资源简介

(共24张PPT)
跨学科主题学习
搭建在线数字气象站
（贵州版）八年级
上册
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
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。
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。
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。
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。
02
新知导入
气候对人类社会影响重大。古代人们依据经验预测天气，准确率低；随着科技发展，人们设立遍布各地的气象站，用气象观测仪器采集数据；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？
我们能在校园里搭建一座在线数字气象站吗？
让我们用所学的物联网知识，小组合作建造一座在线数字气象站，让气象数据自动采集、实时上传！
同学们，你知道天气预报里的气温、湿度、气压数据是怎么采集到的吗？
物联网环境下的传感器可以自动采集数据。本跨学科主题学习中，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。
02
新知导入
搭建在线数字气象站
主题：了解气象站 → 制作采集装置 → 搭建气象站 → 拓展应用
通过跨学科的项目式学习，用物联网技术采集气象数据，学会用数据描述天气。
03
新知讲解
项目任务
气候对人类社会有极为重大的影响。古代人们主要依据经验预测天气，准确率低；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。
小贴士！
小组合作是完成本项目的重要方式，组内要明确分工、按计划推进，并及时记录实验数据与遇到的问题。
03
新知讲解
相关学科
本跨学科主题学习涉及信息科技、科学、地理等学科：
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。
03
新知讲解
硬件：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：程序设计软件。
温馨提示：选用传感器时，要根据需要测量的气象要素来选择；连接电路前先确认引脚，通电前仔细检查，注意用电安全。
实验器材
03
新知讲解
小组分工：明确组名、成员与分工，填写小组分工表。
计划步骤：按时间安排各步骤的任务——
步骤一：了解气象站，明确需要获取的气象数据；
步骤二：制作气象数据采集装置，完成数据上传；
步骤三：在校园内选址，搭建并测试在线数字气象站；
步骤四：用气象数据拓展应用，服务校园生活。
小组分工与计划
小贴士！
每一步都要做好记录，遇到问题先小组讨论，再请教老师。
03
新知讲解
步骤一：了解气象站。
查找资料，了解气象站一般需要获取哪些数据、如何获取。
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。
除气温外，气象站还需要获取湿度、气压、风速、风向、空气质量等数据，可分别用温湿度传感器、气压传感器、风速传感器、空气质量传感器来采集。
步骤一
传统气象站（百叶箱等）
在线数字气象站
03
新知讲解
思考与讨论：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？
参考：在线数字气象站通过传感器自动采集数据，无需人工值守，可全天候、高频次获取数据；数据经物联网服务平台实时上传与存储，便于远程查看、分析和共享，采集效率与准确性更高。
思考与讨论
03
新知讲解
步骤二
步骤二：制作气象数据采集装置（以温湿度数据采集装置为例）。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。1.准备器材：根据需要测量的气象要素选择传感器，填写下表。
气象要素 传感器 备注
温度、湿度 DHT11温湿度传感器
气压 BMP388气压传感器
空气质量 ENS160空气质量传感器
风速 风速传感器
（我的补充）
03
新知讲解
2.硬件连接：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）。
3.编写程序：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。
步骤二
图1 硬件连接
图2 程序设计
03
新知讲解
4.MQTT设置：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）。
5.将程序上传至电子开发板并观察运行结果（图4），运行1分钟后每个Topic约能获得60条消息。
思考与讨论：IoT平台中每个账号能存储10000条消息，每个Topic最多存储1000条，数据整理、转存的周期应设定为多久？
步骤二
图3 MQTT设置
图4 运行结果
03
新知讲解
步骤三
步骤三：搭建在线数字气象站。根据在线数字气象站选址条件，在校园内选择一处合适的地点进行设备的安装和测试，并尝试解决测试中出现的问题。
选址条件 具体要求 我的记录
四周空旷，避开较高的建筑物和树木 避免遮挡，保证风速、风向、光照、温度等数据准确
避免影响传感器工作，导致数据监测失准或设备损坏
考虑日常管理和维护的便利性 避开人流密集地区，便于维护人员前往
04
课堂练习
展 示 与 交 流
展示与交流：作品展示与答辩
1.每个小组派1名代表，在8分钟内展示本组的作品。展示的内容需要聚焦在项目实施过程中遇到的具体问题，以及对应的解决方案。
2.展示结束之后，每个小组均须接受其他小组的提问，作出合理解答并记录在表3中。
表3 答辩记录（疑问｜解答）：
参考答案：（示例）气象数据不准确怎么办？｜检查设备是否四周空旷、是否避开磁场干扰，必要时重新选址。（示例）平台数据存储满了怎么办？｜按周期整理、转存历史数据，或清空后再继续接收新消息。
图 作品展示
04
课堂练习
做一做
完成以下任务：
1. 写出你们小组选用的传感器，并说明它测量的气象要素。
2. 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）。
参考：1.如选用DHT11温湿度传感器测量温度和湿度；选用BMP388气压传感器测量气压；选用风速传感器测量风速。2.DHT11采集温湿度数据→电子开发板读取引脚→程序经Wi-Fi连接发送到MQTT消息队列→物联网平台接收并按Topic存储。
04
课堂练习
说一说：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？
说 一 说
我每天早上都会看气温和空气质量，决定穿什么衣服。
如果校园气象站能实时显示温湿度，体育课就能提前知道适不适合在室外上。
气象数据还能帮助养护校园植物，知道什么时候该浇水。
05
拓展延伸
拓展延伸：气象数据的更多应用
步骤四：拓展应用。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。
想一想：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：天气预报是如何作出的？查阅资料，了解气象数据在天气预报中的作用，以及我国气象观测网络的建设情况。
06
课堂总结
1
项目任务 —— 小组合作搭建在线数字气象站
本课要点归纳
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
1
2
3
4
5
07
板书设计
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
板书设计：搭建在线数字气象站
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
08
课后作业
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
调查与记录
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。
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。
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