资源简介

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第1课《规划校园数字气象站》教学设计
课题 规划校园数字气象站 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级下
核心素养目标 信息意识：理解气象数据从传感器采集到云端分析的完整流程，意识到温度、降雨量等数字背后依赖物联网技术与气象科学的协作，形成数据驱动生活的认知。计算思维：认识气象数据，感受物联网数据分析，通过物联网技术制作设计校园数字气象站，体验物联网的创新应用。数字化学习与创新：通过网络了解多样化的气象数据数字化测量手段，尝试设计出校园数字气象站的示意图。信息社会责任：了解气象数据用于灾害预警的社会价值，在使用校园气象站数据时遵守隐私保护规则，意识到技术需为人类安全和环境保护服务。
教学重点 掌握气象数据从传感器采集到云端处理的全流程，理解物联网技术（如传感器组网、主控板控制）在校园气象站中的具体应用。学会分析气象数据可视化（如温度曲线图）的意义，并能用数字化工具（如物联网云平台）设计简易天气预警反馈系统。
教学难点 将气象数据（如湿度、风速）与可视化图表、预警规则（如大风关窗）关联，需结合数学计算与逻辑判断能力。从技术应用（如校园气象站）延伸到社会责任（如数据隐私、环境保护），需建立技术伦理与实际问题结合的认知。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 1.聚焦校园数字气象站能通过智能传感器监测天气数据，我们可以用学过的物联网知识设计搭建方案，并参考网络上的电子测量方法，绘制出简单易懂的气象站结构示意图。2.探索诊断报告可以播放视频《校园气象站》。 学生分组调研数字气象站的基本功能和所需传感器，并绘制简单的示意图。观看视频 通过收集和整理资料帮助学生了解气象站的核心组件和工作原理。通过可告的构成要素。
讲授新课 新知讲解：一、做一做现在网络技术很发达，我们可以方便地在网上查看天气、温度、湿度等气象数据。你可以试着打开“国家气象科学数据中心”官网，了解更详细的气象信息。我们可以打开“国家气象科学数据中心”网站，试着查一个地方的气象实况数据（比如你家乡的天气）。选一个数据，比如温度或降水量，猜一猜：数据采集：可能是通过气象站、卫星或雷达的传感器自动记录的，你觉得它们藏在哪儿？数据传输：这些数据怎么“跑”到网站上的？会不会像快递一样通过网络“打包发送”？可视化：网站上的温度曲线图或雨量柱状图，是怎么从数字变成图形的？用颜色或符号帮你一眼看懂？二、写一写通过在线气象平台以及其他网络途径查找资料，写出至少三种气象数据及其表达的含义、传统测量手段、数字化测量手段。气象数据含义传统测量手段数字化测量手段降水量一定时间内,从空中降落到水平面上的雨、雪、冰雹等,假定无 渗漏，不流失，也不蒸发，累积起来的水的深度，称为降水量漏斗式雨量器、 虹吸式雨量计、 翻斗式雨量计等翻斗式雨量传感器、压电动能式传感器等气温空气的冷热程度，反映大气热力状态的基本参数，通常用摄氏度（℃）或华氏度（℉）表示玻璃液体温度计（水银/酒精）、双金属片温度计、最高最低温度计热敏电阻温度传感器、红外辐射测温仪、铂电阻温度传感器（PT100）风速空气流动的快慢，单位是米/秒（m/s）或公里/小时（km/h）。例如：台风时风速可能超过30m/s。风车式风速计、杯式风速计（带机械指针）超声波风速传感器、热线风速仪（电子显示）湿度空气中水蒸气的含量，用百分比（%）表示相对湿度。例如：下雨前湿度可能接近100%。毛发湿度计（毛发随湿度伸缩）、干湿球温度计（用温差计算湿度）电容式湿度传感器、电子湿度计（数字显示屏）三、议一议什么是校园数字气象站？它应该具备哪些功能？校园数字气象站是一个安装在学校的“小型天气监测站”，它用传感器、电子屏幕等设备，自动测量并显示天气数据（比如温度、湿度、风速、雨量等），像一群“天气小助手”帮你观察天气！实时监测：能自动测量温度、湿度、风力、降雨量等基本天气数据。自动记录：像写日记一样，把每天的数据存起来，方便查过去几天的天气变化。直观显示：用大屏幕或手机APP显示数据，比如温度用曲线图，下雨用雨滴动画。天气预警：如果遇到大风或暴雨，能提前发出警报，提醒同学注意安全。科学实验：配合科学课，比如用数据研究“植物生长和温度的关系”。四、能量加油站气象数据的全流程处理步骤解析数据采集：气象站通过温度计、湿度传感器、风速仪等设备，实时抓取温度、湿度、风力、降雨等数据，并自动将自然现象转化为电子信号或数字代码。数据传输：采集到的数据像“快递包裹”一样，通过网线、无线网络甚至卫星信号，“飞奔”到气象局或云端服务器，确保数据快速抵达不丢失。数据存储：抵达服务器的数据被分类存档，像图书馆整理书籍一样，存入数据库或电子表格中，方便随时调取历史天气记录。数据处理与分析：科学家用程序给数据“洗澡”（清洗错误值）、“换装”（统一单位），再通过图表、地图或动画，将枯燥数字变成直观的天气预报和灾害预警。五、设计校园数字气象站的设计思路第一步：装一群“天气侦察兵”，在校园里安装各种传感器小帮手。温湿度传感器（测空气干湿冷热）雨滴监测器（数雨点有多少）风速/风向传感器（看风往哪儿吹、跑多快）气压传感器（感受天气是“轻松”还是“闷闷不乐”）它们像小侦探一样，全天候盯着天气变化！第二步：让数据“坐快递”去云端。这些传感器用网线或Wi-Fi，把数据“打包”发送到物联网云平台（类似一个“天气日记本”）。比如：下雨时，雨滴监测器大喊：“报告！10分钟下了5毫米雨！”数据立刻“飞”到云端，自动生成表格和曲线图。第三步：用“智能大脑”控制设备。在校园放一个主控板（像气象站的“指挥官”）：它连接传感器，指挥它们工作；还能控制“反馈装置”，比如发现大风时，自动关闭教室窗户（防止书本被吹飞）。第四步：手机变身“天气遥控器”用另一个主控板当移动终端，老师和同学可以用手机：随时查看校园实时天气（比如体育课前看会不会下雨）；远程控制设备（比如放学后一键关闭所有气象设备）。中午突然刮大风→风速传感器报警→主控板收到信号→自动关窗+给老师手机发提醒：“门窗已关好，同学们放心午休吧！”六、做一做根据已有物联网的知识以及对校园数字气象站的认识，补充完整校园数字气象站原理图，将序号或文字填写在对应的空白处。①传感器：用于获取多种气象数据②执行器：根据反馈控制执行相应的动作③移动终端：用于显示气象数据并通过界面反馈控制④计算机终端：用于显示气象数据以及连接物联网平台⑤智能终端：用于显示气象数据⑥物联网平台：用于收集、存储气象数据⑦网络(路由器)：提供物联网数据交互⑧其他：七、拓展延伸天气预报背后的超级计算机与人工智能24小时待命的“气象大脑”：超级计算机每秒能计算数亿次，像一台“天气模拟器”，快速处理全球气象数据，预测未来几天的天气变化。AI学习天气的“小助手”：人工智能通过分析历史天气数据，自动识别台风路径、降雨模式，帮科学家优化预报精准度。卫星和雷达：天空中的“气象侦察兵”卫星的“千里眼”：气象卫星在太空拍照，监测云层移动、海洋温度，甚至火山灰扩散，为天气预报提供“全景地图”。雷达的“透视眼”：地面雷达发射微波，穿透云层探测雨滴大小、风暴强度，实时追踪雷雨和冰雹的“行踪”。航天科技中的气象监测：空间站如何预测天气空间站的“太空气象台”：宇航员在空间站用特殊仪器观测地球大气层，研究极光、臭氧层变化，补充地面观测的“盲区”。遥感卫星的“数据接力”：空间站配合遥感卫星，监测全球海洋温度、冰川融化速度，帮助科学家分析长期气候变化规律。 一、做一做访问“国家气象科学数据中心”网站，查找当地天气数据，小组分析数据采集方式（如气象站、卫星、雷达），探讨数据传输过程，绘制数据可视化图表，并分享学习成果。二、写一写小组协作在线气象平台以及其他网络途径查找资料，写出至少三种气象数据及其表达的含义、传统测量手段、数字化测量手段。三、议一议小组建立一个天气数据日志，记录每天的气温、湿度、风速和降雨量。定期收集数据，将其录入电子表格。分析数据趋势，识别天气模式。四、能量加油站小组讨论如何改进各环节的效率，并交流对气象数据处理应用的理解。五、设计分组协作在校园中安装温湿度、雨滴、风速和气压传感器。编程设定主控板，配置反馈装置，实现自动响应天气变化的功能，如自动关窗。六、做一做根据已有物联网知识和对气象站的理解，补充完整的校园数字气象站原理图。填七、拓展延伸分析AI在识别台风路径和降雨模式中的作用，讨论其对预报精准度的提升。 一、做一做通过实际操作，培养学生的信息检索能力、数据分析技能，理解气象数据的来源及其传输和展示的过程。二、写一写通过小组协作，培养学生的团队合作和问题解决能力，增强对气象数据技术演变的理解，提高资料查找和综合分析能力。三、议一议通过小组讨论，学生可以分享各自的发现，讨论季节性变化和异常天气现象。提高对数据重要性的认识，理解气象数据在预测和环境研究中的应用。四、能量加油站通过合作与交流，增强学生的批判性思维和解决问题的能力。五、设计通过实践操作，帮助学生理解传感器的工作原理和安装技巧，并掌握编程与系统集成，体验如何结合硬件与软件实现自动控制。六、做一做帮助学生系统化地整理所学知识，增强对气象站工作原理的理解。七、拓展延伸帮助学生了解AI在气象预报中的应用，激发学生对科技与天气预测的兴趣。
课堂小结 规划校园数字气象站1、进行新知引入2、了解多样化的气象数据3、掌握数字校园气象站设计4、完成课堂练习5、进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、简述校园数字气象站设计的第一步和第二步需要做什么。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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