中小学科技创新大赛参赛方案

中小学科技创新大赛参赛方案一、项目背景与意义随着“双碳”目标推进和校园环保教育深化，垃圾分类成为中小学践行绿色发展的重要实践。但调研发现，校园垃圾投放存在分类准确率低（如可回收物混入其他垃圾）、监管反馈滞后（依赖人工巡检）、学生参与主动性不足等问题。本项目聚焦校园场景，尝试开发一套低成本、易操作的智能监测系统，既助力校园垃圾分类精细化管理，又通过“做中学”培养学生的工程思维、协作能力与环保责任感。二、研究目标1.设计并制作一套校园垃圾分类智能监测装置，实现垃圾投放的实时识别、数据统计与反馈提醒；2.探索“学生主导+教师指导”的科创实践模式，形成可推广的校园垃圾分类教育与管理方案；3.提升学生在电子电路、编程算法、数据分析等领域的实践能力，深化对环境保护的认知。三、研究内容与实施方法（一）系统设计：“硬件+软件+互动”三位一体软件算法：基于开源计算机视觉库（如OpenCV）训练垃圾分类模型，对常见校园垃圾（纸张、塑料瓶、食品包装等）进行图像识别；开发Web端管理界面，实时展示各班级投放数据、分类准确率排名。互动设计：在装置旁设置触摸屏，学生可查询个人/班级投放记录、环保知识问答；系统自动生成“垃圾分类积分”，积分可兑换校园文创奖品，激发参与热情。（二）研究方法：多元融合，注重实践文献研究法：梳理国内外校园垃圾分类技术案例、青少年科创教育模式，明确项目创新方向；实验法：分阶段测试硬件稳定性（如不同光照下的图像识别准确率）、软件算法鲁棒性（如新增垃圾类型的识别效果）；行动研究法：选取本校3个班级开展试点，通过问卷、访谈收集师生反馈，迭代优化系统功能。四、创新点1.低成本普惠性：摒弃工业级传感器，采用开源硬件与二手设备改造（如旧手机摄像头），总成本控制在千元内，适合中小学批量部署；2.学生参与式设计：从需求调研（发放“垃圾分类痛点”问卷）到原型测试，全程由学生主导，教师仅提供技术指导与安全支持，真正实现“学生的问题由学生解决”；3.教育+管理双驱动：系统不仅是管理工具，更通过积分激励、知识问答等功能，将垃圾分类转化为趣味性实践课程，推动环保教育从“说教”到“行动”。五、实施步骤（分阶段推进）（一）筹备阶段（第1-2周）组建5人团队（含硬件、软件、调研、宣传小组），明确分工；开展校园垃圾分类现状调研：发放问卷100份，访谈后勤老师、保洁人员，梳理核心问题；学习开源硬件编程、计算机视觉基础（通过B站教程、学校科创社团资源）。（二）设计开发阶段（第3-8周）硬件组：完成传感器选型、电路焊接、外壳3D建模与打印；软件组：搭建图像识别模型（标注500+张校园垃圾图片用于训练），开发Web管理界面；调研组：设计“垃圾分类积分规则”“环保知识题库”，联动德育处策划激励机制。（三）试点优化阶段（第9-12周）在初中部2个班级、小学部1个班级投放装置，每日采集数据（如分类准确率、投放量）；每周召开团队会议，分析数据异常（如某时段识别错误率高），优化算法或硬件布局；邀请家长志愿者参与“家庭垃圾分类打卡”，拓展系统的家校互动功能。（四）成果凝练阶段（第13-14周）整理研究报告（含系统设计图、代码片段、测试数据）；制作实物原型、演示视频、宣传展板；总结“学生主导科创项目”的经验，形成《校园垃圾分类教育实践手册》。六、预期成果1.实物成果：一套可稳定运行的校园垃圾分类智能监测装置，附带操作说明书；2.学术成果：研究报告1份，申请实用新型专利或软件著作权（视成果成熟度）；3.教育成果：试点班级垃圾分类准确率提升30%以上，学生科创能力测评（如工程设计、问题解决）得分显著提高；4.推广价值：形成“技术+教育”的校园垃圾分类解决方案，可在区域内中小学复制。七、可行性分析技术可行：开源硬件（树莓派/Arduino）、计算机视觉算法（TensorFlowLite）均有成熟教程，团队已掌握基础编程与电路知识；资源可行：学校提供科创实验室、3D打印机、指导教师；家长委员会支持设备采购与试点协调；经济可行：硬件成本约800元（开源硬件+二手配件），软件为免费开源工具，整体投入低；时间可行：14周周期覆盖调研、开发、测试，周末及假期可集中攻坚，进度可控。八、团队分工与保障团队架构：组长（统筹规划）、硬件组（2人，负责电路与结构设计）、软件组（2人，负责算法与界面开发）、调研宣传组（1人，负责问卷、活动策划与成果推广）；导师支持：学校科创指导教师提供技术咨询，校外工程师（家长资源）定期开展开源硬件培训；安全保障：电路焊接、设备调试在实验室完成，佩戴绝缘手套、护目镜；户外安装由教师协助，避免高空作业。结语本项目以“解决真实问题”为导向，将环保需求与科创实践深度融合。通过学