资源简介

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跨学科主题学习 搭建在线数字气象站 · 课堂练习单
姓名：______________ 班级：______________ 日期：______________
一、填一填（认识在线数字气象站）
DHT11温湿度传感器　BMP388气压传感器　ENS160空气质量传感器　风速传感器　电子开发板　物联网服务平台
术语 所属类别或含义（填一填）
气象数据、气象要素
DHT11、BMP388
电子开发板、传感器
物联网服务平台、Topic
二、连一连（将下列概念与其含义连线）
概念 含义
在线数字气象站 接收、存储和管理设备上传数据的平台
传感器 读取传感器数据并按程序处理、发送的核心部件
电子开发板 把被测物理量转换成电信号的元件，用于自动采集数据
物联网服务平台 用传感器自动采集气象数据、经物联网平台存储与应用的系统
三、填一填（气象数据与采集装置）
项目 填一填
气象站需要获取的数据（举两例）
温度、湿度选用的传感器
气压选用的传感器
数据上传后存储在哪里
气象站选址要注意什么
四、判一判（判断对错，正确打√，错误打×）
在线数字气象站通过传感器自动采集气象数据，无需人工值守。（　）
DHT11是一种温湿度传感器。（　）
程序运行时，先完成Wi-Fi连接，再进行MQTT连接。（　）
气象站选址应尽量靠近较高的建筑物和树木，以便遮风挡雨。（　）
传感器采集的数据经物联网服务平台存储后，可以用于模拟播报天气。（　）
五、说一说（在线数字气象站的优势与拓展应用）
网络术语 我的理解（说一说）
在线数字气象站
传感器
电子开发板
物联网服务平台
跨学科主题学习 搭建在线数字气象站 · 探索活动单
姓名：______________ 班级：______________ 日期：______________
活动一：了解气象站（步骤一）
查找资料，了解气象站一般需要获取哪些数据、如何获取，把结果记录在下表中。
序号 气象要素 观测方法
1 气温
2 湿度
3 气压
活动二：制作气象数据采集装置（步骤二）
选用传感器制作气象数据采集装置，并通过物联网服务平台存储收集到的数据，把过程记录在下表中。
记录项目 内容 说明
测量的气象要素
选用的传感器
活动三：搭建在线数字气象站（步骤三）
根据在线数字气象站选址条件，在校园内选择合适地点安装并测试设备，记录选址与测试情况。
选址条件 我的记录 说明
四周空旷，避开较高的建筑物和树木 避免遮挡，保证数据准确
避开磁场较强的地方 避免影响传感器工作
便于日常管理和维护 便于维护人员前往
跨学科主题学习 搭建在线数字气象站 · 课后调查单
调查人：______________ 调查对象：______________ 日期：______________
亲爱的同学，请观察校园或社区中的气象观测设备，或询问长辈，了解它们测量的气象要素与观测方法，并记录在下表中。
序号 气象观测设备 使用人 测量的气象要素 观测方法
1
2
3
4
5
6
提示：可以从“测量的气象要素”“观测时间”“是否自动采集”等方面记录，并思考在线数字气象站与传统气象站的不同。
我的发现与感想
家长评价
家长签名：______________ 日期：______________
评价（√）： ☆ 优秀 ☆ 良好 ☆ 继续努力
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教学设计
课题 跨学科主题学习 搭建在线数字气象站 单元 跨学科主题学习 学科 信息科技 年级 八年级 上册
教材分析 本跨学科主题学习选自上海科技教育出版社/贵州科技出版社《信息科技》八年级上册“跨学科主题学习·搭建在线数字气象站”（P88-P95）。主要内容包括：项目任务（气候对人类社会的影响、小组合作建造在线数字气象站）、相关学科（信息科技、科学、地理）、实验器材、小组分工与计划步骤，以及项目实践指导的四个步骤——了解气象站（表1 气象站需要获取的数据）、制作气象数据采集装置（表2 传感器的选择、硬件连接、编写程序、MQTT设置与运行）、搭建在线数字气象站（你知道吗·选址条件）、拓展应用；最后是展示与交流（表3 答辩记录）、反思与评价。学生在第一至第三单元学习了物联网的原理、标识感知与通信控制技术的基础上，本主题以项目式学习的方式，综合运用多学科知识动手实践，为后续信息科技学习积累跨学科项目经验。
学习目标 1.信息意识：感受物联网技术在气象数据采集中的应用，认识到传感器与物联网平台是获取真实数据的重要手段，增强主动关注身边数据、用数据说话的意识。 2.计算思维：能根据气象要素选择合适的传感器，理解数据采集装置“采集—传输—存储”的工作过程，初步学会分析物联网系统的组成与流程。 3.数字化学习与创新：能小组合作搭建在线数字气象站，使用程序设计软件与物联网服务平台采集、存储气象数据，并尝试拓展应用。 4.信息社会责任：在小组合作与展示交流中合理分工、如实记录数据，了解气象观测的规范要求，树立严谨求实的科学态度与责任意识。
重点 重点： 1.气象站需要获取的气象数据及观测方法。 2.根据气象要素选择合适的传感器，理解数据采集装置的工作过程。 3.在线数字气象站的选址条件与搭建、测试方法。
难点 难点： 1.读懂程序设计中Wi-Fi连接、MQTT连接与数据发送的流程。 2.理解传感器采集的数据经电子开发板、互联网上传到物联网平台的过程。 3.在校园中合理选址并解决测试中出现的问题。
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.提问导入(PPT第4页)：气候对人类社会有极为重大的影响。在古代，人们主要依据经验预测天气，准确率低；随着科技的发展，人们设立了遍布各地的气象站，通过各种气象观测仪器采集数据，天气预报准确率逐步提高。如今，人们通过物联网环境下的传感器自动采集数据，借助人工智能等技术更快更准确地预测天气。气象站需要获取哪些气象数据？怎样用传感器采集并上传数据？ 2.主题呈现(PPT第5页)：物联网环境下的传感器可以自动采集数据，我们将小组合作，用传感器和电子开发板搭建一座在线数字气象站。 聆听情境，思考并回答教师提问，说一说自己关注过的天气数据，明确本主题的学习任务。 从天气与气象站的真实情境出发，引出跨学科项目任务，激发探究兴趣。
讲授新课 1.讲解项目任务(PPT第6页)：气候对人类社会有极为重大的影响；如今人们通过物联网环境下的传感器自动采集数据，借助人工智能等技术更快更准确地预测天气。请根据所学的知识，小组合作建造在线数字气象站。 2.讲解相关学科(PPT第7页)：本主题涉及信息科技（利用物联网实现数据的采集、传输和应用）、科学（使用仪器测量和记录气温等气象数据，并运用测量结果描述天气状况）、地理（了解天气和气候对人们生产生活的影响）。 3.讲解实验器材(PPT第8页)：硬件为电子开发板、DHT11温湿度传感器、BMP388气压传感器、ENS160空气质量传感器、风速传感器；软件为程序设计软件。 聆听讲解，了解项目任务、涉及的学科与实验器材，明确小组分工与安全注意事项。 明确项目任务与学科支撑，认识实验器材与安全要求。
1.组织小组分工与计划(PPT第9页)：明确组名、成员与分工，按时间安排各步骤的任务并填写计划表。 2.组织步骤一·了解气象站(PPT第10页)：查找资料，了解气象站一般需要获取哪些数据、如何获取（如气温：设备为温度计，置于离地面1.5米处，在每天的2时、8时、14时、20时进行测量）。3.组织思考与讨论(PPT第11页)：与传统气象站的数据采集方式相比，在线数字气象站的优势是什么？结合参考讲评（自动采集、全天候高频次、实时上传与存储、便于远程查看与分析）。 小组讨论并完成分工与计划；查阅资料了解气象数据的观测方法；比较传统气象站与在线数字气象站，讨论并交流在线数字气象站的优势。 明确分工与计划，了解气象数据的观测方法，体会在线数字气象站的优势。
1.组织步骤二·准备器材(PPT第12页)：根据校园气象站的观测要求，选用传感器制作气象数据采集装置，并通过物联网服务平台存储收集到的数据；根据需要测量的气象要素选择传感器，填写表2（如温度、湿度——DHT11温湿度传感器）。 2.组织步骤二·硬件连接与程序设计(PPT第13页)：连接传感器与电子开发板，其中传感器的DATA引脚接在电子开发板的P0引脚上（图1）；在程序设计软件中编写程序（图2），先连接Wi-Fi，再完成MQTT初始化并发起连接，然后在循环中每隔1秒读取引脚，采集温度、湿度并分别发送到Topic 0、Topic 1的MQTT消息队列。 3.组织步骤二·MQTT设置与运行(PPT第14页)：在IoT的工作间添加新的设备，并将新得到的Topic复制到MQTT初始化参数（图3）；将程序上传至电子开发板并观察运行结果（图4），程序运行1分钟之后每个Topic能获得约60条消息。组织思考与讨论：平台中数据进行整理、转存的周期应该设定为多久？ 4.组织步骤三·搭建在线数字气象站(PPT第15页)：根据选址条件在校园内选择合适地点安装并测试设备，并尝试解决测试中出现的问题；结合选址条件讲解——四周空旷、避开较高的建筑物和树木、避开磁场较强的地方、考虑日常管理和维护的便利性。 根据气象要素选择传感器并填写表2；观察硬件连接图与程序流程图，理解数据采集与发送的流程；完成MQTT设置并观察运行结果，讨论数据整理与转存的周期；结合选址条件讨论校园内的合适地点，参与安装与测试。 经历传感器选择、硬件连接、程序编写与上传的完整过程，理解数据采集装置的工作过程与选址对数据准确性的影响。
课堂练习 组织课堂练习： 1.组织展示与交流(PPT第16页)：每个小组派1名代表在8分钟内展示本组作品，聚焦项目实施过程中遇到的具体问题及解决方案；展示结束后接受其他小组提问并记录在表3答辩记录中，对照参考答案讲评。 2.组织做一做(PPT第17页)：写出本组选用的传感器及其测量的气象要素；画出温湿度数据采集装置中数据的传递过程（传感器→电子开发板→互联网→物联网平台）。 3.组织说一说(PPT第18页)：你关注过哪些天气数据？如果校园里有一座在线数字气象站，你希望用它来做些什么？ 展示本组作品并接受提问、作出解答；完成“做一做”两项任务；结合生活体验说一说对气象数据的需求与应用设想。 通过作品展示、答辩与实践任务，巩固数据采集与应用的知识，培养表达与交流能力。
拓展延伸 组织拓展延伸·气象数据的更多应用(PPT第19页)：根据所得的气象数据，模拟播报校园实时天气变化；为校园内植物养护等活动提供参考。引导学生思考：还能利用这些气象数据做些什么（如提示增减衣物、安排体育锻炼、指导校园绿化浇灌等）；拓展了解天气预报是如何作出的，以及我国气象观测网络的建设情况。 结合所得气象数据，尝试模拟播报校园天气，讨论数据的更多应用，了解天气预报的制作过程。 体会数据在真实生活中的应用价值，培养数据应用意识与科学精神。
课堂小结 课堂总结(PPT第20页)归纳本主题5点要点： 1.项目任务——小组合作搭建在线数字气象站； 2.步骤一——了解气象站，明确需要获取的气象数据； 3.步骤二——选用传感器，制作数据采集装置并上传数据； 4.步骤三——校园选址，搭建并测试在线数字气象站； 5.步骤四——用气象数据拓展应用，服务校园生活。结合“了解气象站→制作采集装置→搭建气象站→拓展应用”的知识脉络整体回顾。 回顾要点，用自己的话复述搭建在线数字气象站的四个步骤，提出疑问，整理笔记。 构建项目式学习知识框架，完成本主题学习。
板书 主题：搭建在线数字气象站。 核心：了解气象站 → 制作采集装置 → 搭建气象站 → 拓展应用。 概念：在线数字气象站是用传感器自动采集气象数据、经物联网平台存储与应用的系统。 核心：传感器采集 ｜ 电子开发板处理 ｜ 物联网平台存储 ｜ 数据应用。 示例：DHT11测温湿度→经Wi-Fi发送MQTT消息→平台按Topic存储→模拟播报天气。 流程：了解气象站 → 选择传感器 → 连接并编程 → MQTT上传 → 校园选址搭建 → 拓展应用。（见PPT第21页板书设计） 对照板书回顾本主题知识结构。 呈现知识主线，帮助整体建构。
课后作业 布置课后作业(PPT第22页)：思考——与传统气象站相比，在线数字气象站有哪些优势？实践——记录一周的天气数据（气温、湿度、天气状况），尝试分析数据变化的规律；观察与发现——观察校园或社区中的气象观测设备，记录它们的位置与测量项目；调查与记录——查阅资料，了解天气预报是如何作出的，记录一项你感兴趣的气象数据。 课后完成思考与实践任务，完成观察记录与资料查阅。 将课堂所学延伸到课外与校园生活，培养观察、记录与调查能力。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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