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1、設計校園氣象站（綜合活動 2） 教學內容分析 本活動是本學期的第二次綜合活動課，讓學生組成項目活動小組，了解水分傳感 器的工作原理和使用方法，應用已有傳感器獲取相關的氣象數據。通過物聯網平臺， 發(fā)送和接收相關的氣象數據。在監(jiān)測到異常數據時，通過物聯網平臺發(fā)送氣象警報。 在上節(jié)課中，學生初步認識物聯網，并設計了溫度警報器和智能門禁系統(tǒng)，初步體驗了 物聯網在現代家居中的應用。本活動結合物聯網技術設計智能氣象站，教材首先介紹什么是 氣象監(jiān)測站，提出可以在校園里建立氣象站，使學生掌握氣象觀測的一些基本方法，激發(fā)學 生學習自然地理的興趣和熱情，了解更多的氣象科學知識。常見的校園氣象站一

2、般由各種傳 感器和自動氣象監(jiān)測儀組成，用于實時監(jiān)測溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓等多種氣 象數據，還可以通過擴展接口連接計算機等硬件，增強系統(tǒng)的功能。在本活動中，項目小組 經過交流，根據現有器材設計基于物聯網的簡易校園氣象站，用于監(jiān)測校內局部區(qū)域的氣象 數據，進一步感受物聯網在生活生產中的應用。 作為綜合活動課，教學時應遵循綜合實踐課程的要求和方式，采用小組合作學習 的方式進行實踐和探究活動?；顒訒r以 4～8 人為一個活動小組，每個活動小組指派 1 名同學擔任組長，負責活動方案的制訂和任務的安排，明確小組成員的分工，讓每 位成員都能獨立完成一項探究任務。在活動過程中，小組成要一起討論

3、校園氣象站建 設方案，合作完成實踐活動中的各項任務，進一步增強利用開源硬件和物聯網解決現 實生活問題的能力。 本活動分為 2 課時。課時 1，在認識氣象站資料后進行分組安排，再進行水分傳 感器測試的實踐探究活動。測試完成后，將蜂鳴器接入擴展板中，根據主控板讀取的 水分傳感器值，若濕度達到設定值，啟動蜂鳴器進行下雨提示。本實驗需要使用已封 裝好的采用數字接口的蜂鳴器，如果無法像第三課中用鱷魚夾直接將蜂鳴器連接到 micro：bit 擴展口引腳上，可用 LED 屏幕顯示指定圖案替代蜂鳴器，或用杜邦線（一 頭公一頭母）連接蜂鳴器與擴展板接口。課時 2，運用物聯網發(fā)布氣象信息，將水分 傳感器、溫

4、度傳感器和光線傳感器測到的氣象數據通過物聯網模塊發(fā)送到物聯網平臺。 這樣，不管我們身處何處，都可以知道校園周邊的氣象情況，進一步理解和掌握物聯 網的應用 本課活動讓學生在項目小組中發(fā)揮各自特長，設計有實用價值的校園氣象站，引 導學生進一步思考物聯網的應用領域，為設計開源硬件創(chuàng)客作品打下堅實的基礎。 43 教學對象分析 學生在上一課中已經學會通過物聯網模塊接入互聯網，他們能正確地將物聯網模 塊接入擴展板，并能通過 Mind＋編寫簡單的代碼進行聯網測試。目前，學生已經會 使用溫度傳感器等器材收集環(huán)境數據，可以用較短的時間認識水分傳感器，通過編寫 程序獲取水分傳感器是否接

5、觸到水的信息。學生能進一步鞏固并結合所學技能，獲取 所需數據后，通過物聯網進行消息的發(fā)送和接收，根據預設任務設計能獲取相關環(huán)境 信息的智能氣象站。 通過多年的信息技術學習，八年級的學生具有一定項目合作能力，在綜合實踐活 動課中，他們能組建活動小組并做好任務分工工作，但是完全由學生自由組合，可能 會較少考慮優(yōu)勢互補、強弱搭配，需要教師的適度參與?；顒咏Y束時，學生有上次綜 合實踐課的經驗，能以項目小組為單位進行項目的交流和總結，但需要教師通過過程 性評價引導學生進行項目總結與反思，提出改進意見。 通過本課的學習，學生既了解氣象知識，又進一步體驗 IoT 與開源硬件的有機融 合，能以小團隊合作的

6、形式解決問題，提高合作溝通能力和創(chuàng)新意識。 教學目標 1．了解水分傳感器的工作原理和使用方法。 2．了解利用水分傳感器及 micro：bit 內置傳感器獲取氣象數據的方法。 3 ．了解基于物聯網模塊發(fā)送和接收氣象信息的方法，會根據氣象信息發(fā)出氣象 警報。 教學重點和難點 1.教學重點。 了解水分傳感器，結合物聯網模塊設計校園氣象站。 2.教學難點。 分析氣象數據，通過物聯網發(fā)送氣象警報。 教學方法 1.比較觀察法：播放介紹氣象站的視頻，展示氣象站及氣象儀器的圖片，讓學生 初步了解氣象站，了解氣象信息和氣象儀器。展示用開源硬件設計氣象題材的視頻或 技術帖，展示相

7、關器材，讓學生了解水分傳感器等傳感器相關知識。 視頻可播放《自動氣象站》《探訪百年氣象站》等，技術帖可參考《氣象站方案 B 計劃》等，讓學生從多個角度了解氣象站及氣象相關知識，了解智能硬件在氣象方面 的應用，進一步感受 IoT 的應用價值。 2 ．演示講授法：講述如何用傳感器獲取氣象數據，結合開源硬件通過物聯網傳 遞氣象信息。 3 ．任務驅動法；以設計物聯網氣象站為主題，學生根據任務的具體要求，開展 小組合作的探究性學習，各組成員圍繞所選主題，結合自學資料，測試新傳感器。 4 ．交流、評價法：在作品設計過程中和設計結束后，讓學生充分展示設計思路， 鼓勵學生參與評價。 教學

8、準備 1．教學環(huán)境：計算機網絡教室（可正常聯網）、無線 WiFi 環(huán)境、轉播控制系統(tǒng)。 其中，無線路由器最好使用工業(yè)級路由器，以確保多個設備可同時順利無線聯網。 2 ．實驗器材準備： micro：bit 、micro ：mate 擴展板、物聯網模塊、水分傳感 器、數據線、燒杯和滴管。 教學過程 第 1 課時 教學環(huán)節(jié)  教師活動  學生活動  設計意圖 1．播放視頻：《自動氣象站》等， 觀看視頻，思 在上一節(jié)課學 讓學生對氣象站有一定的認識，感受氣 考氣象信息與智能 習 物 聯 網 的 基 礎 象儀器在氣象觀測中的作用，請學生交 硬件的關系。

9、上，本活動結合氣 流對氣象站的認知。 象主題引導學生進 情景體驗， 2 ．提出問題 1 ：如果讓你設計智 學 生 代 表 發(fā) 一步結合物聯網設 導人新課 能校園氣象站，你會如何設計？ 言，其他學生交流 計開源硬件應用創(chuàng) 問題 2：獲取氣象信息需要哪些器 互動，感受開源硬 客作品。 材？指出目前的氣象信息需要各種智能 件的神奇魅力。 通過對氣象站 硬件輔助收集數據。 的主題認知，在交 3 ．展示運用物聯網技術設的氣象 交流、討論，哪些 流中開拓學生設計 站，引導學生思考：氣象站需要收集哪 傳感器適用于氣象 思路，提升對開源 些信息？需要用到哪些傳感器？ 站獲取

10、氣象信息。 硬件的應用能力。 1．布置任務： 了 解 任 務 內 給學生留有一 使用開源硬件和現有傳感器，設計 容，分析完成任務 定的創(chuàng)新空間，學 智能校園氣象站（指定要有降雨監(jiān)測和 所需器材及實現方 生可以根據任務說 物聯網功能）。 2．任務說明： 智能氣象站要能監(jiān)測校園局部區(qū)域 布置實踐活 的氣溫、照度、土壤濕度、風向、降雨 動任務 情況等氣象數據信息。 3．任務分析： （1 ）基于物聯網模塊報送水分傳 感器、主控板內置溫度傳感器獲取的氣 象數據。 （2）對開源硬件進行編程。 （3）根據需求，準備硬件器材。 法，開始準備活動 明，自行設計，完 器材。 成

11、相應的任務。 1 ．認識可用于監(jiān)測是否下雨的傳 感器。 2．閱讀教材 P86 的內容，了解水分 傳感器的工作原理。提示學生：水分傳 感器一般采用模擬端口作為數據傳輸接 口，應根據擴展板上的接口標識，正確  了解新傳感器 的應用。  為了實現監(jiān) 測 降雨情況，需要用 水分傳感器，先認 識新傳感器的不同 種類及其工作原理 和應用。 認識水分傳 感器 地將水分傳感器的線纜接入擴展板的端 口（如 PO）。 3 ．測試傳感器功能。打開 Mind ＋ 編程平臺，讀取水分傳感器數據。為了 便于觀察水分傳感器的數據測量情況， 開啟 Mind＋串口監(jiān)視器，使用串口監(jiān)視

12、 器實時查看水分傳感器的值，高效測試 水分傳感器的工作狀況。 4．討論水分傳感器的應用。 1．組建項目學習小組：  以 項 目 為 核  學生的成長 是 （1 ）根據實際情況， 4 ～8 人組成 心 ， 組 建 項 目 小 多元的，教師應尊 一項目小組。 （2）討論推選小組長。 組，在初步確定設 重 學 生 的 個 體 差 計方案后，明確小 異，讓他們在實踐 案。 （3 ）小組確定智能氣象站設計方 組成員任務分工。 活動中能更好發(fā)揮 在遇到技術問 特長，將項目完成 （4 ）根據方案明確小組成員任務 題時，可以選擇自 得更好。本活動以

13、 分工。 學教材，求助同組 4 ～8 人為一個項目 2 ． 編寫代碼，實現降雨警報功 同學或教師。 組 ， 保 證 硬 件 搭 能： 用 Mind＋對硬 建、外觀設計、多 團隊合作設 計項目 （1 ）教師簡單講解注意事項，提 件進行編程，編寫 任務編程等活動的 示學生不可以讓水分傳感器接口處接觸 降雨報警程序，通 有序進行。 水。  （2）項目小組開始硬件搭建 過串口監(jiān)視器查看 在編程過程 ， 和分析傳感器獲取 重視數據來源的獲 （3 ）在編程平臺，通過串口監(jiān)視 的數據。 器查看水分傳感器在不同情況下所獲取 的數據。 （4

14、 ）得到試數據后，估算降雨狀 態(tài)的臨界值，編寫降雨警報程序。當水 分傳感器所獲取的數值，高于一定的 值，即可判定為降雨，此時蜂鳴器響， 發(fā)出警報，否則蜂鳴器不發(fā)聲。 得，能用串口監(jiān)視 器分析所獲得的數 據，判斷傳感器是 否檢測到降雨。 以組為單位展示作品，介紹作品的  作品展示，發(fā)  作品演示是作 作品展示與 設計理念，并進行功能演示。在演示過 言、提問。 品設計中重要的一 交流 程中，臺下學生可以提出相關問題。 環(huán)，也是對團隊的 考驗。 1．作品還有哪些優(yōu)化空間？ 交流。 不斷地討論， 2 ． 結 合 現 有

15、條 件 或 不 具 備 的 條 總結、思考 件，如何讓降雨警報更智能化？ 3．請小組長回收實驗器材。  詢。 交流、資料查 活躍學生思維，通 過提出問題促進解 整理器材，清 決問題，培養(yǎng)學生 點數量。 獨立思考能力。 第 2 課時 教學環(huán)節(jié)  教師活動 1 ．展示學生所收集到的物聯網與  學生活動 觀看教師展示  設計意圖 有意識培養(yǎng)學 氣象站的資料。 的資料，對作品進 生搜索信息能力， 2 ．觀看物聯網與氣象主題結合的 行 評 價 ， 學 習 亮 在交流中多角度提 創(chuàng)客作品。 點 ， 思 考 不 足

16、之 升對技術的認知。 分享作品， 導入新課 3 ．針對上節(jié)課本項目小組所設計 處。 的作品，你想做出哪些改進。 以展示優(yōu)秀作品培 以小組為單位 養(yǎng)學生賞析作品的 4 ．提示：結合上次課所設計的作 進行討論，提出改 能力和批判思維， 品，本活動應添加的基礎功能有：物聯 進方案，填寫任務 激發(fā)學習積極性。 器材準備 網、溫度監(jiān)測、光照值監(jiān)測。 提示小組長根據本組預設方案，準 備活動所需器材。 1 ．各項目小組根據預設方案，明 單 或 設 計 思 維 導 圖。 分工合作，準 備實驗器材。 根 據 預 定 任  讓不同小組有 不同的收獲。

17、 讓學生在實踐 確各自分工。 務，進行小組合作 中學會合作、學會 任 務 驅 2 ．提示有困難的小組，可以根據 實踐操作。 思考，能通過多種 動，實踐探 教材 P91～92 的內容，解決問題。按順 在實踐過程中 途徑解決遇到的問 究 序完成以下任務： （1）接入物聯網模塊。 遇到的問題，可以 題，在設計新作品 通過自學教材、求 中鞏固已有知識技 （2 ）通過編程平臺寫入代碼，測 助伙伴、咨詢教師 能。 試開源硬件是否能正常聯網。 （3 ）通過物聯網平臺發(fā)送指定信 息到開源硬件。 等途徑進行解決。 （4 ）主

18、控板根據接收到的信息進 行分析，并發(fā)送相應的信息到物聯網平 臺。 （5 ）確認物聯網平臺是否收到信 息，排查設計過程中遇到的問題。 3 ．巡視，解決項目小組在設計方 案時遇到的問題，進行個別輔導。 1．提示學生整理硬件器材。  作 品 展 示 ，  作品演示是作 2．指導學生填寫活動記錄表。 發(fā) 言 、 提 問 、 演 品設計中重要的一 作品展示與 3 ．請組長組織反思總結活動中得 示 ， 小 組 進 行 簡環(huán)，項目小組可以 交流 到的經驗、存在的不足及改進方向。 4 ． 組 織 學 生 以 組 為 單 位 展 示 作 品，介紹作品的設計理

19、念，并進行功能 演示。在演示過程中，臺下學生可以提 出相關問題。 1 ．總結：在本次項目活動中，各 要總結。 學 生 代 表 發(fā) 想辦法更好地展示 自己作品，例如結 合思維導圖或一定 的情境化展示等。 與教師一起總 小組針對任務分工，思考有哪些做得好 言，共同總結。 或需要改進的地方。 結 所 學 知 識 和 技 能，深入思考物聯 總結 2 ．提示：課后，有條件的項目組 可以增加其他傳感器，結合 micro：bit 設計出所需的功能。 3．完成教材 P96 的活動評價。 積極參與。 網和開源硬件結合 的可能性。鼓勵學 生結合所學知識課 完成活動評價。 外繼續(xù)制作創(chuàng)客作 品。 教學反思方向 1 ．是否能用開源硬件實時監(jiān)測溫度、水分等數據，了解開源硬件在氣象活動中 的實際應用。 2．是否了解物聯網發(fā)送和接收信息的方法，能用簡單的代碼進行聯網測試。 3．小組成員的任務分工是否合理，是否能較好地完成小組分工協(xié)作。 4．如何讓更多的學生深度參與對項目的評價、反思、總結。 5 ．評價時，是否重視活動過程、作品展示，是否尊重學生的活動評價，充分肯 定生的思考能力、作品成果、參與積極性，引導學生樂于總結和反思，愿意用所學技 術解決生活中的實際問題。