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高中 · 11年级

第11级：使用Python实现物联网

第11级课程将利用树莓派Pico探索物联网，学生将在Arduino C++的基础上，转而学习Python。

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练习册封面，第11级树莓派 Pico 套件

第11级概览

年级
11年级 · 高中
技术
使用 Python 开发物联网
工具
Thonny 中的 Python
套件
树莓派 Pico 套件，每四人一组一份
项目
15个项目和一个毕业设计
每周时间
一节45分钟或90分钟的课程
挑战前与挑战后
制作一个回收分类器原型
可持续发展主题
工业与气候监测（物联网）
职业名称
结构工程师、地球科学家、暖通空调工程师
第11级书籍演示
预约演示

观看第11关的实况演示

简要介绍SKOOL21频道发布的《Level 11》练习册和树莓派Pico套件。

SKOOL21 频道上的更多视频 →
学生们制作了什么

树莓派 Pico 套件中的项目

使用树莓派 Pico 套件制作
使用树莓派 Pico 套件制作
使用树莓派 Pico 套件制作
使用树莓派 Pico 套件制作
在本关卡结束时

学生可以

  • 使用 Python 对 Raspberry Pi Pico 进行编程
  • 围绕一个传感器设计一个物联网系统
  • 构建一个排序或阈值逻辑解决方案

摘自SKOOL21各等级结业成果。

设计流程

它们的工作原理

  1. 定义
  2. 设计
  3. 分享
  4. 反思
项目示例
来自第11级的三个示例项目

15个项目和一个毕业设计。如需完整的项目清单，请索取课程大纲。

第11级课程的全部学习成果及可持续发展目标

工程与设计

  • 在第9级课程中积累的Arduino经验基础上，在第二个硬件平台（树莓派Pico）上继续探索一个自主选定的工程设计课题。
  • 构建一个回收分类原型机，该原型机利用传感器区分两种材料类型，并据此对信号进行分类（挑战前/挑战后）。
  • 编写并测试经过验证的解决方案的实际 Python 代码，并根据传感器读数进行迭代。
  • 在项目经理/资源经理/项目沟通专员/项目测试员的团队架构内开展工作，以交付一个持续且自主推进的项目。

科学

  • 围绕一个感知/分类项目，探究与生态系统和进化相关的知识内容（NGSS LS2/LS4）。
  • 将高中物理科学概念——物质、运动和能量——应用于基于传感器的制作项目（NGSS HS-PS1 至 HS-PS3）。
  • 探索与负责任的消费或环境感知相关的地球系统主题（NGSS ESS2）。
  • 深入探索涵盖生物学、化学和物理学的完整IGCSE风格主题内容——这是该项目中所有级别中剑桥科学课程阶段覆盖范围最广的。

数学

  • 将纯数学内容（如函数或代数运算）应用于传感器阈值或分类逻辑问题（剑桥AS/A-Level纯数学1&2）。
  • 将力学概念应用于相关的物理分类或构建任务中（剑桥AS/A-Level力学）。
  • 利用“概率与统计”来评估一个传感器区分两种材料类型的可靠性（剑桥AS/A-Level和IGCSE概率与统计）。
  • 根据设计任务的要求，从本课程中涵盖范围最广的“共同核心”高中数学领域（高中数与量、代数、函数、几何）中进行借鉴。

计算机与编程

  • 通过 Thonny IDE 在树莓派 Pico 上编写并调试真实的 Python 代码，以读取传感器数据并控制分拣输出。
  • 在新的硬件平台上应用物联网/云连接传感器概念，将第9级Arduino C++的编程技能迁移到Python。
社交技能

担任项目型团队中的某个角色——项目负责人、物料经理、报告员或测试主管——并运用更高级的协作和演示技巧。

STEM职业素养

认识到真正的工程职业正通过结构工程和气候监测类项目重拾领先地位，例如结构工程师、地球科学家或暖通空调工程师。

可持续发展素养

确定与其作品相关的可持续发展目标，该作品以“工业与气候监测（物联网）”为主题。

摘自 SKOOL21 级别结业成果。所列标准包括 NGSS、共同核心标准和剑桥课程体系。

该层级的可持续发展目标
  1. 3 健康与福祉
  2. 7 经济实惠且清洁的能源
  3. 9 工业、创新与基础设施
  4. 11 可持续城市与社区
  5. 13 气候行动
  6. 15 陆地上的生命

来源：SKOOL21 五大支柱框架。比较所有级别

试听课

项目1：植物传感器

正如指南中所展示的，这是本级别中的第一个项目。完整的练习册已发布在下方阅读器中。

两位朋友想制作一个温湿度计，以确认他们的温室是否具备植物理想生长的条件。
练习册中印出的题目。
进球者姓名
可持续发展目标 15 · 陆地生物
职业名称
植物学家、农业学家
引用的标准
NGSS HS-LS2-3；剑桥生物学 7.1；共同核心标准 HSF.IF.B.4；剑桥IGCSE数学 E2.9.1
植物传感器，示例课程第1页
1. 目标与标准
植物传感器，示例课程第2页
2. 项目启动
植物传感器，示例课程第3页
3. 构建规划
植物传感器，示例课程第4页
4. 建筑
课程对接

第11级中引用的标准，按项目分类

每个项目占一行，引用格式与指南中的表述一致。空单元格表示该项目无引用。

NGSS子领域
  • PS1
  • PS2
  • PS3
  • PS4
  • LS1
  • LS2
  • LS4
  • ESS1
  • ESS2
  • ESS3
涉及的 NGSS 子领域（共 12 个）：10包含≥1个NGSS代码的项目（共16个，含毕业设计）：15 / 16
剑桥科学各分支
  • Biology (IGCSE 0610 / A-Level topics)
  • Chemistry (IGCSE 0620 / A-Level topics)
  • Physics (IGCSE 0625 / A-Level topics)
  • Earth, Space & Environment
涉及的IGCSE/A-Level不同学科领域（共4个）——第2部分：广度：4包含≥1门剑桥科学课程（共16门，含毕业设计）的项目：15/16
剑桥数学子领域
  • Number (IGCSE 0580 topic 1)
  • Algebra and Graphs (IGCSE 0580 topic 2)
  • Geometry (IGCSE 0580 topic 4)
  • Mensuration (IGCSE 0580 topic 5)
  • Transformations and Vectors (IGCSE 0580 topic 7)
  • Statistics (IGCSE 0580 topic 9)
  • Pure Mathematics 1 (AS & A Level 9709)
  • Pure Mathematics 2 (AS & A Level 9709)
  • Mechanics (AS & A Level 9709)
  • Probability & Statistics (AS & A Level 9709)
涉及的IGCSE具体主题领域（共9个）——第2部分广度：6涉及的AS/A-Level具体模块（共4个）——仅限第11级：4包含≥1门剑桥数学课程（共16门，含毕业设计）的项目：15/16
项目SDGNGSS剑桥科学剑桥数学共同核心数学ISTE职业名称
1 植物传感器(15) 陆地生物HS-LS2-3Transport in plants — Structure of transport tissuesE2.9.1HSF.IF.B.41.4.c1.4.d1.5.b植物学家、农业学家
2 掠食者探测器(15) 陆地生物HS-LS4-2HS-LS4-3Selection and Evolution — VariationNatural and artificial selectionE2.10.3HSA.SSE.A.11.4.c1.4.d1.5.b野生动物生物学家、动物学家
3 营养追踪器(3) 身体健康与幸福感LS1.CBiological Molecules — 2.2 Carbohydrates and lipids2.3 Proteins5.2 (Permutations and combinations)HSN.VM.C.61.4.c1.4.d1.5.b营养师、食品科学家
4 自适应亮度(9) 工业、创新和基础设施HS-LS1-5Photosynthesis — 13.1 Photosynthesis as an energy transfer processC5.3 (Circlesarcs and sectors)HSG.C.B.51.4.c1.4.d1.5.b电气工程师、灯光技术员
5 温度报警(13) 气候行动HS-LS4-6ClassificationBiodiversity and Conservation — 18.2 BiodiversityPure Mathematics 2 — 1. AlgebraHSA.REI.B.31.4.c1.4.d1.5.b动物学家、环境科学家
6 粘结基质(9) 工业、创新和基础设施HS-PS1-8AtomsElements and Compounds — Ions and ionic bondsSimple molecules and covalent bondsGiant covalent structuresC2.6 (Inequalities)HSN.VM.C.61.4.c1.4.d1.5.b化学工程师、材料科学家
7 密度计算器(12) 负责任的消费和生产HS-PS2-6Metals — Properties/Uses of metalsMotionForces and Energy — Mass and weightDensityC5.4 (Surface area and volumes)HSG.GMD.A.31.4.c1.4.d1.5.b产品设计师、材料科学家
8 反应搅拌器(9) 工业、创新和基础设施HS-PS1-7Chemical Reactions — 6.2 Rate of reactionPure Mathematics 1 — 1. TrigonometryHSF.TF.B.51.4.c1.4.d1.5.b化学家、化学工程师
9 火焰监测器(12) 负责任的消费和生产HS-PS3-4MotionForces and Energy — 1.7.1 EnergyTransformations and Vectors C7.1 (Transformations)HSG.CO.A.21.4.c1.4.d1.5.b通信技术专家，食品科学家
10 对流风扇(11) 可持续城市和社区HS-PS3-4Thermal Physics — 2.3.2 Convection2.3.4 Consequences of thermal energy transferNumber C1.12 (Rates)Geometry C4.7 (Circle theorems)HSG.C.A.21.4.c1.4.d1.5.b暖通空调工程师、航空航天工程师
11 碰撞预警系统(11) 可持续城市和社区HS-PS4-1Waves — General properties of wavesLightElectromagnetic spectrumAlgebra and Graphs E2.9 (Graphs in practical situations)HSG.GPE.A.31.4.c1.4.d1.5.b机械工程师、软件工程师
12 串联和并联电路(7) 经济实惠且清洁的能源HS-PS3-3Electricity and Magnetism — Circuit diagrams and circuit componentsSeries and parallel circuitsPure Mathematics 2 — 1. Logarithmic and exponential functionsHSN.RN.A21.4.c1.4.d1.5.b电气工程师、电工
13 抗震支撑架(13) 气候行动HS-ESS3-1Natural Hazards — impacts of tectonic eventsmanagement strategies before/during/afterTransformations and Vectors E7.2 (Vectors)HSG.MG.A.31.4.c1.4.d1.5.b地球科学家、结构工程师
14 水位检测器(13) 气候行动HS-ESS2-6Ecosystems — 5.1.9 Describe the carbon cycleStatistics C9.3 (Averages)HSS.ID.A.21.4.c1.4.d1.5.b环境工程师、地球科学家
15 小行星距离传感器(9) 工业、创新和基础设施HS-ESS1-6Earth and the Solar System — The EarthThe solar systemMechanics 4.2 (Kinematics of motion)HSG.MG.A.31.4.c1.4.d1.5.b航空航天工程师、天文学家
Capstone Pico “Superpower”———————

来源：SKOOL21 A至12年级课程对照表（2026年），根据教师指南和学生用书编纂而成。若两者内容不一致，以学生用书为准。

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每年有四个检查点采用七项标准的评分表，其余项目则进行30秒的工作簿检查。

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标准映射

该指南将每个项目与适用的NGSS、剑桥和共同核心标准进行了对应。

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