教學設(shè)計教學內(nèi)容第4課跨學科活動：簡易氣象站2024—2025學年湘教版（2024）信息科技八年級上冊課時共1課時課型實踐課教材分析本節(jié)課是湘教版（2024）信息科技八年級上冊的跨學科活動課。通過搭建簡易氣象站，學生將綜合運用信息科技、物理、地理等多學科知識。教材詳細介紹了簡易氣象站所需的各種傳感器以及數(shù)據(jù)采集和處理的方法，旨在培養(yǎng)學生的實踐操作能力和跨學科思維。學生在活動中不僅能了解氣象觀測的基本原理，還能體會信息科技在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用，感受多學科融合的魅力。學情分析八年級學生已經(jīng)具備了一定的信息科技基礎(chǔ)知識和實踐操作能力，對新鮮事物充滿好奇心和探索欲望。他們在物理、地理等學科中也接觸過一些與氣象相關(guān)的知識，但缺乏將這些知識綜合運用的能力。在搭建簡易氣象站的過程中，可能會遇到傳感器連接、數(shù)據(jù)采集和處理等方面的問題，需要教師給予適當?shù)闹笇Ш蛶椭W習目標學習評價1.信息意識：學生能夠敏銳感知氣象信息在生活和科學研究中的重要性，認識到信息科技在氣象觀測和數(shù)據(jù)處理中的作用。通過搭建簡易氣象站，主動關(guān)注氣象數(shù)據(jù)的采集、傳輸和分析，形成對信息價值的正確判斷。2.計算思維：學生能運用計算思維分析氣象站搭建過程中的問題，如傳感器的工作原理、數(shù)據(jù)采集的算法設(shè)計等。學會將復(fù)雜的氣象觀測任務(wù)分解為多個子任務(wù)，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和處理，提高解決實際問題的能力。3.數(shù)字化學習與創(chuàng)新：學生在搭建簡易氣象站的過程中，能夠積極利用數(shù)字化工具和資源，如開源硬件平臺、編程軟件等，進行創(chuàng)新實踐。嘗試對氣象站進行改進和優(yōu)化，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實踐能力。4.信息社會責任：學生了解氣象觀測對社會的重要意義，如氣象預(yù)報、防災(zāi)減災(zāi)等。在活動中，遵守相關(guān)的法律法規(guī)和道德規(guī)范，確保氣象數(shù)據(jù)的準確和安全，培養(yǎng)信息社會責任意識。1.通過觀察學生在搭建簡易氣象站過程中的操作表現(xiàn)，評價學生的實踐操作能力和團隊協(xié)作能力。2.查看學生編寫的程序代碼和數(shù)據(jù)處理結(jié)果，評價學生的計算思維和數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。3.組織學生進行小組匯報和交流，評價學生對氣象信息的理解和表達能力，以及信息社會責任意識。重點1.掌握簡易氣象站的搭建方法，包括傳感器的連接和調(diào)試。2.學會運用編程軟件實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的采集和處理。難點1.理解傳感器的工作原理，并能夠根據(jù)實際需求進行合理的選擇和使用。2.運用計算思維解決氣象站搭建和數(shù)據(jù)處理過程中遇到的問題。主問題如何運用信息科技和多學科知識搭建一個簡易氣象站，并實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的準確采集和處理？教學準備1.硬件設(shè)備：開源硬件平臺（如Arduino）、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、風速傳感器、風向傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊等。2.軟件工具：編程軟件（如ArduinoIDE）、數(shù)據(jù)處理軟件（如Excel）。3.教學課件、學習資料、實驗報告模板。學習過程一、導入（5分鐘）（一）創(chuàng)設(shè)情境教師通過播放一段天氣預(yù)報的視頻，引導學生思考氣象預(yù)報的準確性與氣象觀測的關(guān)系。提問：“同學們，我們每天都會關(guān)注天氣預(yù)報，那么你們知道氣象預(yù)報的數(shù)據(jù)是從哪里來的嗎？”引發(fā)學生的興趣和好奇心。（二）引出課題教師介紹氣象站的作用和重要性，引出本節(jié)課的課題——簡易氣象站的搭建。讓學生了解本節(jié)課的學習目標和任務(wù)。二、知識講解（10分鐘）（一）氣象站的基本組成教師通過PPT展示氣象站的基本組成部分，包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)分析軟件等。詳細介紹每個部分的功能和作用，讓學生對氣象站有一個初步的了解。（二）傳感器的工作原理教師重點講解本節(jié)課所使用的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、風速傳感器和風向傳感器的工作原理。通過圖片、動畫等形式，讓學生直觀地了解傳感器是如何將物理量轉(zhuǎn)化為電信號的。（三）編程基礎(chǔ)教師簡單介紹Arduino開源硬件平臺和ArduinoIDE編程軟件的使用方法。講解變量、數(shù)據(jù)類型、函數(shù)等基本編程概念，為學生編寫氣象數(shù)據(jù)采集程序打下基礎(chǔ)。三、活動一：搭建簡易氣象站（15分鐘）（一）小組分工教師將學生分成若干小組，每組45人。讓每個小組的成員進行分工，分別負責傳感器的連接、硬件的組裝、程序的編寫和調(diào)試等工作。（二）搭建過程1.連接傳感器：學生根據(jù)教師提供的電路圖，將溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、風速傳感器和風向傳感器連接到Arduino開源硬件平臺上。在連接過程中，教師巡回指導，及時解決學生遇到的問題。2.組裝硬件：學生將連接好傳感器的Arduino板安裝到氣象站的外殼中，并進行固定。同時，安裝數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，確保氣象站的硬件系統(tǒng)正常運行。3.編寫程序：學生使用ArduinoIDE編程軟件編寫氣象數(shù)據(jù)采集程序。教師提供程序框架和示例代碼，引導學生根據(jù)傳感器的工作原理和數(shù)據(jù)采集要求進行修改和完善。在編寫程序的過程中，學生可以相互交流和討論，共同解決遇到的問題。（三）調(diào)試與測試1.硬件調(diào)試：學生對搭建好的簡易氣象站進行硬件調(diào)試，檢查傳感器的連接是否正確，硬件系統(tǒng)是否正常工作。如果發(fā)現(xiàn)問題，及時進行排查和修復(fù)。2.數(shù)據(jù)采集測試：學生運行編寫好的程序，進行氣象數(shù)據(jù)的采集測試。觀察采集到的數(shù)據(jù)是否準確，數(shù)據(jù)傳輸是否正常。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，分析原因并進行調(diào)整。四、活動二：氣象數(shù)據(jù)處理與分析（5分鐘）（一）數(shù)據(jù)導出學生將采集到的氣象數(shù)據(jù)從Arduino板導出到計算機中，并保存為CSV文件。（二）數(shù)據(jù)處理學生使用Excel等數(shù)據(jù)處理軟件對導出的氣象數(shù)據(jù)進行處理和分析?？梢杂嬎銛?shù)據(jù)的平均值、最大值、最小值等統(tǒng)計量，繪制折線圖、柱狀圖等圖表，直觀地展示氣象數(shù)據(jù)的變化趨勢。（三）結(jié)果展示每個小組選派一名代表，將本小組處理和分析后的氣象數(shù)據(jù)結(jié)果進行展示和匯報。其他小組的成員可以提出問題和建議，共同探討氣象數(shù)據(jù)的特點和規(guī)律。五、活動三：總結(jié)與拓展（5分鐘）（一）總結(jié)教師對本節(jié)課的內(nèi)容進行總結(jié)，回顧簡易氣象站的搭建過程、傳感器的工作原理和氣象數(shù)據(jù)的處理方法。強調(diào)跨學科知識的綜合運用和實踐操作能力的重要性。（二）拓展教師引導學生思考如何對簡易氣象站進行改進和優(yōu)化，如增加傳感器的種類、提高數(shù)據(jù)采集的精度、實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)取９膭顚W生在課后繼續(xù)進行探索和實踐，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。作業(yè)設(shè)計1.完成實驗報告，詳細記錄簡易氣象站的搭建過程、數(shù)據(jù)采集和處理結(jié)果，以及自己在活動中的收獲和體會。2.思考如何對簡易氣象站進行改進和優(yōu)化，撰寫一份改進方案。3.查閱資料，了解氣象站在氣象預(yù)報、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域的應(yīng)用，寫一篇小短文。板書設(shè)計簡易氣象站一、氣象站組成1.傳感器2.數(shù)據(jù)采集器3.數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備4.數(shù)據(jù)分析軟件二、傳感器原理1.溫度傳感器2.濕度傳感器3.光照傳感器4.風速傳感器5.風向傳感器三、編程基礎(chǔ)1.Arduino平臺2.ArduinoIDE軟件3.基本編程概念四、搭建過程1.連接傳感器2.組裝硬件3.編寫程序4.調(diào)試與測試五、數(shù)據(jù)處理1.導出數(shù)據(jù)2.計算統(tǒng)計量3.繪制圖表教學反思本次教學圍繞《跨學科活動：簡易氣象站》展開，整體流程較為順暢，但仍有一些方面需要改進。亮點：1.跨學科融合：通過搭建簡易氣象站，將信息科技與物理、地理等學科知識有機融合，培養(yǎng)了學生的跨學科思維和實踐操作能力。學生在活動中能夠積極運用所學知識解決實際問題，提高了綜合素養(yǎng)。2.小組合作：采用小組合作的學習方式，讓學生在合作中相互交流、相互學習，培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作精神和溝通能力。每個小組的成員都能明確分工，積極參與到活動中來，提高了學習效率。3.實踐操作：注重學生的實踐操作能力培養(yǎng)，讓學生在親自動手搭建氣象站的過程中，深入理解傳感器的工作原理和數(shù)據(jù)采集的方法。學生通過實踐操作，不僅掌握了知識和技能，還增強了自信心和成就感。不足：1.時間把控：在搭建簡易氣象站的過程中，部分小組進度較慢，導致后面的數(shù)據(jù)處理和分析環(huán)節(jié)時間緊張，學生沒有足夠的時間進行深入探討和展示。2.學生差異：學生的基礎(chǔ)和能力存在一定差異，部分學生在編程和數(shù)據(jù)處理方面遇到了較大困難，教師對這些學生的關(guān)注和指導不夠及時和充分。3.拓展深度：在拓展環(huán)節(jié)，雖然引導學生思考如何對簡易氣象站進行改進和優(yōu)化，但缺乏具體的指導和案例，學生的創(chuàng)新思路受到一定限制。改進方向：1.優(yōu)化時間安排：在今后的教學中，更加合理地安排教學時間，給學生留出足夠的時間進行實踐操作和思考討論。同時，加強對小組進度的監(jiān)控和指導，確保每個小組都能按時完成任務(wù)。2.關(guān)注個體差異：在教學過程中，更加關(guān)注學生的個體差