2020-2021学年闽教信息技术2020版八年级下册 第15-16课时 《设计校园气象站（综合活动2）》
第15－16课时 
设计校园气象站（综合活动2）
教学内容分析
本活动是本学期的第二次综合活动课，让学生组成项目活动小组，了解水分传感器的工作原理和使用方法，应用已有传感器获取相关的气象数据。通过物联网平台，发送和接收相关的气象数据。在监测到异常数据时，通过物联网平台发送气象警报。
在上节课中，学生初步认识物联网，并设计了温度警报器和智能门禁系统，初步体验了物联网在现代家居中的应用。本活动结合物联网技术设计智能气象站，教材首先介绍什么是气象监测站，提出可以在校园里建立气象站，使学生掌握气象观测的一些基本方法，激发学生学习自然地理的兴趣和热情，了解更多的气象科学知识。常见的校园气象站一般由各种传感器和自动气象监测仪组成，用于实时监测温度、湿度、风速、风向、雨量、气压等多种气象数据，还可以通过扩展接口连接计算机等硬件，增强系统的功能。在本活动中，项目小组经过交流，根据现有器材设计基于物联网的简易校园气象站，用于监测校内局部区域的气象数据，进一步感受物联网在生活生产中的应用。
作为综合活动课，教学时应遵循综合实践课程的要求和方式，采用小组合作学习的方式进行实践和探究活动。活动时以4～8人为一个活动小组，每个活动小组指派1名同学担任组长，负责活动方案的制订和任务的安排，明确小组成员的分工，让每位成员都能独立完成一项探究任务。在活动过程中，小组成要一起讨论校园气象站建设方案，合作完成实践活动中的各项任务，进一步增强利用开源硬件和物联网解决现实生活问题的能力。
本活动分为2课时。课时1，在认识气象站资料后进行分组安排，再进行水分传感器测试的实践探究活动。测试完成后，将蜂鸣器接入扩展板中，根据主控板读取的水分传感器值，若湿度达到设定值，启动蜂鸣器进行下雨提示。本实验需要使用已封装好的采用数字接口的蜂鸣器，如果无法像第三课中用鳄鱼夹直接将蜂鸣器连接到micro：bit扩展口引脚上，可用LED屏幕显示指定图案替代蜂鸣器，或用杜邦线（一头公一头母）连接蜂鸣器与扩展板接口。课时2，运用物联网发布气象信息，将水分传感器、温度传感器和光线传感器测到的气象数据通过物联网模块发送到物联网平台。这样，不管我们身处何处，都可以知道校园周边的气象情况，进一步理解和掌握物联网的应用
本课活动让学生在项目小组中发挥各自特长，设计有实用价值的校园气象站，引导学生进一步思考物联网的应用领域，为设计开源硬件创客作品打下坚实的基础。
教学对象分析
学生在上一课中已经学会通过物联网模块接入互联网，他们能正确地将物联网模块接入扩展板，并能通过Mind＋编写简单的代码进行联网测试。目前，学生已经会使用温度传感器等器材收集环境数据，可以用较短的时间认识水分传感器，通过编写程序获取水分传感器是否接触到水的信息。学生能进一步巩固并结合所学技能，获取所需数据后，通过物联网进行消息的发送和接收，根据预设任务设计能获取相关环境信息的智能气象站。
通过多年的信息技术学习，八年级的学生具有一定项目合作能力，在综合实践活动课中，他们能组建活动小组并做好任务分工工作，但是完全由学生自由组合，可能会较少考虑优势互补、强弱搭配，需要教师的适度参与。活动结束时，学生有上次综合实践课的经验，能以项目小组为单位进行项目的交流和总结，但需要教师通过过程性评价引导学生进行项目总结与反思，提出改进意见。
通过本课的学习，学生既了解气象知识，又进一步体验IoT与开源硬件的有机融合，能以小团队合作的形式解决问题，提高合作沟通能力和创新意识。
教学目标
1．了解水分传感器的工作原理和使用方法。
2．了解利用水分传感器及 micro：bit内置传感器获取气象数据的方法。
3．了解基于物联网模块发送和接收气象信息的方法，会根据气象信息发出气象警报。
教学重点和难点
1.教学重点。
了解水分传感器，结合物联网模块设计校园气象站。
2.教学难点。
分析气象数据，通过物联网发送气象警报。
教学方法
1.比较观察法：播放介绍气象站的视频，展示气象站及气象仪器的图片，让学生初步了解气象站，了解气象信息和气象仪器。展示用开源硬件设计气象题材的视频或技术帖，展示相关器材，让学生了解水分传感器等传感器相关知识。
视频可播放《自动气象站》《探访百年气象站》等，技术帖可参考《气象站方案B计划》等，让学生从多个角度了解气象站及气象相关知识，了解智能硬件在气象方面的应用，进一步感受IoT的应用价值。
2．演示讲授法：讲述如何用传感器获取气象数据，结合开源硬件通过物联网传递气象信息。
3．任务驱动法；以设计物联网气象站为主题，学生根据任务的具体要求，开展小组合作的探究性学习，各组成员围绕所选主题，结合自学资料，测试新传感器。
4．交流、评价法：在作品设计过程中和设计结束后，让学生充分展示设计思路，鼓励学生参与评价。
教学准备
1．教学环境：计算机网络教室（可正常联网）、无线WiFi环境、转播控制系统。其中，无线路由器最好使用工业级路由器，以确保多个设备可同时顺利无线联网。
2．实验器材准备：micro：bit、micro：mate扩展板、物联网模块、水分传感器、数据线、烧杯和滴管。
教学过程
教学环节 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
情景体验，导人新课 | 1．播放视频：《自动气象站》等，让学生对气象站有一定的认识，感受气象仪器在气象观测中的作用，请学生交流对气象站的认知。 2．提出问题1：如果让你设计智能校园气象站，你会如何设计？ 问题2：获取气象信息需要哪些器材？指出目前的气象信息需要各种智能硬件辅助收集数据。 3．展示运用物联网技术设的气象站，引导学生思考：气象站需要收集哪些信息？需要用到哪些传感器？ | 观看视频，思考气象信息与智能硬件的关系。
学生代表发言，其他学生交流互动，感受开源硬件的神奇魅力。
交流、讨论，哪些传感器适用于气象站获取气象信息。 | 在上一节课学习物联网的基础上，本活动结合气象主题引导学生进一步结合物联网设计开源硬件应用创客作品。 通过对气象站的主题认知，在交流中开拓学生设计思路，提升对开源硬件的应用能力。 |
布置实践活动任务 | 1．布置任务： 使用开源硬件和现有传感器，设计智能校园气象站（指定要有降雨监测和物联网功能）。 2．任务说明： 智能气象站要能监测校园局部区域的气温、照度、土壤湿度、风向、降雨情况等气象数据信息。 3．任务分析： （1）基于物联网模块报送水分传感器、主控板内置温度传感器获取的气象数据。 （2）对开源硬件进行编程。 （3）根据需求，准备硬件器材。 | 了解任务内容，分析完成任务所需器材及实现方法，开始准备活动器材。 | 给学生留有一定的创新空间，学生可以根据任务说明，自行设计，完成相应的任务。 |
第15课时