第二单元 第3课 校园数字气象站实时传输 教学设计 2025-2026学年教科版初中信息科技 八年级下册

该初中信息科技教学设计聚焦校园数字气象站双终端（智能+移动）数据实时传输与反馈控制，通过复习上节课传感器数据采集，提出远程查看和大风预警需求，构建从感知层到物联闭环的学习支架，衔接数据采集与实时传输知识。 特色是以真实校园场景为载体，采用任务驱动与分步指导，通过双终端架构图解、补全开关窗流程图、硬件连接与编程调试，强化计算思维和数字化实践。注重信息意识培养，规范联网与数据安全，提升学生物联系统构建能力，为教师提供清晰教学流程与故障排查策略，助力高效教学。

第3课 校园数字气象站实时传输 课题 第 3 课 校园数字气象站实时传输 课型 新授课 + 实践操作课 课时 1 总课时 教材分析 本课承接数据采集，聚焦校园数字气象站数据实时传输与反馈控制。教材以双主控板架构（智能终端 + 移动终端）为核心，讲解 WiFi 数据互通、MQTT 消息收发、大风预警与远程开关窗逻辑，通过硬件连接、程序编写、联动调试，实现数据实时显示、预警推送、远程指令下发，完成物联反馈系统闭环。 学情分析 学生已掌握传感器采集与基础联网，但对双终端架构、双向通信、阈值预警、远程指令控制理解不足。八年级学生能完成简单接线，但多设备联动、程序逻辑理解困难，易出现联网失败、指令不响应问题。需用图示化、模块化、分步式教学降低难度，强化联动思维。 核心素养 （教学） 目标 信息意识：理解双终端数据传输与指令交互流程，建立实时通信与反馈控制意识。 计算思维：能梳理预警 — 传输 — 决策 — 执行的算法逻辑，读懂并完善开关窗流程图。 数字化实践：完成双主控板连接、MQTT 配置、程序上传，实现数据互通与远程控制。 信息社会责任：规范联网操作，安全传输数据，体验物联网服务校园生活的价值。 德育安全 安全用电、规范接线；文明用网、数据安全，培养协作探究与科学求真态度。 教学重点 双终端架构、数据实时传输、MQTT 消息收发、大风预警、远程开关窗控制。 教学难点 理解双向通信逻辑与指令反馈流程，实现稳定联动调试。 教法学法 教法：案例演示、架构图解、任务驱动、分步指导。学法：小组协作、硬件连接、编程调试、对比总结。 教学准备 主控板 ×2、舵机、气象仪、雨量传感器、电脑、WiFi、PPT。 教学过程设计 复备栏 （一）复习导入，明确传输任务 复习回顾 师：上一节课我们实现了什么功能？ 生：搭建感知层，采集温湿度、气压、风速、风向、雨量数据。 师：数据采集后，如何让老师在办公室也能看到？如何在大风时自动提醒关窗？ 生：把数据传输出去，实现远程查看与控制。 导入新课 师：今天我们让气象站 “联网互通、远程可控”，实现数据实时传输 + 大风预警 + 远程开关窗。本课将使用两块主控板，完成校园气象站的物联闭环。 1. 板书课题第 3 课 校园数字气象站实时传输 本课目标 · 认识双终端架构：智能终端 + 移动终端 · 实现数据实时上传与同步显示 · 实现大风自动预警 · 实现移动终端远程控制开关窗 （二）新知学习：双终端架构与传输原理 1. 双终端角色区分 结合教材界面与架构图讲解： · · 智能终端：连接传感器、舵机；采集数据、上传数据、执行开关窗指令。 · 移动终端：实时显示数据、接收预警、发送开窗 / 关窗指令。 1. 写一写：对比异同 · 相同点：都有主控板、显示屏、连 WiFi、MQTT 通信。 · 不同点：智能终端接硬件、负责执行；移动终端负责显示、控制。 系统整体架构教师板书数据流与指令流：数据流向：传感器→智能终端→WiFi→移动终端 / 计算机指令流向：移动终端→WiFi→智能终端→舵机（开关窗） 反馈控制逻辑 · 智能终端监测风速 风速＞阈值→发送大风预警 · 移动终端接收预警→显示提醒 · 用户发送开关窗指令 · 智能终端执行→控制舵机动作 （三）方案设计：流程与算法框图 实时传输实现步骤 准备双主控板、舵机、传感器 智能终端接气象仪、雨量、舵机 双终端连同一 WiFi 分别编写并上传程序 调试数据同步、预警、远程控制 补全开关窗流程图 教师带领学生填空：接收 MQTT 信息→是否 “打开窗户”？→是→控制舵机开窗→否→继续判断风速＞阈值？→是→发大风预警→控制关窗→否→发 “无预警” 强调闭环价值 实时传输 + 预警 + 远程控制，让气象站从 “监测设备” 变成 “校园安全物联系统”。 （四）实践操作：硬件连接与双终端编程 1. 硬件清单 · 主控板 ×2（智能 + 移动） · 舵机 ×1 · 气象仪 ×1 · 雨量传感器 ×1 · 导线若干 1. 硬件连接（重点） · 气象仪、雨量传感器：I2C 接口 · 舵机：智能终端 P22 · 双终端均连 WiFi教师逐组检查，确保接线正确、防短路、防接反。 1. 智能终端编程（核心）1）初始化：板型、传感器、舵机、WiFi、MQTT2）风速判断程序： · 读取风速 · 大于阈值→MQTT 发布 “当前风速较大” · 否则→发布 “无” 预警3）门窗控制程序： · 收到 “打开窗户”→舵机转到开窗位 · 收到 “关闭窗户”→舵机转到关窗位 1. 移动终端编程1）订阅预警主题，显示收到的消息2）设置按钮： · 点击 “开窗”→发布 “打开窗户” · 点击 “关窗”→发布 “关闭窗户”3）屏幕同步显示窗户状态 1. 运行与联动调试 · 双终端同时上电 · 观察气象数据是否同步 · 测试预警：模拟大风→看是否弹出提醒 · 测试远程控制：手机 / 移动终端发指令→舵机动作 · 查看计算机 MQTT 后台数据是否正常 1. 常见故障排查 · 数据不同步：WiFi 是否同一网络、MQTT 配置一致 · 舵机不动：检查 P22 接线、角度值、指令是否收到 · 无预警：检查阈值设置、判断语句、发布主题 （五）展示交流与效果评价 1. 小组展示各组演示三大功能： · 气象数据实时同步显示 · 大风条件自动推送预警 · 移动终端远程开关窗 1. 师生点评 · 连接规范、运行稳定 · 数据准确、传输流畅 · 预警及时、控制灵敏 1. 知识梳理实时传输 = 数据上云 + 终端同步 + 指令下发 + 反馈执行完整闭环：监测 — 传输 — 预警 — 控制 — 反馈 （六）课堂小结与作业布置 课堂小结 本课实现了校园数字气象站的实时传输、远程监控、反馈控制，掌握了双终端联动、MQTT 双向通信、预警判断、舵机控制，为下一课系统测试与运维打下基础。 布置作业 (1) 整理双终端接线图与程序流程图。 (2) 记录一组实时传输气象数据。 (3) 预习第 4 课《测试运维校园数字气象站》。 板书设计 第 3 课 校园数字气象站实时传输 一、双终端架构 智能终端：采集 + 执行移动终端：显示 + 控制 二、数据与指令流程 采集→上传→同步显示→预警→远程指令→执行→反馈 三、核心硬件 气象仪、雨量、舵机、双主控板、WiFi 四、核心功能 实时传输、大风预警、远程开关窗 五、调试要点 同一网络、MQTT 一致、接线正确、逻辑无误 教 学 反 思 本课以双终端联动为核心，学生对实时传输与远程控制兴趣浓厚，基本理解物联闭环流程。但双板编程与联网调试难度大，部分小组出现数据不同步、指令延迟等问题，进度差异明显。后续应提供统一配置模板、简化调试步骤，加强小组互助与一对一指导，提升稳定性与成功率。 学科网（北京）股份有限公司 $