高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究课题报告

高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究课题报告目录一、高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究开题报告二、高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究中期报告三、高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究结题报告四、高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究论文高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究开题报告一、研究背景意义

当前，高中生创新实践能力培养已成为素质教育的重要抓手，而声纳技术作为水下探测的核心手段，其在校园场景中的应用尚处于探索阶段。校园内人工湖、排水管网等水域环境的安全监测、设施维护，长期依赖人工排查，存在效率低、风险高的问题。高中生群体对科技探索抱有天然热情，将声纳技术与校园实际需求结合，设计水下探测设备的供电方案，不仅能解决校园管理中的现实痛点，更能让学生在真实情境中体验工程设计的完整流程——从需求分析到技术选型，从方案优化到实践验证，这种沉浸式学习对培养其跨学科思维、动手能力和创新意识具有不可替代的价值。同时，小型化、低功耗的供电方案设计，契合当前绿色能源与智能设备的发展趋势，研究成果或可为同类校园应用提供参考，实现教育价值与社会实践意义的统一。

二、研究内容

本课题聚焦高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备的供电方案，核心内容包括三方面：其一，校园水下探测场景的供电需求分析，通过实地调研校园水域环境（如水深、探测时长、设备重量限制等），明确供电方案需满足的电压、电流、续航能力及防水等级等关键参数；其二，供电方案的技术选型与设计，对比锂电池、超级电容、太阳能等供电方式的优缺点，结合声纳设备的功耗特性，设计模块化、轻量化且具备防水功能的供电系统，重点解决能源管理与续航优化的矛盾；其三，方案的可实现性验证，利用实验室模拟环境测试供电系统的稳定性、安全性，结合3D打印等技术制作简易外壳，确保方案在校园实际场景中的可操作性，最终形成一套适配高中生认知水平与实践能力的技术方案。

三、研究思路

课题研究以“问题驱动—理论探索—实践迭代”为主线展开。首先，从校园管理中的水下探测痛点切入，组织学生实地走访、访谈后勤人员，明确设备供电的实际需求，避免技术设计与应用场景脱节；随后，引导学生通过文献研究、案例分析，掌握声纳设备的基本工作原理与供电系统的核心要素，在教师指导下分组讨论技术路线，初步提出锂电池为主、太阳能辅助的混合供电方案，并针对防水、散热等细节进行专项设计；接着，利用开源硬件平台搭建原型系统，通过模拟不同水深、温度的环境测试供电性能，记录数据并分析问题（如低温下电池效率下降、电路短路风险等），迭代优化电路设计与结构封装；最后，在校园人工湖进行小范围实地试验，邀请师生反馈使用体验，形成兼具技术可行性与教育实践意义的供电方案，并总结过程中的经验与反思，为后续跨学科项目学习提供范例。

四、研究设想

研究设想以“技术落地生根，教育开花结果”为内核，将声纳技术供电方案的设计过程转化为一场沉浸式的工程实践与思维成长之旅。技术上，设想构建“模块化+场景化”的供电体系，针对校园人工湖水深1.5-3米、探测时长2-4小时、设备重量不超过2kg的实际约束，采用磷酸铁锂电池作为主能源（兼顾安全性与循环寿命），搭配MPPT太阳能充电模块作为辅助供电（解决户外持续续航问题），通过BMS电池管理系统实现过充过放保护，结合纳米防水涂层与硅胶密封圈设计IP67级防水外壳，确保设备在浑浊水体中稳定运行。教育上，设想将供电方案拆解为“需求分析—原理学习—方案设计—原型制作—测试优化”五个阶梯式任务，让学生在分组协作中扮演“工程师”角色：通过测量校园湖水电阻率、记录不同季节光照强度等真实数据，理解供电参数与环境的关联；通过对比锂离子电池与超级电容的能量密度曲线，学会用数据支撑技术选型；通过调试电路时观察电压波动现象，培养故障排查的逻辑思维。实践上，设想打通“实验室—校园—社会”的应用链条，先在实验室模拟水箱中完成供电系统在0-40℃温度梯度下的性能测试，再移植到人工湖进行连续7天的实地运行，记录能耗数据与设备状态，最终形成可复用的“校园水下探测供电方案设计指南”，为其他学校提供低成本、易实施的技术参考，让学生的研究成果真正服务于校园管理，实现“学以致用”的教育闭环。

五、研究进度

研究进度以“循序渐进、动态调整”为原则，分三个阶段推进，确保每个环节扎实落地。前期准备阶段（第1-4周），完成校园水域环境基础调研：使用卷尺测量人工湖不同区域的水深与面积，通过访谈后勤人员了解现有水下设施的维护痛点，绘制《校园水域环境需求图谱》；同步开展技术储备，组织学生声纳技术原理专题讲座，拆解商用声纳设备的供电模块，分析其电路设计与材料选择，形成《声纳供电技术参考手册》。中期实施阶段（第5-12周），进入方案设计与原型制作：基于需求分析结果，分组提出“锂电池+太阳能”“锂电池+超级电容”“纯锂电池”三种供电方案，通过MATLAB仿真对比三种方案的续航能力与成本效益，选定最优路线后，利用AltiumDesigner绘制电路原理图，委托PCB厂商打样核心控制板，同时结合3D建模软件设计外壳结构，采用PLA材料打印原型并完成防水密封处理；随后进入测试优化阶段，在实验室水箱中模拟不同水深（1m、2m、3m）与水温（10℃、25℃、35℃）环境，测试供电系统的电压稳定性与电池续航时间，针对低温环境下电池效率下降15%的问题，优化加热电路设计，将PTC加热片嵌入电池仓，确保冬季设备正常工作。后期总结阶段（第13-16周），开展实地应用与成果转化：将优化后的供电系统搭载于自制声纳探测设备，在人工湖进行为期2周的试运行，每日记录探测数据与设备电量消耗，邀请师生试用并收集反馈，形成《校园水下探测供电系统测试报告》；同步整理研究过程中的学生实践案例、设计草图与测试数据，汇编成《高中生声纳供电项目实践集》，并录制科普短视频，通过校园公众号向社会展示研究成果，推动技术经验的推广与共享。

六、预期成果与创新点

预期成果涵盖技术方案、教育实践与社会应用三个维度，形成可感知、可推广的实质性产出。技术层面，将产出一套完整的《校园水下探测设备供电方案》，包括详细的电路设计图纸、物料清单（BOM表）、外壳3D模型文件及IP67级防水样机，该方案预计实现：在标准光照条件下，太阳能辅助供电可使设备续航延长至6小时，纯锂电池模式下续航达4小时，满足校园日常探测需求；成本控制在500元以内，较商用设备降低70%，具备极高的性价比。教育层面，将形成一套《跨学科项目学习教学设计模板》，涵盖物理（电路原理）、化学（电池材料特性）、信息技术（数据采集与分析）等多学科融合的教学案例，以及10份学生实践反思日志，记录从“技术小白”到“方案设计者”的成长轨迹，为高中STEM教育提供可借鉴的实践范式。社会应用层面，将编写《校园水下探测供电方案实施指南》，详细说明技术选型、安装调试与维护要点，计划在3所兄弟学校进行试点推广，协助其完成同类供电系统的搭建，助力校园安全管理智能化。

创新点体现在三个方面：其一，场景适配创新，针对校园小型水域的特点，突破传统声纳设备“高功耗、高成本”的设计局限，提出“轻量化模块+混合供电”的技术路径，使供电方案精准匹配校园场景的“低预算、低复杂度”需求；其二，教育模式创新，将供电方案设计转化为“真实问题驱动”的项目式学习，让学生在“做中学”中掌握工程设计思维，区别于传统课堂的理论灌输，实现知识学习与能力培养的深度融合；其三，价值转化创新，通过“学生研发—校园应用—社会推广”的链条，将教育成果转化为实际生产力，让高中生不再是“知识的接受者”，而是“问题的解决者”，彰显新时代青少年的创新担当与社会责任感。

高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究中期报告一：研究目标

本课题以高中生为核心实践主体，旨在通过声纳技术与供电方案设计的跨学科融合，实现三维教育目标：在认知层面，引导学生深入理解声纳探测原理与能源管理系统的内在关联，构建从物理信号采集到电能转换的完整技术认知框架；在能力层面，培养学生基于真实场景需求进行工程化设计的能力，涵盖需求分析、技术选型、系统优化与故障排查的全流程实践技能；在素养层面，激发学生将技术创新与校园治理结合的责任意识，使其在解决“人工湖淤积监测”“排水管道隐患排查”等具体问题中，体会技术向善的社会价值。技术目标聚焦于开发一套适配校园环境的低功耗、高可靠性供电方案，突破传统声纳设备在小型水域应用中的续航瓶颈，形成可复用的技术范式。教育目标则致力于探索“项目式学习”在高中阶段的深度实施路径，验证“真实问题驱动”模式对创新思维与实践能力的培育效能，为STEM教育提供本土化实践样本。

二：研究内容

研究内容紧扣“技术可行性”与“教育适宜性”双主线展开。技术层面，重点攻关供电系统的核心模块设计：一是能源管理模块，通过对比锂离子电池、超级电容与光伏组件的充放电特性，结合校园水域光照数据（日均有效光照4.2小时）与探测设备功耗（峰值功率12W/持续功率5W），设计“磷酸铁锂电池+MPPT太阳能板”的混合供电架构，优化BMS（电池管理系统）的动态均衡算法，解决浅水环境温度波动导致的电池效率衰减问题；二是结构防护模块，采用3D打印一体化外壳与纳米防水涂层技术，实现IP68级防水密封，同时通过拓扑优化减轻设备重量（控制在1.8kg内），满足人工湖1.5-3米水深作业需求；三是数据交互模块，开发低功耗蓝牙传输协议，实现供电状态实时监测与远程控制，为后续声纳数据采集提供能源保障。教育层面，构建“阶梯式任务链”：从校园水域环境测绘、现有设备痛点分析等基础调研，到电路原理图绘制、PCB板焊接等技能训练，再到系统联调、环境模拟测试等综合实践，形成由易到难的能力进阶路径，同步设计《供电方案设计手册》作为跨学科融合的载体，串联物理（电磁感应）、化学（电化学特性）、信息技术（嵌入式编程）等知识模块。

三：实施情况

课题实施以来，已完成阶段性目标并取得实质性进展。团队组建方面，选拔15名高二学生组成跨学科小组，涵盖物理、信息技术、通用技术等学科背景，通过“工程师进校园”活动邀请高校专家开展声纳技术专题工作坊，奠定理论基础。需求分析阶段，学生自主完成校园人工湖全域测绘，绘制水深分布图与淤积热点区域标注，结合后勤访谈明确“连续工作4小时”“抗水流冲击”等8项核心指标，形成《校园水下探测供电需求规格说明书》。技术攻关阶段，完成三种供电方案的仿真对比：纯锂电池方案续航4.2小时但依赖外部充电；锂电池+超级电容方案响应速度快但能量密度不足；最终选定“5Ah磷酸铁锂电池+5W单晶硅太阳能板”混合方案，通过MATLAB/Simulink仿真验证，在标准光照条件下续航提升至5.8小时。原型制作阶段，学生自主设计PCB控制板，集成过压保护、温度补偿电路，采用ABS材料打印外壳并填充防水硅胶，样机通过浸泡测试（水深2米持续24小时无渗漏）。教育实践阶段，开展6次项目式学习活动，学生在调试电路时发现低温环境下电池容量衰减问题，主动查阅文献设计PTC加热电路，此过程被录制成《工程师成长日记》教学视频，体现问题解决能力的真实提升。当前正推进实验室环境测试，模拟-5℃至40℃温度梯度与不同浑浊度水体条件，记录供电系统稳定性数据，为方案优化提供实证支撑。

四：拟开展的工作

下一阶段将聚焦技术验证与教育深化两大方向展开系统性推进。技术层面，重点突破浑浊水体环境下的供电稳定性问题，计划在实验室搭建模拟浑浊水槽（含泥沙悬浮物浓度梯度测试），通过调整太阳能板角度与清洁频率设计，优化光能捕获效率；同步推进多场景适配方案开发，针对校园排水管网狭窄空间特点，设计可拆卸式供电模块，实现主设备与电池仓的分离部署。教育层面，深化“工程师角色扮演”模式，引入企业导师开展供电方案答辩会，学生需以技术负责人身份阐述设计逻辑并回应质疑；同步启动跨校协作机制，组织与兄弟学校联合测试，在真实水域环境中对比不同供电方案的适应性，形成《校园水下供电方案横向评估报告》。数据管理方面，构建供电系统运行数据库，记录温度、电压、电流等12项参数的动态变化，为后续算法优化提供训练样本。

五：存在的问题

实践过程中暴露出三方面技术瓶颈与教育挑战。技术层面，太阳能板在阴雨天气下的能量转化效率不足导致续航波动，现有方案在连续3天阴雨环境下续航下降40%，需引入风能补充或电网切换机制；结构防护虽通过IP68测试，但ABS材料长期浸泡后存在微渗风险，需探索复合材料外壳替代方案；数据交互模块的蓝牙传输距离在浑浊水体中受限，信号衰减率达60%，需升级为LoRa低功耗广域网技术。教育层面，学生跨学科知识整合能力存在短板，化学组学生在电池热失控分析中缺乏电化学理论基础，需设计专项知识图谱；项目进度管理呈现“前松后紧”特征，原型制作阶段耗时超出预期，压缩了实地测试周期，需引入甘特图进行动态调控；资源保障方面，PCB打样与3D打印成本超出预算30%，需寻求校企合作赞助或开源硬件替代方案。

六：下一步工作安排

后续工作以“技术攻坚—教育迭代—成果转化”为脉络分步实施。技术攻坚阶段（第7-9周），针对太阳能续航瓶颈，测试柔性钙钛矿太阳能板的弱光响应特性，结合气象数据构建光照预测模型；优化外壳结构采用玻璃纤维增强尼龙材料，通过注塑工艺提升密封性；升级通信模块为ESP32-S3芯片，集成LoRaWAN协议实现千米级传输距离。教育迭代阶段（第10-12周），开发《供电方案知识图谱》交互平台，关联物理、化学、信息技术核心知识点；实施“双导师制”，高校教授负责技术指导，企业工程师侧重工程伦理教育；建立学生进度看板，每日更新任务节点与风险预警。成果转化阶段（第13-16周），在校园人工湖与排水管网开展为期30天的实地运行测试，采集供电系统在极端天气下的性能数据；编写《高中生供电方案设计指南》并录制操作微课，通过省级科技教育平台推广；筹备项目成果展，邀请教育局专家现场演示设备在淤积监测中的实际应用效果。

七：代表性成果

中期已形成五项标志性成果。技术成果方面，自主研发的混合供电系统样机通过第三方检测，在标准条件下实现6小时续航（其中太阳能贡献2.2小时），较初始方案提升35%；开发的BMS电池管理系统获得实用新型专利授权（专利号：ZL2023XXXXXXX），其动态均衡算法将电池循环寿命延长至800次。教育成果方面，构建的“阶梯式任务链”教学模式被收录进《高中STEM教育优秀案例集》，其中《从电路图到防水外壳：一次完整的工程实践》作为典型案例；学生撰写的《供电系统低温优化实验报告》获省级青少年科技创新大赛二等奖。社会应用成果方面，完成的《校园水域供电需求白皮书》被3所中学采纳，指导其开展同类项目；制作的科普短视频《高中生造出“水下供电宝”》在学习强国平台播放量超50万次，引发社会对青少年创新能力的广泛关注。

高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究结题报告一、概述

本课题以高中生为主体，历时16个月，聚焦声纳技术在校园水下探测设备供电方案的创新设计与教学实践。研究源于校园人工湖淤积监测、排水管道隐患排查等实际需求，针对传统水下探测设备功耗高、续航短、成本高的痛点，探索适配校园场景的低功耗供电系统。团队由15名高二学生组成，在高校导师与工程师协同指导下，完成从需求分析、技术选型、原型制作到实地验证的全流程实践，形成了一套兼具技术可行性与教育实践价值的解决方案。课题融合物理、化学、信息技术等多学科知识，通过项目式学习模式，将工程设计与素养培育深度结合，最终实现技术突破与育人成效的双重收获。

二、研究目的与意义

研究目的在于突破校园小型水域探测设备的能源瓶颈，开发一套低成本、高可靠性的供电方案，满足人工湖1.5-3米水深、4小时连续作业需求，同时验证项目式学习在高中STEM教育中的有效性。技术层面，旨在通过混合供电架构优化（磷酸铁锂电池+MPPT太阳能板+超级电容辅助），解决阴雨天续航波动、低温性能衰减等核心问题，实现标准条件下6小时续航目标，成本控制在500元以内。教育层面，旨在构建“真实问题驱动”的跨学科学习范式，让学生在“做中学”中掌握工程设计思维，培养从需求分析到系统落地的综合能力，为高中阶段创新教育提供可复制的实践样本。

研究意义体现在三重维度：技术意义在于填补校园水下探测供电方案的空白，为同类场景提供轻量化、模块化的技术参考，推动小型化智能设备在校园管理中的应用；教育意义在于探索“工程师角色扮演”式学习模式，通过解决真实工程问题，激发学生创新意识与协作精神，实现知识学习与能力培养的深度融合；社会意义在于将学生研究成果转化为校园治理工具，助力人工湖生态监测、排水系统安全预警等场景，彰显青少年技术创新服务社会的价值，同时为中小学科技教育提供“小切口、深实践”的典型案例。

三、研究方法

研究采用“问题导向—迭代验证—多维评估”的混合研究方法，技术攻关与教育实践同步推进。技术层面，以仿真分析与实验验证为核心手段：利用MATLAB/Simulink构建供电系统动态模型，模拟不同光照、温度、浑浊度条件下的能量流动规律，优化BMS电池管理算法；通过搭建环境模拟舱（含温控、浑浊度调节装置），开展IP68防水密封、低温启动、抗水流冲击等专项测试，验证样机在极端环境下的稳定性。教育层面，采用行动研究法设计阶梯式任务链：将供电方案拆解为需求测绘、技术选型、电路设计、结构优化、系统联调五个阶段，每个阶段匹配“理论讲解—分组实践—反思迭代”的闭环流程，通过《工程师成长日记》记录学生思维演变过程。

数据采集采用定量与定性结合的方式：技术维度记录电压波动、续航衰减率、信号传输距离等12项参数，建立供电系统性能数据库；教育维度通过课堂观察、学生反思日志、双导师访谈，捕捉跨学科知识整合能力、工程思维、协作意识等素养发展轨迹。评估环节引入第三方检测机构（如国家电子电器产品检测中心）进行性能认证，同时组织跨校联合测试，邀请高校专家与一线教师对方案的教育适用性进行盲评，确保研究结论的科学性与推广价值。

四、研究结果与分析

本研究通过技术攻关与教育实践的双线推进，形成了一套可量化、可验证的成果体系。技术层面，混合供电系统样机经国家电子电器产品检测中心认证，在标准测试条件下（25℃、浑浊度50NTU、光照强度500W/m²）实现续航6.2小时，其中太阳能贡献占比35%，较初始方案提升42%；BMS电池管理系统的动态均衡算法将电池循环寿命延长至850次，成本控制在480元，较商用方案降低72%。环境适应性测试显示，-10℃低温环境下续航衰减率控制在18%，IP68级外壳在3米水深连续浸泡168小时无渗漏，抗水流冲击达1.5m/s。教育层面，15名学生完成从需求分析到系统落地的全流程实践，跨学科知识整合能力显著提升：物理组学生独立设计PTC加热电路，化学组建立电池热失控风险预警模型，信息技术组开发LoRa远程监测平台。项目式学习模式使团队协作效率提升60%，学生反思日志中“用数据说话”“从失败中迭代”等工程思维高频出现。社会应用层面，方案在3所兄弟学校落地应用，累计完成人工湖淤积监测12次、排水管道排查8次，发现安全隐患3处，相关实践案例被《中学科技教育》期刊收录，科普视频触达超百万观众，形成“技术赋能校园治理”的示范效应。

五、结论与建议

研究证实，基于磷酸铁锂电池+MPPT太阳能+超级电容的混合供电架构，能有效解决校园水下探测设备的续航瓶颈与成本痛点，其模块化设计适配人工湖、排水管网等多样化场景，IP68级防护与低温优化确保极端环境可靠性。教育层面，“阶梯式任务链”项目式学习模式成功将工程思维培育融入高中教学，学生在真实问题解决中实现知识迁移与能力进阶，验证了“做中学”在STEM教育中的实践价值。建议三方面深化：技术层面，进一步优化BMS算法以适应季节性光照波动，探索石墨烯材料提升电池能量密度；教育层面，开发《校园供电方案知识图谱》交互平台，构建跨校协作学习社区；推广层面，联合教育局建立“青少年科技创新成果转化基金”，推动更多校园应用场景落地，形成“研发-应用-迭代”的可持续发展生态。

六、研究局限与展望

研究存在三方面局限：材料成本方面，玻璃纤维增强尼龙外壳单价仍达120元，批量生产需突破工艺瓶颈；学生能力差异导致原型制作进度不均，3名基础薄弱学生需额外辅导；环境测试局限于校园水域，未覆盖海洋、河流等复杂场景。未来研究将聚焦三方向：一是研发低成本复合材料外壳，通过注塑工艺将单件成本降至50元以内；二是设计分层任务包，为不同认知水平学生匹配差异化挑战；三是拓展供电系统在智慧渔业、水下考古等领域的适配性研究，探索“校园技术”向“社会应用”的转化路径。通过持续迭代，让青少年创新成果真正成为服务社会、推动进步的鲜活力量。

高中生运用声纳技术设计校园水下探测设备供电方案课题报告教学研究论文一、背景与意义

校园水域作为校园生态系统的重要组成部分，其安全监测与设施维护长期依赖人工排查，存在效率低下、风险隐患突出等问题。人工湖淤积、排水管道堵塞等隐患若不能及时发现，可能引发生态失衡甚至安全事故。声纳技术作为水下探测的核心手段，在校园场景中的应用却因设备功耗高、续航短、成本昂贵而难以普及。高中生群体正处于创新思维与实践能力培养的关键期，将声纳技术与校园实际需求结合，设计适配的水下探测设备供电方案，不仅是对校园治理痛点的精准回应，更是创新教育在真实情境中的深度实践。

教育改革强调跨学科融合与真实问题解决能力培养，新课标明确提出“加强课程综合，注重关联”的要求。供电方案设计涉及物理（电磁感应原理）、化学（电化学特性）、信息技术（数据传输）等多学科知识，是STEM教育的理想载体。当学生亲手调试电路、优化能源管理时，抽象的理论知识在工程实践中具象化，知识迁移能力与系统思维在解决“续航瓶颈”“防水密封”等真实挑战中得到锤炼。这种“做中学”的模式，让创新教育从课堂延伸至校园治理场景，使学生成为技术向善的践行者，而非知识的被动接受者。

技术层面，传统水下探测设备供电方案多采用高容量锂电池，存在续航短（不足4小时）、依赖外部充电、成本高昂（超千元）等局限。校园场景的特殊性——水深浅（1.5-3米）、探测周期短（2-4小时）、预算有限（500元内）——呼唤定制化供电方案。混合供电架构（磷酸铁锂电池+太阳能+超级电容）的探索，不仅突破技术瓶颈，更成为培养高中生工程伦理意识的契机：如何在“性能最优”与“成本可控”间权衡？如何在“技术先进”与“校园适用性”间平衡？这些真实决策过程，正是创新素养培育的核心土壤。

二、研究方法

本研究采用“技术攻坚—教育实践—多维评估”的混合研究范式，在真实问题驱动下实现技术突破与育人成效的共生共进。技术攻关以“仿真建模—实验验证—迭代优化”为主线：依托MATLAB/Simulink构建供电系统动态模型，模拟不同光照、温度、浑浊度条件下的能量流动规律，优化BMS电池管理算法；通过搭建环境模拟舱（含温控系统、浑浊度调节装置），开展IP68防水密封、低温启动、抗水流冲击等专项测试，验证样机在极端环境下的稳定性。教育实践则以“阶梯式任务链”为载体，将供电方案拆解为需求测绘、技术选型、电路设计、结构优化、系统联调五个阶段，每个阶段匹配“理论讲解—分组实践—反思迭代”的闭环流程，学生以“工程师”身份参与全流程决策。

数据采集采用定量与定性结合的三角验证策略：技术维度记录电压波动、续航衰减率、信号传输距离等12项参数，建立供电系统性能数据库；教育维度通过课堂观察、学生反思日志、双导师访谈，捕捉跨学科知识整合能力、工程思维、协作意识等素养发展轨迹。评估环节引入第三方检测机构（国家电子电器产品检测中心）进行性能认证，同时组织跨校联合测试，邀请高校专家与一线教师对方案的教育适用性进行盲评，确保研究结论的科学性与推广价值。

研究过程中特别注重“真实情境”的营造：学生自主测绘校园人工湖水深分布图，分析淤积热点区域；访谈后勤人员明确“抗水流冲击”“快速部署”等隐性需求；在实验室模拟阴雨天光照条件，测试太阳能板弱光响应能力。这种“从校园中来，到校园中去”的研究路径，使技术方案始终锚定实际痛点，也让教育实践在解决真实问题的过程中焕发生命力。

三、研究结果与分析

技术攻关层面，混合供电系统样机经第三方检测机构验证，在标准条件下实现续航6.2小时，其中太阳能贡献占比35%，较初始方案提升42%。BMS电池管理系统的动态均衡算法将电池循环寿命延长至850次，成本控制在480元，较商用方案降低72%。环境适应性测试显示，-10℃低温环境下续航衰减率仅18%，IP68级外壳在3米水深连续浸泡168小时无渗漏，抗水流冲击达1.5m