第4级概览
- 年级
- 4年级 · 小学
- 技术
- 使用 MakeCode 进行机器人编程
- 工具
- micro:bit 上的 MakeCode
- 套件
- 智能机器人套件，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
- 制作一个自动宠物喂食器
- 可持续发展主题
- 健康与基础设施安全
- 职业名称
- 机器人工程师、生物医学工程师、气象学家
第4级书籍演示学生们制作了什么
“智能机器人套件”中的项目
在本关卡结束时
学生可以
- 在 Microsoft MakeCode 中为机器人编写程序
- 在原型中使用 Micro:bit 的显示屏和传感器
- 以团队形式合作解决一项机器人挑战
摘自SKOOL21各等级结业成果。
设计流程
它们的工作原理
- 定义
- 设计
- 分享
- 反思
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4级全部学习成果及可持续发展目标
工程与设计
- 构建并编程一套可正常工作的机器人解决方案（包括 micro:bit、电机和传感器），使其能在触发条件下执行自动化任务（即“制作自动宠物喂食器”的课前/课后挑战）。
- 完成本课程中首个正式命名的“顶点项目”，将“定义、规划、构建、测试、改进”的完整循环应用于一个原创问题。
- 针对机器人原型机进行多轮测试迭代，实施并解释有针对性的设计改进。
- 对传感器触发机构进行校准，确保其在预期条件下能够可靠地启动。
科学
- 探究一种能量转换的概念，例如将电能转换为机械运动的电动机（NGSS PS3 能量）。
- 围绕某个与构建项目相关的地球系统或人类活动主题展开探索，例如资源利用（NGSS ESS2/ESS3）。
- 通过机器人制作活动，共同探索生物学和物理学内容，体现本阶段生物学与物理学的联系（剑桥科学第4阶段）。
- 将一个制作项目与现实生活中的情境联系起来，作为“情境科学”的实例（剑桥科学第4阶段）。
数学
- 运用几何学和空间推理能力，确定机器人上传感器和机构的安装位置（剑桥几何）。
- 利用数与运算以及分数来校准时间或数量，例如机械装置释放的食物量（剑桥数学标准；共同核心标准——数与运算：分数）。
- 收集并呈现对自动化触发器进行重复测试所得的数据（剑桥统计学；共同核心标准：测量与数据）。
计算机与编程
- 在 micro:bit 上编写并调试基于模块的 MakeCode 程序，该程序用于读取传感器输入并控制电机输出。
- 编写条件触发逻辑（如果传感器满足条件，则电机执行动作），以实现物理任务的自动化。
- 通过多次迭代对代码进行测试和修改，以确保自主感知机器人的行为可靠。
社交技能
在构建团队中，承担并履行既定的团队角色——领导者、物料经理、报告员或测试主管——同时与团队成员协作、沟通并解决冲突。
STEM职业素养
了解本级别的机器人技术和健康监测项目如何与现实中的职业相关联，例如机器人工程师、生物医学工程师或气象学家。
可持续发展素养
确定与他们的建筑项目相关的可持续发展目标，该项目以“健康与基础设施安全”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
- 3 健康与福祉
- 7 经济实惠且清洁的能源
- 9 工业、创新与基础设施
- 10 缩小不平等现象
- 11 可持续城市与社区
- 13 气候行动
- 15 陆地上的生命
- 16 和平、正义与强大的机构
来源：SKOOL21 五大支柱框架。比较所有级别
试听课
项目1：智能鞋
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。
有两个人想知道自己每天走了多少路，但他们没有办法统计步数。你们团队将通力合作，设计一款能在行走时统计步数的“智能鞋”。练习册中印出的题目。
- 进球者姓名
- 可持续发展目标 3 · 健康与福祉
- 职业名称
- 健身分析师、数据分析师
- 引用的标准
- NGSS 3-5-ETS1-1；剑桥科学 4Bp.04；共同核心标准 4.NBT.A.3；剑桥数学 4Ss.02
课程对接
第4级中引用的标准（按项目列出）
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
- PS3
- PS4
- ESS2
- ESS3
- ETS1
剑桥科学各分支
- TWSc
- TWSm
- Bp
- Bs
- Be
- Pf
- Ps
- Pe
- ESp
- ESs
- SIC
剑桥数学子领域
- Nc
- Ni
- Nf
- Gg
- Gp
- Ss
| 项目 | SDG | NGSS | 剑桥科学 | 剑桥数学 | 共同核心数学 | ISTE | 职业名称 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 智能鞋 | 身体健康与幸福 | 3-5-ETS1-1 | 4Bp.04 | 4Ss.02 | 4.NBT.A.3 | 1.3.d | 健身分析师、数据分析师 |
| 2 土壤湿度传感器 | 陆地上的生命 | 4-ESS3-1 | 4SIC.05 | 4Ss.02 | 4.MD.A.1 | 1.7.d | 农业工程师、环境科学家 |
| 3 地震仪 | 可持续城市与社区 | 4-ESS3-2 | 4ESp.03 | 4Gg.08 | 4.G.A.1 | 1.5.b | 地球物理学家、土木工程师 |
| 4 火星车 | 工业、创新与基础设施 | 4-PS3-1 | 4TWSm.014ESs.02 | 4Gp.03 | 4.MD.A.2 | 1.4.d | 航空航天工程师、机器人工程师 |
| 5 智能停车栏杆 | 可持续城市与社区 | 3-5-ETS1-3 | 4Pe.02 | 4Gp.01 | 4.MD.C.6 | 1.4.a | 城市规划师、交通系统工程师 |
| 6 关节模拟器 | 身体健康与幸福 | 4-PS3-3 | 4Bs.02 | 4Gg.08 | 4.G.A.2 | 1.1.c | 生物力学工程师、物理治疗师 |
| 7 节能风扇 | 经济实惠且清洁的能源 | 4-PS3-4 | 4Be.014Be.02 | 4Nf.02 | 4.MD.A.1 | 1.6.a | 暖通空调工程师、可持续发展工程师 |
| 8 循线机器人 | 工业、创新与基础设施 | 4-PS4-3 | 4Be.03 | 4Gp.01 | 4.NBT.B.4 | 1.5.b | 机器人工程师，自动化专家 |
| 9 温度监测器 | 陆地上的生命 | 4-ESS3-2 | 4Bp.02 | 4Ni.02 | 4.NF.C.6 | 1.1.c | 野生动物生物学家、数据分析师 |
| 10 颜色检测器 | 缩小不平等 | 4-PS4-2 | 4Pe.01 | 4Gp.01 | 4.G.A.1 | 1.6.c | 验光师、电气工程师 |
| 11 气象站 | 气候行动 | 4-ESS2-1 | 4Pf.04 | 4Ss.02 | 4.MD.A.2 | 1.7.a | 气象学家、环境工程师 |
| 12 自动夜灯 | 和平、正义与强大的机构 | 4-PS3-2 | 4Ps.02 | 4Ss.03 | 4.MD.A.2 | 1.6.c | 电气工程师、软件开发人员 |
| 13 防盗报警器 | 工业、创新与基础设施 | 3-5-ETS1-3 | 4TWSc.03 | 4Nf.06 | 4.NBT.B.4 | 1.2.d | 安全系统工程师、网络安全分析师 |
| 14 能源预测器 | 经济实惠且清洁的能源 | 4-PS3-2 | 4Ps.01 | 4Gp.03 | 4.G.A.1 | 1.7.d | 植物学家、生物学家 |
| 15 免接触门铃 | 身体健康与幸福 | 3-5-ETS1-2 | 4SIC.02 | 4Nc.04 | 4.NF.C.5 | 1.4.a | 生物医学工程师、工业设计师 |
| Capstone 减少废弃物 | 气候行动 | — | — | — | — | — | — |
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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| 项目 | 标题 | ISBN 或 SKU |
|---|---|---|
| 学生练习册 | 《STEM创新者练习册》，第4级 | 978-981-17494-6-9 |
| 教师指南 | 指南手册，第4级 | 978-981-17736-8-6 |
| 学习套装 | 智能机器人套件 | STEMSIHKitG45 |
第4级和第5级共用一套智能机器人套件。