第二单元 主题案例二 创建校园北斗气象站-高中劳动与综合实践单元教学设计

>> 076 高中劳动与综合实践单元教学设计 主题案例二　创建校园北斗气象站 一、“创建校园北斗气象站”主题分析 2020 年 6 月 23 日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发 射北斗系统第五十五颗导航卫星，北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提 前半年全面完成。 北斗卫星导航系统是中国自主建设、运行的全球卫星导航系统，为全世界用户 提供精确的定位、导航、授时服务，是我国前沿科技的代表。 校园气象站的建设是为了提供可靠的气象数据，为学校的教学、科研和管理工 作提供必要的支持和参考。通过建设气象站，可以及时监测和记录校园内的气象变 化，为校内各部门提供准确的天气预报和气象信息，以确保校园内的安全和各部门 工作正常运行。 创建校园北斗气象站目标如下： （1）建设一套较完整可靠的气象监测系统，能够实时监测校园内的温度、湿度 要素。 （2）能从北斗定位模块中解析出经纬度数据，并将完整的经纬度数据显示出来。 （3）为校园北斗气象站设计制作外壳。 （4）培养学生的气象观测意识和实际操作能力，提高学生的科学素养和实践 能力。 　第二单元　生产劳动　 077 << 二、“创建校园北斗气象站”活动计划 三、“创建校园北斗气象站”实施建议 第一课时  “筹建”北斗气象站 （一）活动目标 （1）熟悉各类传感器参数。 （2）复习、熟悉编程环境。 （3）通过学习编程，能够运用程序调试显示屏。 （4）通过体验显示屏的连接、调试过程，掌握电子元器件的基本功能以及电路 的连接方法。 （5）引导学生规范使用电子器件，培养学生严谨的科学研究态度。 （二）学情分析 用到的开发硬件和软件分别是 Arduino UNO R3 控制器和国内开源图形化编程软 件 Mixly 软件。学生通过之前的学习已经对开发硬件和软件比较熟悉，本课重难点 >> 078 高中劳动与综合实践单元教学设计 是掌握电子元器件的基本功能以及电路的连接方法，能够运用程序调试显示屏。 （三）活动实施 1. 导入环节 设计意图：通过观看相关视频导入新课，激发学生学习使用新技术的兴趣。 学生活动：观看关于北斗卫星导航系统的新闻报道视频。 实施建议：选择的视频短片不宜过长，8 min 左右即可。 2. 共同学习劳动实践流程 设计意图：明白劳动实践流程。 学生活动：抽选学生读出劳动实践流程。 实施建议：强调制作校园北斗气象站需要系统进行设计制作，设计制作要有计 划，按步骤实施，培养学生严谨的科学态度。 3. 熟悉编程环境 设计意图：熟悉编程环境，为调试显示屏做准备。 学生活动：参照课本之前学过的内容和老师提供的自学网站，熟悉、复习 Mixly 软件使用方法，并选择正确的端口和开发板上传程序。 实施建议：提前准备好上次学习 Mixly 软件时编写完成的程序，教师巡回指导 学生给开发板上传程序，熟悉编程环境。 　第二单元　生产劳动　 079 << 4. 认识显示屏，调试显示屏 设计意图：通过老师讲解和课本介绍，知晓选用的显示屏规格；通过学习编 程，能够运用程序调试显示屏。 学生活动如下： （1）结合课本，听老师讲解，观察显示屏接口和标识。 （2）调试显示屏就是测试显示屏能否正常使用。通过让显示屏显示“HelloWorld!” 字样来判断显示屏是否可正常使用。这段程序中使用了变量和函数的概念。 实施建议：显示屏包含关键参数的大图要用课件显示出来，方便学生理解。 5. 相互交流展示测试结果，设置悬念，增加学习热情 设计意图：通过展示交流，巩固加深所学，增强成就感。为下节课学生设置 悬念，增加学习热情。 学生活动：以小组为单位在班内进行展示交流，相互评价、完善程序。 实施建议：选出能正常显示结果的程序展示方式。课程快结束时提醒学生下 节课要进行气象传感器和北斗定位模块的调试，为下节课做好铺垫，增加学生学习 热情。 >> 080 高中劳动与综合实践单元教学设计 第二课时  调试、使用北斗气象站 （一）活动目标 （1）通过学习编程，能够运用程序控制各类传感器实现其功能。 （2）通过观测和记录气象站的各项数据，掌握科学使用观测工具进行观测记录、 数据分析的方法。 （3）通过体验校园北斗气象站的设计与制作过程，掌握软件开发、硬件测试、 科学研究等未来职业中可能需要掌握的知识和技能。 （二）学情分析 用到的开发硬件和软件分别是 Arduino UNO R3 控制器和国内开源图形化编程软 件 Mixly 软件。重难点是学习北斗传感器运用以及各种传感器综合运用。 （三）活动实施 1. 回顾旧知 设计意图：能熟练操作软件，为学生进行知识迁移，更好地学习其他传感器 做铺垫。 学生活动：连接显示屏和控制板，下载测试程序，显示屏正常显示。 实施建议：以小组形式相互提醒，回忆旧知，并操作展示。 　第二单元　生产劳动　 081 << 2. 认识温湿度传感器，调试温湿度传感器 设计意图：通过老师讲解和课本介绍，知晓选用的温湿度传感器规格；掌握 温湿度传感器的基本功能以及电路的连接方法；通过学习编程，能够运用程序调 试温湿度传感器。 学生活动如下： （1）结合课本内容，听老师讲解，观察温湿度传感器接口和标识。 （2）按图编写程序。 实施建议：温湿度传感器包含关键参数的大图要用课件显示出来，方便学生 理解。 3. 认识北斗定位模块，调试北斗定位模块 设计意图：通过老师讲解和课本介绍，知晓选用的北斗定位模块规格；掌握 北斗定位模块的基本功能以及电路的连接方法；通过学习编程，能够运用程序调 试北斗定位模块。 学生活动如下： （1）结合课本内容，听老师讲解，观察北斗定位模块接口和标识。 （2）按图编写程序，并到开阔的窗边调测验证。 >> 082 高中劳动与综合实践单元教学设计 实施建议：北斗定位模块包含关键参数的大图要用课件显示出来，方便学生理 解；北斗卫星导航系统的信号只有在可以看到天空的位置才能接收到，而且必须同 时收到超过 4 颗卫星的信号才能实现定位。 4. 优化、完善电子模块 设计意图：综合运用所学电子元件使用方法，完成组装前联合调试。 学生活动如下： （1）进行电子模块的组装、连接。 （2）编写程序，上传程序。 （3）拿到开阔的窗边进行测试。经度、纬度、温度、湿度数据一般可以正常显 示在显示屏上。 实施建议：将经纬度和温湿度数据整合在一起，可以组成校园北斗气象站的电 子系统。经纬度和温湿度数据不能全部显示在（0.0）点位置上，要对数据字符串进 行处理。软件提供了丰富的处理字符串函数，教师可以提供给学生自学处理字符串 　第二单元　生产劳动　 083 << 函数的网站，让学生自行查阅资料，完善程序，也可以让学生参考教师自己的程序， 使各组数据分行显示。 5. 外壳结构的设计与制作 设计意图：通过观摩硬件材料加工过程，使学生对机床使用产生初步的了 解，增加学生对学习机床使用、3D 打印等的兴趣；锻炼动手能力。 学生活动如下： （1）观摩硬件材料加工。 （2）选取老师提供的不同种类部件进行自助式组装。 实施建议：提示学生可以根据自己熟悉的工具和材料进行设计和制作。但是要 注意在设计时要结合电子模块的尺寸和功能，使电子模块能合理地融入其中。当然， 也要兼顾整个模型的结构稳定和美观。 6. 观测实践 设计意图：培养学生科学记录习惯；掌握数据分析基本方法。 学生活动：按课本设计记录表格，并到校园不同场所观测和记录数值。 实施建议：观测与记录是科研人员的重要工作。教师向学生讲解观测和记录方 法，利用制作的校园北斗气象站，在校园内的不同时间、不同地点进行观测、记录 练习。 7. 总结评价，问题延伸 设计意图：引导学生掌握评价的方法；通过评价个别组作品引出延伸问题， 激发学生继续学习兴趣。 学生活动如下： 小组互相评价制作的气象站的外观和功能，思考以下几个问题。 >> 084 高中劳动与综合实践单元教学设计 （1）分组讨论，从功能和技术角度出发，对制作的气象站进行功能的扩展，如 增加一些其他传感器、通信模块、电子地图等，优化改进校园北斗气象站，让其可 以在校园里发挥更重要的作用。 （2）北斗卫星导航系统除了可以用在校园气象站上，还可以在校园中的哪些领 域发挥作用？ （3）通过校园北斗气象站的设计与制作的劳动实践体验，谈谈你对未来职业的 想法。 实施建议：引导学生评价时要从功能和外观综合评价，包括安全性、可靠性、 稳定性、合理性、方便性等。