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第8课
跨学科主题：在线校园气象站
八年级
上
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
项目情境与任务
04
认识天气预报与气象站
05
在线气象站制作
06
课后练习
07
课堂小结
08
板书设计
教学目标
通过在线校园气象站项目，融合信息科技、地理、数学、物理知识，培养跨学科解决问题的能力。
信息社会责任
能够识别常见天气符号，准确识别并区分传统气象站观测设备，说出天气预报基本内容。
信息意识
综合运用传感器知识，在校园内合理选址、搭建气象站基站，动态采集数据并分析。
计算思维
通过小组协作设计与制作，说出常见生物适宜温度，对环境问题发表看法。
数字化学习与创新
新知导入
中国气象事业经过几代人的奋斗，已深度服务我国社会经济发展和人民生产生活。截至2022年3月，我国已成功发射"两代四型"共19颗风云气象卫星，能持续为全球118个国家和地区提供数据产品和服务。我国气象工作者不断改进预报方法，天气预报准确率大幅提升，极大减少了台风、暴雨、洪水等灾害造成的生命和财产损失。
新知导入
能够识别常见天气符号，准确识别并区分传统气象站观测设备，说出天气预报的基本内容。
综合运用信息科技、数学、物理、地理知识，在校园内合理选址，搭建在线数字气象站基站，动态积累数据并分析。
能够说出生活中常见生物的适宜温度值，并对环境问题发表自己的看法。
02
03
01
探究新知
一、项目情境
为什么夏天走在街上感觉到的实际温度，明显比气象部门公布的温度高？为什么有时候气象台发布了局部黄色暴雨警告，人们却没等来一场雨？天气预报到底是预报什么信息？你知道怎么看天气预报吗？
本课以信息科技课程中物联网的开源硬件等知识为主体，融合了地理课程中的自然气候观察、数学课程的数据整理、物理课程中的温湿度测量等知识，和多个学科形成关联。
探究新知
三、项目实施
（一）模拟天气预报
请同学们查找有关天气预报的资料，了解天气预报的内容和分类，思考并回答下列问题：
（1）播报员在播天气预报时，播报了哪些数据？这些数据在画面上是如何表示的？
（2）天气预报一般使用哪些常用语？请分别说一说它们的含义。
（3）1mm的降水量有多少？中到大雨、暴雨、大暴雨究竟有多大？
探究新知
三、项目实施
天气预报中常见的数据包括：
温度：今天最高温度、今天最低温度、明天最高温度、明天最低温度
天气状况：晴、多云、阴、小雨、大雨、暴雨、雪等
风向风力：东风、南风、西风、北风，风力等级
降水量：小雨<10mm、中雨10-25mm、大雨25-50mm、暴雨50-100mm
空气质量指数：优、良、轻度污染等
湿度：相对湿度百分比
(一)模拟天气预报
探究新知
三、项目实施
天气预报中常见的时间用语及对应时间：
凌晨：3:00—5:00（夜晚）
早晨：5:00—8:00（日出后）
上午：8:00—11:00
中午：11:00—13:00
下午：13:00—17:00
这些时间用语在天气预报中分别对应不同的图标，帮助人们快速理解不同时段的天气情况。
(一)模拟天气预报
探究新知
三、项目实施
拓展阅读——降水量等级
1mm降水量相当于在1平方米面积上降下1公斤水。
小雨：24小时降水量<10mm
中雨：24小时降水量10-24.9mm
大雨：24小时降水量25-49.9mm
暴雨：24小时降水量50-99.9mm
大暴雨：24小时降水量100-249.9mm
特大暴雨：24小时降水量≥250mm
(一)模拟天气预报
思考活动
请同学们收看一段天气预报，记录播报了哪些数据，并用思维导图整理出来。
例：天气预报思维导图
内容1：温度——今天最高温度、明天最低温度
内容2：天气状况——晴/多云/雨
内容3：风向风力——东南风3级
内容4：空气质量——优
实践活动
天气预报思维导图参考
最高温度、最低温度、体感温度，用红色/蓝色数字表示
温度
晴、多云、阴、小雨、大雨、雪，用天气图标表示
天气状况
风向（东/南/西/北风）和风力等级，用风向标表示
风向风力
优、良、轻度污染、中度污染，用颜色区分
空气质量
探究新知
三、项目实施
原始社会末期就有了陶寺观象台，西汉《淮南子》确立了二十四节气……中华民族从事气象活动的历史悠久，在气象观测、预测和气象科学认知领域留下了宝贵的气象文化遗产。
请同学们查找气象站相关资料，搜索"中国气象科技展馆""北京市气象探测中心"等气象网站，进行云上参观，了解我国气象预测历史和气象站发展史。
(二)认识传统气象站
探究新知
三、项目实施
气象站发展时间轴（请挑选7个具有重大意义的节点）：
陶寺观象台：原始社会末期，最早的观象授时遗迹
西汉：《淮南子》确立二十四节气
1912年：中国自办的第一个气象台——中央观象台成立
1950年：中央气象台成立
1988年：第一颗风云一号气象卫星发射
2016年：风云四号卫星发射
2022年：共发射"两代四型"19颗风云卫星，服务全球118国
(二)认识传统气象站
探究新知
三、项目实施
百叶箱是安装温湿度仪器的防护设备。其作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器并使仪器感应部分有适当通风，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。
百叶箱距地面约1.5米，四周由双层百叶窗组成，叶板与水平面成45°倾角，便于空气流通，让传感器更好地完成观测。
(二)认识传统气象站
探究新知
三、项目实施
百叶箱分类与测量方法：
木质百叶箱分大小两种：小百叶箱安装干球和湿球、最高最低温度表；大百叶箱安装温度计、湿度计或铂电阻温度传感器。
温度测量：最低温度计和最高温度计分别记录一天中的最低气温和最高气温。
湿度测量：①干湿球温度计——两个温度计，一个被湿布包裹，蒸发制冷，比较差值测相对湿度；②毛发湿度计——利用头发受潮变长的原理记录湿度。
小组协作：完成一个传统"天气预报气象站"的结构设计图。
(二)认识传统气象站
探究新知
三、项目实施
（三）在线数字气象站制作
1.项目设计
天气预报属于预测科学，预测科学不可能完全准确。我国天气预报水平经过长时间积累已有快速发展。
请同学们小组协作，设计制作一个校园气象站，努力实现校园局部天气预报的精确播报。为了准确播报校园气象信息，需要解决哪些问题？列出感兴趣的问题，进行组内头脑风暴，初步明确制作思路。
探究新知
三、项目实施
表8-1 项目方案设计表
项目名称：________ 项目时长：________
团队名称：________ 团队成员：________
预报的数据：温度、湿度、风速、风向、气压、空气质量
拟采用的装备：温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器、空气质量传感器
物联网架构图：传感器→智能终端→网络(路由器)→IoT服务器→Web端/移动端
1.项目设计
探究新知
三、项目实施
硬件接线参考：
风速传感器→转串口模块
风向传感器→转串口模块
温湿度传感器→P21口（I2C）
气压传感器→I2C口
舵机→P23口
所有传感器连接到主控板，通过网络上传数据到IoT服务器。
1.项目设计
探究新知
三、项目实施
程序流程参考（移动端）：
开始→订阅"SIoT"消息→定义"开窗"按钮→发送"OPEN"到SIoT
回调函数：接收SIoT消息→将传感器数据更新到主控板
回调函数：触发"关窗"→发送"CLOSE"到SIoT
1.项目设计
探究新知
三、项目实施
2.项目制作与实践
根据设计方案，利用收集到的材料，以小组分工合作的方式，自行动手创作一个作品。制作完成后，还需对作品进行测试、收集数据并记录，经过优化调整，形成最终作品。
部署地选择：该气象站拟置于校园上，因为那里地势平坦、通风良好、无遮挡……
2.项目制作与实践
光线 声音 灯的状态
强 小 灭
强 大 灭
弱 小 灭
弱 大 亮
探究新知
三、项目实施
完成项目后，请以小组为单位分享项目制作过程，完成表8-3项目心得分享，并在班级内分享。
表8-3 项目心得分享：
项目名称、团队名称
小组成员怎么分工？你负责哪个部分？
设计过程中遇到了哪些困难？又是怎样解决的？
如果以后有类似活动，你觉得怎样做会更好？
3.项目心得分享
思考活动
讨论：在校园内搭建气象站，你认为应该选在什么位置？为什么？
提示：
是否需要避开高大建筑物遮挡？
是否需要远离操场水泥地面？
通风条件如何？
是否方便接线和取电？
思考活动
选址参考
校园气象站选址建议：
选在操场草坪或教学楼顶开阔处
四周无高大建筑遮挡，通风良好
距地面1.5米以上，避免地面辐射影响
避开水泥地面、空调外机等热源
方便接电和网络信号
不影响学生正常活动
探究新知
四、交流评价与反思
每次活动结束后开展自我评价和小组评价。
（一）自我评价
通过自评可以帮助大家对自身学习行为进行初步的感性认识，明白优势与不足之处，激发学习兴趣。请填写表8-4，完成项目自评表。
（一）自我评价
探究新知
四、交流评价与反思
通过"在线数字气象站"项目，你学到了哪些知识？
信息技术：物联网传感器、数据采集、IoT平台
地理：气候观察、天气符号、二十四节气
物理：温湿度测量原理、百叶箱结构
通过本项目，你提高了哪些能力？
探究能力、实践能力、创新能力、合作能力、表达能力
表8-4 项目自评表
探究新知
四、交流评价与反思
你喜欢本项目吗？请说一说具体的内容和理由。
内容：________________ 理由：________________
你主动学习了哪些知识？________
你在教师指导下学习了哪些知识？________
你与同学协作学习有何收获？________
你对这次项目的学习满意度：☆☆☆☆☆
你的感想和建议：________________
表8-4 续表
探究新知
四、交流评价与反思
在班级分享过程中，每位同学都需要认真听讲，并对每个小组的分享进行评价。小组分享评价表如表8-5。
评价维度：
气象站设计方案是否合理
传感器选型是否恰当
数据采集是否准确
小组分工是否明确
展示表达是否清晰
（二）小组评价
项目知识梳理
本课知识梳理：
天气预报：温度、天气状况、风向风力、降水量、空气质量
时间用语：凌晨/早晨/上午/中午/下午
传统气象站：陶寺观象台→二十四节气→中央观象台→风云卫星
百叶箱：温湿度测量，距地面1.5米，45°叶板
数字气象站：传感器→主控板→网络→IoT平台→Web/移动端
跨学科融合：信息科技+地理+数学+物理
课堂总结
本课我们完成了"在线校园气象站"跨学科项目。我们学习了天气预报的内容（温度、天气状况、风向风力、降水量），认识了传统气象站的发展历史和百叶箱的测量原理，体验了从项目设计、传感器选型、硬件接线到数据上传的完整物联网开发流程。通过小组合作，我们将信息科技、地理、数学、物理知识融合在一起，制作了属于自己的校园气象站。
课后作业
(1) 持续观察记录本校气象站一周的数据，画出温度变化曲线图。
(2) 查阅资料：天气预报为什么不能100%准确？
(3) 思考：校园气象站还可以增加哪些传感器？有什么用？
板书在线校园气象站 教学设计
课题 在线校园气象站 单元 走进物联网
学科 初中信息科技 年级 八年级
教材 赣科版八年级上册 课时 第一课时
课型 跨学科项目实践课 主题 设计制作校园气象站
教材分析
本课是跨学科主题项目课，融合信息科技、地理、物理、数学知识，以"在线校园气象站"为主题。教材从我国气象事业发展（19颗风云气象卫星服务全球118国）引入，通过问题情境（为什么体感温度比预报高？为什么暴雨预报不准？）引导学生关注天气预报。项目实施分三部分：（1）模拟天气预报——了解天气预报内容（温度、天气状况、风向风力、降水量等级、空气质量）和时间用语；（2）认识传统气象站——从陶寺观象台、二十四节气到百叶箱的结构和测量原理；（3）在线数字气象站制作——小组设计方案、传感器接线（风速/风向/温湿度/气压/舵机）、SIoT平台程序流程、校园选址部署、数据采集与分析。最后通过自评和小组评价完成项目反思。
学习目标
信息意识：能够识别常见天气符号，准确识别并区分传统气象站观测设备，说出天气预报基本内容。
计算思维：综合运用传感器知识，在校园内合理选址、搭建气象站基站，动态采集数据并分析。
数字化学习与创新：通过小组协作设计与制作在线数字气象站，完成项目方案设计、硬件接线、程序编写和测试优化。
信息社会责任：通过在线校园气象站项目，融合信息科技、地理、数学、物理知识，培养跨学科解决问题的能力；能说出常见生物适宜温度，对环境问题发表看法。
重点
天气预报的内容（温度、天气状况、风向风力、降水量等级）；传统气象站百叶箱的结构和测量原理；在线气象站的传感器接线和SIoT程序流程；校园气象站选址原则。
难点
传感器数据采集与SIoT平台通信；校园气象站合理选址；跨学科知识融合运用；项目方案设计与优化。
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. 介绍我国气象事业：经过几代人奋斗，截至2022年3月已发射"两代四型"共19颗风云气象卫星，为全球118个国家和地区提供数据产品。
2. 三个学习目标：
（1）识别天气符号，区分传统气象站设备，说出天气预报内容
（2）综合运用多学科知识，在校园内选址搭建数字气象站
（3）说出常见生物适宜温度，对环境问题发表看法 听讲我国气象发展成就。
明确学习目标。 从国家气象成就导入，激发兴趣和民族自豪感。
项目情境 提出问题：
（1）为什么夏天走在街上感觉的温度，比气象部门公布的高？
（2）为什么有时发了暴雨预警却没下雨？
（3）天气预报到底预报什么？你会看天气预报吗？ 思考问题，联系生活经验。
讨论：体感温度和实际温度为什么有差异？ 用真实问题驱动，激发探究欲望。
（一）模拟天气预报 1. 布置任务：查找天气预报资料，了解天气预报内容和分类。
2. 天气预报数据：
温度：最高/最低温度，红色/蓝色数字
天气状况：晴、多云、阴、小雨、大雨、暴雨、雪，用图标表示
风向风力：东/南/西/北风，风向标
空气质量：优、良、轻度污染，用颜色区分
3. 时间用语：凌晨3-5点、早晨5-8点、上午8-11点、中午11-13点、下午13-18点。
4. 降水量等级：小雨<10mm、中雨10-24.9mm、大雨25-49.9mm、暴雨50-99.9mm（24小时）。1mm=1平方米面积上1公斤水。 记录天气预报要素。
学习时间用语和降水量等级。
思考：这些数据在电视上怎么呈现？ 系统学习天气预报基础知识，为后续项目打基础。
思考活动 1. 布置任务：收看一段天气预报，记录播报了哪些数据，用思维导图整理。
2. 参考思维导图：
温度：最高/最低/体感温度
天气状况：晴/多云/雨/雪
风向风力：风向+等级
空气质量：颜色区分等级 观看天气预报视频。
小组合作整理思维导图。
记录关键数据。 通过思维导图结构化天气预报知识。
（二）认识传统气象站 1. 气象历史：原始社会末期陶寺观象台→西汉《淮南子》确立二十四节气→1912年中国自办第一个气象台→现代气象卫星。
2. 百叶箱：安装温湿度仪器的防护设备，防止太阳直接辐射和地面反射，保护仪器并保持通风。距地面1.5米。
3. 百叶箱分类：
小百叶箱：干球/湿球温度表、最高/最低温度表
大百叶箱：温度计、湿度计或铂电阻传感器
4. 温度测量：最低温度计和最高温度计分别记录极值。 了解气象站发展时间轴。
理解百叶箱为什么距地面1.5米。
记录大小百叶箱的区别。 从历史文化到科学原理，跨学科融合地理和物理知识。
（三）在线数字气象站制作 1. 项目设计：小组合作设计制作校园气象站，实现温度、湿度、风速、风向、气压等数据的自动采集和在线显示。
2. 表8-1项目方案设计：项目名称、团队、预报数据、传感器选型、部署位置。
3. 硬件接线：
风速传感器→转串口模块
风向传感器→转串口模块
温湿度传感器→P21口（I2C）
气压传感器→I2C口
舵机→P23口
4. 程序流程：开始→订阅SIoT消息→定义"开窗"按钮→发送"OPEN"→回调函数接收传感器数据→更新显示。 小组填写方案设计表。
讨论传感器选型和接线方式。
理解SIoT通信流程。 综合运用前几课的传感器和通信知识，进行工程设计。
项目制作与实践 1. 根据设计方案，小组分工动手制作：
收集材料：传感器、主控板、支架
组装硬件，按接线图连接
编写程序，采集传感器数据
测试数据，优化调整
2. 部署地点：根据选址建议安装气象站。
3. 持续采集数据并记录。 小组分工制作气象站。
连接传感器和主控板。
测试数据，调试程序。 动手实践，将设计转化为实物。
思考活动
校园选址 讨论：校园气象站应选在什么位置？为什么？
选址建议：
选在操场草坪或教学楼顶开阔处
四周无高大建筑遮挡，通风良好
距地面1.5米以上，避免地面辐射
避开水泥地面、空调外机等热源
方便接电和维护 讨论选址方案。
实地观察校园，选择最佳位置。
说明选址理由。 培养工程选址思维，联系百叶箱1.5米高度知识。
项目心得分享 1. 表8-3项目心得分享：
项目名称、团队名称
小组成员分工，你负责哪部分
遇到什么困难，怎样解决
从成功和失败中学到什么
以后怎样做更好
2. 组织班级分享交流。 小组准备分享。
班级展示气象站作品。
交流收获和不足。 分享反思，互相学习。
交流评价与反思 1. 自我评价（表8-4）：
学到了哪些知识？（物联网传感器、天气符号、温湿度原理）
喜欢本项目吗？理由？
主动学习了哪些知识？
2. 小组评价（表8-5）：
设计方案是否合理
传感器选型是否恰当
数据采集是否准确
小组分工是否明确 填写自评表。
认真听取其他小组分享，填写评价表。 多元评价，促进反思提升。
课堂总结 本课完成了"在线校园气象站"跨学科项目。我们学习了天气预报的内容（温度、天气状况、风向风力、降水量、空气质量），认识了传统气象站发展历史和百叶箱测量原理，体验了从项目设计、传感器接线、SIoT通信到选址部署的完整过程，融合了信息科技、地理、物理、数学知识。 回顾知识梳理。
梳理：天气预报→传统气象站→数字气象站制作。 总结跨学科项目收获。
课后作业 （1）持续观察记录本校气象站一周数据，画出温度变化曲线图。
（2）查阅资料：天气预报为什么不能100%准确？
（3）思考：校园气象站还可以增加哪些传感器？有什么用？ 完成课后作业。 持续观察，延伸探究。
板书设计
第8课 在线校园气象站（跨学科项目）
一、天气预报：温度/天气/风向风力/降水量/空气质量
二、传统气象站：陶寺观象台→二十四节气→百叶箱（1.5米）
三、数字气象站：
传感器：风速/风向/温湿度(I2C)/气压(I2C)/舵机(P23)
通信：SIoT平台订阅/发布
选址：开阔草坪/楼顶、无遮挡、通风、避热源

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