点，以判断坐标是否正确。
补充内容 无人机传感器的综合运用 （1）测距定位 通过在每台无人机上安装距离传感器，计算出各台无人机之间的相对距离，然后进行数学建模，根据相应算法得出无人机的位置，以实现精确定位。 （2）GPS+气压计 通过GPS获得无人机二维平面位置，再结合气压计和超声波模块计算出高度，最终得出无人机的空间位置。飞机在低空飞行时通常采用超声波模块获取高度信息，在高空时则采用气压计。 （3）图像识别定位 通过多个摄像头获取环境三维空间图像，使用图像识别技术将图像进行处理，对飞行空间进行数学建模，将识别出的不同维度的无人机位置信息整合，可获得三维空间中无人机位置。 （4）防误撞轨迹规划 为防止无人机群在变换队形时发生碰撞，需要为每台无人机设置一定的安全距离。如下图所示，以每台无人机为球心，固定距离为半径的球体设为其安全区域，其他无人机不得进入。若在飞行过程中需要经过其他无人机的安全区域，该无人机必须绕行到达目标位置，不可直线行进，避免发生碰撞。 图 无人机移动轨迹 （5）位置信息共享 无人机如要完成整齐的编队动作，必须统筹规划所有无人机的实时飞行位置。为此，需要设定一台无人机作为主机，其余为副机。主机负责接收控制台的控制信息，然后把预定路径中每台无人机的位置通过远距离通信模块传送给副机，副机接收到主机的位置信息后把其作为自己的目标位置向其飞行，实现所有无人机的路径统筹规划。
三、对应需要的软件、硬件说明
对应教材内容（对教材中何处内容使用软件、硬件） 任务3：无人机互联焰火表演方案设计
软件名称（最好提供开源软件） 拥有自主知识产权的国产青少年编程软件Mind+ 网站或下载链接：https://mindplus.cc/
基本功能说明 Mind+是一款拥有自主知识产权的国产青少年编程软件，集成各种主流主控板及上百种开源硬件，支持人工智能（AI）与物联网（IoT）功能，既可以拖动图形化积木编程，还可以使用Python/C/C++等高级编程语言，让大家轻松体验创造的乐趣。 学习者在该软件平台中进行无人机表演的编程，该平台支持学习者通过可视化的方式进行编程，便于学习者进行持续优化与完善。
硬件名称（选择性价比高、中小学能用得起的） 学校已有无人机。有条件可以选择学校自行购置的无人机设备进行实物操作。
基本功能说明 在老师的指导与协作下，将上述无人机表演编程文件进行具体细化与实施，并通过真实操作进行简单的无人机互联焰火表演。
四、活动任务解答参考
无人机的功能与作用以及对生活产生的影响 参考：无人机能够在航拍、物流、救援、安防、监测、农业等领域进行大量应用，为我们的生活带来大量便捷，如帮助我们获取大量信息、进行物品运输、进行实时监管巡查等。同学们可以进行上网查找资料、交流讨论来深入分析无人机对我们生活生产的影响。
无人机灌溉、运输、交通管理的优势 参考： 灌溉：无人机灌溉即利用无人机技术，实现精准、高效、自动化的灌溉方式，可有效提高水资源利用率，提升农作物产量和质量。无人机灌溉具有灵活、高效、节水、节省人力成本等优点，可大幅度提高灌溉效率，降低灌溉成本。如许多大型农场、智慧农业领域中已经实现了无人机灌溉。 运输：无人机运输能够自动将货物送达目的地，能够解决偏远地区的配送问题，提高配送效率，同时减少人力成本。如顺丰快递已经实现无人机送货。 交通管理：无人机可以用于城市交通管理，通过实时监测交通流量和路况信息，为城市交通管理部门提供准确的数据支持，也为我们的出行提供参考信息。如当前许多城市在上下班高峰期、节假日时期都会通过无人机来查看道路拥堵情况，并及时采取相应的交通管理措施。
基站搭建过程、Wi-Fi组网过程 参考： 此过程由教师讲解或演示为主。 基站搭建： 1.配置RTK基站:首先需要在一个合适的位置搭建RTK基站。基站通常包括GPS接收器、天线和数据传输设备。将GPS接收器连接到天线并放置在开阔的地方，确保没有遮挡物影响GPS信号接收。然后使用数据传输设备将基站和用户设备连接起来。 2.收集观测数据:对于RTK定位，至少需要两个GPS接收器，一个用作基站，另一个用作移动设备。在操作开始前，需要先收集基站和移动设备的观测数据。分别记录基站和移动设备接收到的GPS信号数据，包括卫星编号、接收时间、载波相位等信息。 3.数据传输:基站和移动设备之间需要建立数据传输通道，以实现数据的实时传输。常见的数据传输方式包括无线电传输、蜂窝网络传输、卫星通信等。根据环境和需求，选择适合的数据传输方式，并确保数据传输的稳定性和可靠性。 4.差分处理:将基站和移动设备的观测数据进行差分处理，消除大气延迟和钟差等误差。差分处理的核心是将基站观测数据作为参考数据，通过与移动设备接收到的GPS信号进行比较，计算出其相对于基站的精确位置。 5.实时定位:基于差分处理的结果，实时计算出移动设备的精确位置并将结果显示在用户界面上。实时定位的精度取决于基站和移动设备之间的距离，一般可达到几厘米至几分米的精度。 6.结果验证:对实时定位结果进行验证和评估。使用其他精度较高的定位技术或通过地面控制点进行测量，来验证RTK定位的准确性和精度根据实际需求，可以进行进一步的数据处理和分析。 7.系统维护:对RTK系统进行常规维护和管理，包括设备检查、数据备份、系统升级等。确保系统的稳定性和可靠性，并及时解决可能出现的故障和问题。 Wi-Fi组网: 无人机在空中拍摄的视频或图片，将通过Wi-Fi图像传输技术把无人机所搭载摄像机拍摄到的视频、图片以无线方式实时传输到远距离接收器端。无人机的摄像机采集视频，并通过输出端口传输给Wi-Fi图传发射器，图传发射器将视频信号通过无线的方式发送给图传接收端，最后将图传接收端收到的视频信号转码，便可以在显示器或手机端上进行观看。此外，除了Wi-Fi图传外，还可以通过4G/5G信号的方式进行图传。具体过程与细节由无人机型号决定。
五、操作练习答案
一、知识检测 无
二、技能操练 无