閩教版(2020)八年級信息技術(shù)下冊 綜合活動2 設(shè)計校園氣象站教案(2課時)

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1、設(shè)計校園氣象站（綜合活動 2） 教學(xué)內(nèi)容分析 本活動是本學(xué)期的第二次綜合活動課，讓學(xué)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(yīng)用已有傳感器獲取相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺， 發(fā)送和接收相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)。在監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)時，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)送氣象警報。 在上節(jié)課中，學(xué)生初步認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)，并設(shè)計了溫度警報器和智能門禁系統(tǒng)，初步體驗了 物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代家居中的應(yīng)用。本活動結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)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(xué)生掌握氣象觀測的一些基本方法，激發(fā)學(xué) 生學(xué)習(xí)自然地理的興趣和熱情，了解更多的氣象科學(xué)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(fēng)速、風(fēng)向、雨量、氣壓等多種氣 象數(shù)據(jù)，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(jīng)過交流，根據(jù)現(xiàn)有器材設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的簡易校園氣象站，用于監(jiān)測校內(nèi)局部區(qū)域的氣象 數(shù)據(jù)，進一步感受物聯(lián)網(wǎng)在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用。 作為綜合活動課，教學(xué)時應(yīng)遵循綜合實踐課程的要求和方式，采用小組合作學(xué)習(xí) 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(xué)擔(dān)任組長，負責(zé)活動方案的制訂和任務(wù)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(wù)。在活動過程中，小組成要一起討論

3、校園氣象站建 設(shè)方案，合作完成實踐活動中的各項任務(wù)，進一步增強利用開源硬件和物聯(lián)網(wǎng)解決現(xiàn) 實生活問題的能力。 本活動分為 2 課時。課時 1，在認(rèn)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(jù)主控板讀取的 水分傳感器值，若濕度達到設(shè)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(shù)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(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)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(lián) 網(wǎng)的應(yīng)用 本課活動讓學(xué)生在項目小組中發(fā)揮各自特長，設(shè)計有實用價值的校園氣象站，引 導(dǎo)學(xué)生進一步思考物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，為設(shè)計開源硬件創(chuàng)客作品打下堅實的基礎(chǔ)。 43 教學(xué)對象分析 學(xué)生在上一課中已經(jīng)學(xué)會通過物聯(lián)網(wǎng)模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，他們能正確地將物聯(lián)網(wǎng)模 塊接入擴展板，并能通過 Mind＋編寫簡單的代碼進行聯(lián)網(wǎng)測試。目前，學(xué)生已經(jīng)會 使用溫度傳感器等器材收集環(huán)境數(shù)據(jù)，可以用較短的時間認(rèn)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(xué)生能進一步鞏固并結(jié)合所學(xué)技能，獲取 所需數(shù)據(jù)后，通過物聯(lián)網(wǎng)進行消息的發(fā)送和接收，根據(jù)預(yù)設(shè)任務(wù)設(shè)計能獲取相關(guān)環(huán)境 信息的智能氣象站。 通過多年的信息技術(shù)學(xué)習(xí)，八年級的學(xué)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(wù)分工工作，但是完全由學(xué)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。活動結(jié)束時，學(xué)生有上次綜 合實踐課的經(jīng)驗，能以項目小組為單位進行項目的交流和總結(jié)，但需要教師通過過程 性評價引導(dǎo)學(xué)生進行項目總結(jié)與反思，提出改進意見。 通過本課的學(xué)習(xí)，學(xué)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(xué)目標(biāo) 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(nèi)置傳感器獲取氣象數(shù)據(jù)的方法。 3 ．了解基于物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送和接收氣象信息的方法，會根據(jù)氣象信息發(fā)出氣象 警報。 教學(xué)重點和難點 1.教學(xué)重點。 了解水分傳感器，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)模塊設(shè)計校園氣象站。 2.教學(xué)難點。 分析氣象數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送氣象警報。 教學(xué)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(xué)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(shè)計氣象題材的視頻或 技術(shù)帖，展示相

7、關(guān)器材，讓學(xué)生了解水分傳感器等傳感器相關(guān)知識。 視頻可播放《自動氣象站》《探訪百年氣象站》等，技術(shù)帖可參考《氣象站方案 B 計劃》等，讓學(xué)生從多個角度了解氣象站及氣象相關(guān)知識，了解智能硬件在氣象方面 的應(yīng)用，進一步感受 IoT 的應(yīng)用價值。 2 ．演示講授法：講述如何用傳感器獲取氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合開源硬件通過物聯(lián)網(wǎng)傳 遞氣象信息。 3 ．任務(wù)驅(qū)動法；以設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)氣象站為主題，學(xué)生根據(jù)任務(wù)的具體要求，開展 小組合作的探究性學(xué)習(xí)，各組成員圍繞所選主題，結(jié)合自學(xué)資料，測試新傳感器。 4 ．交流、評價法：在作品設(shè)計過程中和設(shè)計結(jié)束后，讓學(xué)生充分展示設(shè)計思路， 鼓勵學(xué)生參與評價。 教學(xué)

8、準(zhǔn)備 1．教學(xué)環(huán)境：計算機網(wǎng)絡(luò)教室（可正常聯(lián)網(wǎng)）、無線 WiFi 環(huán)境、轉(zhuǎn)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(shè)備可同時順利無線聯(lián)網(wǎng)。 2 ．實驗器材準(zhǔn)備： micro：bit 、micro ：mate 擴展板、物聯(lián)網(wǎng)模塊、水分傳感 器、數(shù)據(jù)線、燒杯和滴管。 教學(xué)過程 第 1 課時 教學(xué)環(huán)節(jié)  教師活動  學(xué)生活動  設(shè)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(xué) 讓學(xué)生對氣象站有一定的認(rèn)識，感受氣 考氣象信息與智能 習(xí) 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 基 礎(chǔ) 象儀器在氣象觀測中的作用，請學(xué)生交 硬件的關(guān)系。

9、上，本活動結(jié)合氣 流對氣象站的認(rèn)知。 象主題引導(dǎo)學(xué)生進 情景體驗， 2 ．提出問題 1 ：如果讓你設(shè)計智 學(xué) 生 代 表 發(fā) 一步結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)設(shè) 導(dǎo)人新課 能校園氣象站，你會如何設(shè)計？ 言，其他學(xué)生交流 計開源硬件應(yīng)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(shù)據(jù)。 的主題認(rèn)知，在交 3 ．展示運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)的氣象 交流、討論，哪些 流中開拓學(xué)生設(shè)計 站，引導(dǎo)學(xué)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(yīng)用能力。 1．布置任務(wù)： 了 解 任 務(wù) 內(nèi) 給學(xué)生留有一 使用開源硬件和現(xiàn)有傳感器，設(shè)計 容，分析完成任務(wù) 定的創(chuàng)新空間，學(xué) 智能校園氣象站（指定要有降雨監(jiān)測和 所需器材及實現(xiàn)方 生可以根據(jù)任務(wù)說 物聯(lián)網(wǎng)功能）。 2．任務(wù)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(fēng)向、降雨 動任務(wù) 情況等氣象數(shù)據(jù)信息。 3．任務(wù)分析： （1 ）基于物聯(lián)網(wǎng)模塊報送水分傳 感器、主控板內(nèi)置溫度傳感器獲取的氣 象數(shù)據(jù)。 （2）對開源硬件進行編程。 （3）根據(jù)需求，準(zhǔn)備硬件器材。 法，開始準(zhǔn)備活動 明，自行設(shè)計，完 器材。 成

11、相應(yīng)的任務(wù)。 1 ．認(rèn)識可用于監(jiān)測是否下雨的傳 感器。 2．閱讀教材 P86 的內(nèi)容，了解水分 傳感器的工作原理。提示學(xué)生：水分傳 感器一般采用模擬端口作為數(shù)據(jù)傳輸接 口，應(yīng)根據(jù)擴展板上的接口標(biāo)識，正確  了解新傳感器 的應(yīng)用。  為了實現(xiàn)監(jiān) 測 降雨情況，需要用 水分傳感器，先認(rèn) 識新傳感器的不同 種類及其工作原理 和應(yīng)用。 認(rèn)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(shù)據(jù)。為了 便于觀察水分傳感器的數(shù)據(jù)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(yīng)用。 1．組建項目學(xué)習(xí)小組：  以 項 目 為 核  學(xué)生的成長 是 （1 ）根據(jù)實際情況， 4 ～8 人組成 心 ， 組 建 項 目 小 多元的，教師應(yīng)尊 一項目小組。 （2）討論推選小組長。 組，在初步確定設(shè) 重 學(xué) 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(shè)計方 組成員任務(wù)分工。 活動中能更好發(fā)揮 在遇到技術(shù)問 特長，將項目完成 （4 ）根據(jù)方案明確小組成員任務(wù) 題時，可以選擇自 得更好。本活動以

13、 分工。 學(xué)教材，求助同組 4 ～8 人為一個項目 2 ． 編寫代碼，實現(xiàn)降雨警報功 同學(xué)或教師。 組 ， 保 證 硬 件 搭 能： 用 Mind＋對硬 建、外觀設(shè)計、多 團隊合作設(shè) 計項目 （1 ）教師簡單講解注意事項，提 件進行編程，編寫 任務(wù)編程等活動的 示學(xué)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(shù)據(jù)來源的獲 （3 ）在編程平臺，通過串口監(jiān)視 的數(shù)據(jù)。 器查看水分傳感器在不同情況下所獲取 的數(shù)據(jù)。 （4

14、 ）得到試數(shù)據(jù)后，估算降雨狀 態(tài)的臨界值，編寫降雨警報程序。當(dāng)水 分傳感器所獲取的數(shù)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(shù) 據(jù)，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(shè)計理念，并進行功能演示。在演示過 言、提問。 品設(shè)計中重要的一 交流 程中，臺下學(xué)生可以提出相關(guān)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(jié) 合 現(xiàn) 有

15、條 件 或 不 具 備 的 條 總結(jié)、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(xué)生思維，通 過提出問題促進解 整理器材，清 決問題，培養(yǎng)學(xué)生 點數(shù)量。 獨立思考能力。 第 2 課時 教學(xué)環(huán)節(jié)  教師活動 1 ．展示學(xué)生所收集到的物聯(lián)網(wǎng)與  學(xué)生活動 觀看教師展示  設(shè)計意圖 有意識培養(yǎng)學(xué) 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(lián)網(wǎng)與氣象主題結(jié)合的 行 評 價 ， 學(xué) 習(xí) 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(shù)的認(rèn)知。 分享作品， 導(dǎo)入新課 3 ．針對上節(jié)課本項目小組所設(shè)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(xué)生賞析作品的 4 ．提示：結(jié)合上次課所設(shè)計的作 進行討論，提出改 能力和批判思維， 品，本活動應(yīng)添加的基礎(chǔ)功能有：物聯(lián) 進方案，填寫任務(wù) 激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。 器材準(zhǔn)備 網(wǎng)、溫度監(jiān)測、光照值監(jiān)測。 提示小組長根據(jù)本組預(yù)設(shè)方案，準(zhǔn) 備活動所需器材。 1 ．各項目小組根據(jù)預(yù)設(shè)方案，明 單 或 設(shè) 計 思 維 導(dǎo) 圖。 分工合作，準(zhǔn) 備實驗器材。 根 據(jù) 預(yù) 定 任  讓不同小組有 不同的收獲。

17、 讓學(xué)生在實踐 確各自分工。 務(wù)，進行小組合作 中學(xué)會合作、學(xué)會 任 務(wù) 驅(qū) 2 ．提示有困難的小組，可以根據(jù) 實踐操作。 思考，能通過多種 動，實踐探 教材 P91～92 的內(nèi)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(wù)： （1）接入物聯(lián)網(wǎng)模塊。 遇到的問題，可以 題，在設(shè)計新作品 通過自學(xué)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(lián)網(wǎng)。 （3 ）通過物聯(lián)網(wǎng)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(jù)接收到的信息進 行分析，并發(fā)送相應(yīng)的信息到物聯(lián)網(wǎng)平 臺。 （5 ）確認(rèn)物聯(lián)網(wǎng)平臺是否收到信 息，排查設(shè)計過程中遇到的問題。 3 ．巡視，解決項目小組在設(shè)計方 案時遇到的問題，進行個別輔導(dǎo)。 1．提示學(xué)生整理硬件器材。  作 品 展 示 ，  作品演示是作 2．指導(dǎo)學(xué)生填寫活動記錄表。 發(fā) 言 、 提 問 、 演 品設(shè)計中重要的一 作品展示與 3 ．請組長組織反思總結(jié)活動中得 示 ， 小 組 進 行 簡環(huán)，項目小組可以 交流 到的經(jīng)驗、存在的不足及改進方向。 4 ． 組 織 學(xué) 生 以 組 為 單 位 展 示 作 品，介紹作品的設(shè)計理

19、念，并進行功能 演示。在演示過程中，臺下學(xué)生可以提 出相關(guān)問題。 1 ．總結(jié)：在本次項目活動中，各 要總結(jié)。 學(xué) 生 代 表 發(fā) 想辦法更好地展示 自己作品，例如結(jié) 合思維導(dǎo)圖或一定 的情境化展示等。 與教師一起總 小組針對任務(wù)分工，思考有哪些做得好 言，共同總結(jié)。 或需要改進的地方。 結(jié) 所 學(xué) 知 識 和 技 能，深入思考物聯(lián) 總結(jié) 2 ．提示：課后，有條件的項目組 可以增加其他傳感器，結(jié)合 micro：bit 設(shè)計出所需的功能。 3．完成教材 P96 的活動評價。 積極參與。 網(wǎng)和開源硬件結(jié)合 的可能性。鼓勵學(xué) 生結(jié)合所學(xué)知識課 完成活動評價。 外繼續(xù)制作創(chuàng)客作 品。 教學(xué)反思方向 1 ．是否能用開源硬件實時監(jiān)測溫度、水分等數(shù)據(jù)，了解開源硬件在氣象活動中 的實際應(yīng)用。 2．是否了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送和接收信息的方法，能用簡單的代碼進行聯(lián)網(wǎng)測試。 3．小組成員的任務(wù)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(xué)生深度參與對項目的評價、反思、總結(jié)。 5 ．評價時，是否重視活動過程、作品展示，是否尊重學(xué)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(dǎo)學(xué)生樂于總結(jié)和反思，愿意用所學(xué)技 術(shù)解決生活中的實際問題。