資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
在線數字氣象站教學設計
課題 在線數字氣象站 單元 跨學科項目式活動 學科 初中信息科技 年級 八年級
教材分析 教材圍繞“跨學科項目式活動”展開，以“在線數字氣象站”為核心項目，旨在通過實踐活動促進學生對信息科技、地理、物理、數學等多學科知識的綜合運用。教材設計了模擬天氣預報、認識傳統氣象站、在線數字氣象站制作等任務，引導學生了解氣象知識，掌握相關技能，并建立學科間的聯系。通過小組合作，學生學會數據收集、分析，利用物聯網技術制作氣象站，提高實踐能力、創新能力和合作能力。同時，教材還注重培養學生的環保意識，通過探討氣溫變化對生物及地球的影響，引導學生關注環境問題。此外，教材還設計了拓展項目，鼓勵學生將所學知識應用于解決實際問題，進一步提升綜合素養。整體而言，本單元教材注重實踐性和跨學科性，有助于培養學生的綜合素質。
學習目標 信息意識：學生能夠認識到氣象信息對日常生活和社會經濟的重要性，主動關注和收集氣象數據。計算思維：通過設計和制作在線數字氣象站，學生理解數據采集、傳輸和處理的過程。數字化學習與創新：利用信息技術工具搭建在線數字氣象站，實現數據的實時監測和可視化展示。信息社會責任：通過了解氣象預測歷史和氣象站的發展史，培養學生的歷史責任感，鼓勵將所學知識應用于解決環境問題。
重點 引導學生綜合運用信息科技、地理、物理、數學等多學科知識，通過實踐活動掌握在線數字氣象站的制作原理和方法，培養學生的跨學科整合能力和實踐創新能力。同時，通過數據分析和預測，提高學生對氣象信息的理解和應用能力，以及環保意識的培養。
難點 如何讓學生在有限的時間內掌握多學科知識，并將其有效整合到在線數字氣象站的制作中。此外，如何引導學生準確理解和分析氣象數據，以及如何將所學知識應用于解決實際環境問題，也是教學中的難點。需要教師采用多種教學方法和手段，激發學生的學習興趣和積極性，提高教學效果。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 中國氣象事業經過幾代人的奮斗，開始深入服務社會經濟發展和人民生產生活。截至2022年3月，我國已成功發射“兩代四型”共19顆風云氣象衛星，能持續為全球118個國家和地區提供數據產品和服務。我國的氣象工作者也不斷改進預報方法，使得預報準確率大幅提升，比如預報臺風、暴雨、洪水等災害，減少人民群眾生命和財產損失。 了解我國在氣象事業取得成績。 介紹中國氣象事業成就，展示風云衛星及預報方法改進對服務社會和減輕災害損失的貢獻，激發學生興趣。
講授新課 一、項目情境為什么夏天走在街上感覺到的實際溫度，明顯比氣象部門公布的溫度高 為什么有時候氣象臺發布了局部黃色暴雨警告，人們卻沒等來一場雨 天氣預報到底是預報什么信息，你知道怎么看天氣預報嗎 本課以信息科技課程中物聯網的開源硬件等知識為主體，融合了地理課程中的自然氣候觀察、數學課程的數據整理、物理課程中的溫濕度測量等知識，和多個學科形成關聯。請同學們采取搜索、調查、訪談、咨詢等手段來獲取信息，通過物聯網環境下的數字傳感器制作在線數字氣象站，學會比對大尺度、高密度、實時更新的數據，借助人工智能等技術展開預測，獲取更長周期、更為細致、更快反饋的天氣預報。請同學們以小組為單位，開展協作學習，在制作在線數字氣象站的同時，學習知識、建立學科聯系、掌握技能、理解氣候與生命生活之間的關系。二、項目任務(1)能夠識別常見的天氣符號，準確識別并區分傳統氣象站觀測設備的名稱、型號等，能夠說出天氣預報播報的基本內容。(2)綜合運用信息科技、數學、物理、地理等知識，在校園內合理選址，搭建多個與周圍環境協調的在線數字氣象站基站，動態積累數據，并進行數據分析。(3)能夠說出生活中常見生物的適宜溫度值，并對環境問題發表自己的看法。三、項目實施(一)模擬天氣預報請同學們查找有關天氣預報的資料，了解天氣預報的內容和分類，思考并回答下列問題：（1）播報員在播天氣預報時，播報了哪些數據 這些數據在畫面上是怎么表示的 （2）天氣預報一般使用哪些常用語 請分別說一說它們的含義。(3)1mm的降水量有多少 中到大雨、暴雨、大暴雨究竟有多大 (二)認識傳統氣象站原始社會末期就有了陶四股觀象臺，西漢淮南子確立了二十四節氣……中華民族從事氣象活動的歷史悠久，在氣象觀測、預測和氣象科學認知領域留下了寶貴的氣象文化遺產。請同學們查找氣象站的相關資料，并搜索如“中國氣象科技展館”“北京市氣象探測中心”等氣象網站，找到網站科普基地進行云上參觀，了解我國氣象預測歷史和氣象站的發展史，了解氣象部門獲取氣象數據的測量方法或手段等知識，思考并完成下列任務：(1)挑選7個你認為具有重大意義的氣象站發展時間節點，說一說你選擇的理由。(2)天氣預報中不同的數據，分別是用什么儀器或裝置測量的呢 每個同學完成一個天氣預報數據觀測設備的簡介報告。同時，小組協作完成一個傳統的“天氣預報氣象站”的結構設計圖。個人成果： 裝置報告例如：百葉箱簡介百葉箱是安裝溫濕度儀器用的防護設備。其作用是防止太陽對儀器的直接輻射和地面對儀器的反射輻射，保護儀器并使儀器感應部分有適當的通風能真實地感應外界空氣溫度和濕度的變化。百葉箱一般距離地面約1.5米，箱子的四周由雙層百葉窗組成，葉板與水平面呈45°傾角，這樣的設計是為了便于空氣能通過錯縫流通，讓箱子內的傳感器更好地完成觀測。裝置造型分類木質百葉箱分為大小兩種。小百葉箱用于安裝干球和濕球、最高最低溫度表、毛發溫度表；大百葉箱用于安裝溫度計、濕度計或鉑電阻溫度傳感器和濕敏電容濕度傳感器。測量方法小百葉箱中溫度的測量最低溫度計和最高溫度計工作原理與家用的溫度計相同，分別用于記錄一天當中的最低氣溫和最高氣溫，根據它們內部可以移動的指針系統，就能讀出溫度的具體數值。小百葉箱中濕度的測量測量大氣濕度有兩種不同的方法。1.干濕球溫度計是由兩個溫度計構成的，其中的一個被濕布包裹，由于蒸發會有制冷效果，比較兩個溫度計上的差值，就可以測得大氣的濕度。這種方法一般被用來測量相對濕度。2.由于人的頭發在潮濕的天氣里會變長，所以毛發濕度計使用人類的頭發來記錄空氣中的濕度。指針與頭發相連，一刻不停地將濕度的變化記錄在紙卷上。小組成果：傳統的“天氣預報氣象站”設計圖(三)在線數字氣象站制作1.項目設計天氣預報屬于預測科學，從科學規律來講，預測科學不可能完全準確或者永遠準確，天氣預報也同樣如此。我國的天氣預報水平經過長時間的積累已經有了快速的發展與提高。不過，人們理解的準確率同氣象學定義的準確率還有一定的差別。請同學們通過小組協作、設計制作一個校園的氣象站，努力實現校園局部天氣預報的精確播報。為了準確播報校園氣象信息，需要解決哪些問題呢 請同學們先分別列出自己感興趣的問題、再進行組內頭腦風暴，初步明確制作的思路。根據前期討論所形成的解決思路，細化具體的實施方案，完成表9-1。大家可以通過網絡或者圖書館查找資料，在這個過程中，對于同一個問題也許會形成多種解決方案，但必須確保方案的可行性。項目名稱項目時長團隊名稱團隊成員預報的數據溫度、濕度、風速預采用的裝備溫濕度傳感器：空氣質量傳感器：你的氣象站物聯網架構圖：例如：物聯網架構原理你的氣象站設計圖你的氣象站部署地例如：該氣象站擬放在校園正大門草坪上，因為那里地勢平坦2.項目制作與實踐根據設計方案，利用已經收集到的材料，小組分工合作動手創作一個作品。制作完成后，還需對作品進行測試、數據收集并記錄，經歷一個優化調整的過程，形成最終的作品，完成表9-2。我們的作品作品名稱團隊名稱氣象站制作完成圖：例如：作品部署后實景圖：作品重要代碼截圖：3.項目心得分享在完成項目之后，請以小組為單位分享項目制作過程，結合本次項目實踐，完成項目心得分享表9-3,并在班級進行分享。表9-3項目心得分享表項目名稱團隊名稱項目過程小組成員是怎么分工的 你負責什么 設計過程中遇到了哪些困難 又是怎樣解決的 如果下次有類似的活動，你覺得怎樣做會更好 四、交流評價與反思每次活動結束后展開自我評價和小組評價。(一)自我評價通過自評可以幫助學生對自身的學習行為有初步的感性認識，明白優勢與不足之處，激發學生學習興趣。表9-4項目自評表(1)通過“在線數字氣象站”項目，你學到了哪些知識 信息技術：地理：物理：(2)通過“在線數字氣象站”項目，你提高了哪些能力 探究能力：實踐能力：創新能力：合作能力：表達能力：(3)你喜歡本項目嗎 請說一說具體的內容和理由。內容：理由：(4)你主動學習了哪些知識 (5)你在教師的指導下學習了哪些知識 (6)你與同學協作學習有何收獲 (7)你對這次項目的學習滿意度(8)你的感想和建議：(二)小組評價在班級分享過程中，每位同學都需要認真聽講，并對每個小組的分享進行評價。小組分享評價表如表9-5。表9-5小組互評評分表組別評分人評分要點分值等級第1組得分第2組得分第3組得分第4組得分好較好一般(1)語言簡潔易懂，思路邏輯清晰16-2010-151-9(2)小組成員參與度高，展現了合作精神16-2010-151-9(3)小組報告體現了創新精神，有獨特的發現或獨到的做法等16-2010-151-9(4)匯報形式好，能夠引起大家的注意和思考16-2010-151-9(5)分享過程沒有科學性錯誤，且時間控制合理16-2010-151-9總分拓展項目1.如果人類的體溫升高1.5℃,對身體健康會有什么影響 假設全球地表溫度升高1.5℃,會對地球本身以及地球上賴以生存的各物種帶來怎樣的影響 信息技術的飛速發展，各種真實開放的數據集都能在網上收集到，請同學們通過小組合作搜集近5年來地球地表溫度圖或大氣CO 月平均濃度變化圖，你們有什么發現嗎 2.請大家思考并討論天氣的變化可能對物種生命、生活產生的影響，從中選擇某一個或某一類環境議題，結合你在本課中學習到的信息科技、地理、物理和數學等學科知識，發表你的見解。拓展學習——氣象數據可視化氣象數據可視化是將氣象數據以圖形、圖像或其他形式呈現的技術，幫助人們更直觀地理解和分析氣象現象和趨勢。（一）基本圖表類型可視化折線圖：用于顯示氣溫、風速等隨時間變化的趨勢。散點圖：用于顯示氣溫和濕度之間的關系，或其他兩個氣象變量之間的相關性。熱力圖：用于顯示降水量、溫度等在空間上的分布情況，通過顏色深淺表示數值大小。柱狀圖：用于顯示不同地區的降水量、風速等數據的比較。雷達圖：用于顯示不同氣象要素之間的關系，如風速、風向、溫度、濕度等。（二）地圖與空間分析可視化地圖可視化：在地圖上疊加氣象數據，如溫度分布、降水分布、風向風速等，直觀展示氣象數據在地理位置上的分布情況。GIS應用：利用地理信息系統（GIS）技術，將氣象數據與地圖數據結合，實現氣象現象的空間分析和可視化展示。（三）三維與動態可視化三維可視化：通過三維模型展示氣象現象，如三維風場、云層分布等，提供更立體、更真實的視覺體驗。動態可視化：利用動畫、實時更新的圖表等形式，展示氣象數據隨時間的變化過程，如降水動態模擬、氣象變化趨勢等。（三）實現步驟1.數據采集：通過氣象站、衛星、雷達等手段獲取原始氣象數據。數據處理：對原始數據進行清洗、轉換和整合，確保數據的準確性和一致性。2.選擇可視化工具：根據數據類型、數據規模、展示需求等因素選擇合適的可視化工具。3.設計可視化方案：確定可視化形式（如圖表類型、顏色方案等），確保能夠準確傳達數據信息并符合用戶的視覺感知能力。4.實現與測試：利用選定的可視化工具實現氣象數據的可視化展示，并進行測試以確保數據的準確性和可視化效果符合預期。5.優化與發布：根據測試結果進行優化調整，提高可視化的穩定性和用戶體驗。將制作好的可視化大屏或報表發布到相應的平臺或設備上供用戶查看和使用。 了解本課的學習主題及學習方法，為本項目的學習做好準備。熟悉項目任務。查找有關天氣預報的資料，了解天氣預報的內容和分類。了解我國從事氣象活動的歷史，了解氣象部門獲取氣象數據的測量方法或手段等知識。完成一個天氣預報數據觀測設備的簡介報告和小組協作完成一個傳統的“天氣預報氣象站”的結構設計圖。小組協作、設計制作一個校園的氣象站，努力實現校園局部天氣預報的精確播報。根據設計方案，小組分工合作，利用已經收集到的材料動手創作一個作品。并對作品進行測試、數據收集并記錄，優化調整作品。根據實踐情況，完成自評表。對其他小組的分享給出客觀評價。小組合作，完成拓展項目。學習氣象數據可視化的基本概念、方法、步驟。 通過幾個生活中常常遇到的問題，本課學習內容的內容、特點及學習方法提示，指明本課學習主題，激發學生學習興趣。通過告訴學生項目任務，讓學生對整個項目有一個初步認識，知道完成項目，需要解決的問題。通過模擬天氣預報活動，讓學生熟悉天氣預報的內容、分類及常用語含義，理解降水量概念及其表示方法，增強氣象數據解讀能力，提升對天氣現象的認知與關注度。通過探究氣象站發展史與觀測設備，加深學生對氣象科學的理解，提升其資料搜集、分析能力及團隊協作能力，同時傳承氣象文化，培養探索精神和科學素養。通過在線數字氣象站制作項目，鍛煉學生的團隊協作能力、問題解決能力和創新思維，同時加深對物聯網技術的理解與應用，提升動手實踐能力，并學會從實踐中總結經驗。通過自評與互評，幫助學生認識自身及團隊的優勢與不足，激發學習興趣，提升團隊協作能力，同時促進學生對項目學習的深度反思與總結。通過探究體溫升高與地球升溫的影響，分析氣候數據，討論天氣變化對物種的影響，融合信息科技、地理、物理、數學知識，培養綜合分析與問題解決能力。全面介紹氣象數據可視化的基本概念、方法、步驟，通過多樣化的圖表、地圖、三維及動態可視化手段，幫助學生深入理解氣象現象，提升數據分析能力，實現氣象信息的直觀展示與有效傳播。
課后練習 修改和完善小組設計并思考，如果將多個小組制作的天氣預報裝置組合成一個綜合系統預報系統，是否可行 請嘗試設計方案。 小組合作，借鑒其他小組的經驗，完善自己小組的天氣預報裝置。 促進學生完善小組設計，同時激發他們思考如何將多個天氣預報裝置集成為綜合系統，以培養團隊協作能力，并探索系統集成與數據整合的可行性和方法。
課堂小結 組織學生分小組總結本課學習內容，請每個小組代表說說自己小組總結的結果。教師做最后的補充。參考：在這節課中，我們共同探索了“在線數字氣象站”的奧秘，同學們展現出了極高的學習熱情和創造力。通過回顧氣象預測的歷史，我們不僅理解了氣象站的發展歷程，還深刻認識到氣象信息對日常生活的重要性。在動手制作在線數字氣象站的過程中，大家綜合運用了多學科知識，不僅掌握了物聯網技術和數據處理技能，還鍛煉了團隊協作和問題解決能力。希望同學們能將這份對氣象的熱愛和環保的責任感帶入到未來的學習和生活中，繼續探索、創新，為我們的地球貢獻自己的力量。 在小組討論基礎上，推選代表總結本課學習內容。其他小組做補充總結。 學生自己總結學習內容是一種學習方法，每次課可以梳理出學習了哪些知識、技能方法和思維方式，在頭腦中形成本課程的學科結構。
板書 從教師板書上歸納本課學習內容的重點。 通過板書，幫助學生形成本課學習內容思維導圖。
你還發現了什么問題 請參照上面問題的表述方式，記錄在此
小組思路圖
21世紀教育網www.21cnjy.com精品試卷·第2頁（共2頁）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世紀教育網(www.21cnjy.com)

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