第4課跨學(xué)科活動(dòng)：簡(jiǎn)易氣象站教學(xué)設(shè)計(jì)-2023-2024學(xué)年初中信息技術(shù)（信息科技）八年級(jí)上冊(cè)（2024）清華大學(xué)版（2024）（青海）學(xué)科Xx年級(jí)冊(cè)別Xx年級(jí)上冊(cè)共1課時(shí)教材部編版授課類型新授課第1課時(shí)教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是《第4課跨學(xué)科活動(dòng)：簡(jiǎn)易氣象站》的教學(xué)設(shè)計(jì)，內(nèi)容涵蓋八年級(jí)上冊(cè)《信息科技》教材中的信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用實(shí)踐。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系緊密，通過前一章節(jié)對(duì)信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，如計(jì)算機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等，為學(xué)生開展簡(jiǎn)易氣象站的設(shè)計(jì)和制作奠定了基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力、科學(xué)探究精神和創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生將通過實(shí)際操作學(xué)習(xí)氣象數(shù)據(jù)收集和分析，提高信息處理能力；通過跨學(xué)科合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力；同時(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)自然科學(xué)的興趣，增強(qiáng)解決實(shí)際問題的能力。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.簡(jiǎn)易氣象站的數(shù)據(jù)采集與處理：重點(diǎn)是學(xué)生能夠正確選擇和連接氣象傳感器，以及有效地處理和存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)。

2.跨學(xué)科知識(shí)的整合應(yīng)用：重點(diǎn)在于學(xué)生能夠?qū)⑿畔⒓夹g(shù)與自然科學(xué)知識(shí)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出功能完善的簡(jiǎn)易氣象站。

難點(diǎn)：

1.傳感器數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性：學(xué)生可能難以確保傳感器數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，這需要學(xué)生理解傳感器的工作原理和校準(zhǔn)方法。

2.軟件編程與數(shù)據(jù)處理：學(xué)生可能對(duì)編程和數(shù)據(jù)處理不夠熟悉，需要掌握基礎(chǔ)的編程知識(shí)和數(shù)據(jù)處理技能。

解決辦法：

1.通過實(shí)際操作演示和小組討論，幫助學(xué)生理解傳感器的工作原理和正確連接方法。

2.提供編程指導(dǎo)和示例代碼，逐步引導(dǎo)學(xué)生完成氣象數(shù)據(jù)的采集和初步處理。

3.安排實(shí)驗(yàn)和案例分析，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)如何校準(zhǔn)傳感器和優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程。

4.鼓勵(lì)學(xué)生通過小組合作，共同解決編程和數(shù)據(jù)處理中的難題，提高解決問題的能力。教學(xué)資源-軟硬件資源：計(jì)算機(jī)設(shè)備、氣象傳感器（如溫度、濕度、風(fēng)速等）、數(shù)據(jù)采集器、連接線纜、簡(jiǎn)易氣象站搭建材料。

-課程平臺(tái)：學(xué)校信息科技教學(xué)平臺(tái)或在線學(xué)習(xí)平臺(tái)。

-信息化資源：氣象數(shù)據(jù)收集和分析的軟件、編程環(huán)境（如Scratch、Python等）、氣象知識(shí)相關(guān)視頻和文檔。

-教學(xué)手段：多媒體教學(xué)設(shè)備（投影儀、計(jì)算機(jī)）、實(shí)物演示、小組合作學(xué)習(xí)、在線互動(dòng)平臺(tái)。教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.創(chuàng)設(shè)情境：展示不同天氣狀況下的城市生活圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考?xì)庀笮畔?duì)日常生活的影響。

2.提出問題：詢問學(xué)生是否了解氣象信息的獲取方式，以及氣象站的作用。

3.引導(dǎo)思考：提出問題“如何設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易氣象站來收集氣象數(shù)據(jù)？”激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。

二、講授新課（15分鐘）

1.介紹氣象站的基本組成：傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等。

2.講解傳感器的工作原理：展示傳感器實(shí)物，講解其如何將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

3.介紹數(shù)據(jù)采集器：講解數(shù)據(jù)采集器的功能，以及如何連接傳感器。

4.講解數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：講解無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的工作原理，以及如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。

5.介紹氣象數(shù)據(jù)的處理和分析：講解如何使用軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

三、鞏固練習(xí)（10分鐘）

1.小組討論：將學(xué)生分成小組，討論如何設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易氣象站，并記錄討論結(jié)果。

2.實(shí)物操作：指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)易氣象站的搭建，包括傳感器連接、數(shù)據(jù)采集器調(diào)試等。

3.數(shù)據(jù)采集：指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)采集，并記錄采集到的數(shù)據(jù)。

四、課堂提問（5分鐘）

1.提問：詢問學(xué)生簡(jiǎn)易氣象站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及如何確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

2.引導(dǎo)學(xué)生思考：討論氣象數(shù)據(jù)在生活中的應(yīng)用，以及如何利用氣象數(shù)據(jù)為生活提供便利。

五、師生互動(dòng)環(huán)節(jié)（10分鐘）

1.學(xué)生展示：每組展示自己的簡(jiǎn)易氣象站設(shè)計(jì)，分享設(shè)計(jì)思路和實(shí)施過程。

2.教師點(diǎn)評(píng)：對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)點(diǎn)和不足，提出改進(jìn)建議。

3.學(xué)生提問：學(xué)生提問關(guān)于氣象站設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集和處理等方面的問題，教師進(jìn)行解答。

六、核心素養(yǎng)拓展（5分鐘）

1.引導(dǎo)學(xué)生思考：討論氣象數(shù)據(jù)在環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)種植等方面的應(yīng)用。

2.提出問題：如何利用氣象數(shù)據(jù)為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供支持？

3.學(xué)生討論：學(xué)生分組討論，提出解決方案，并分享討論結(jié)果。

七、總結(jié)與反思（5分鐘）

1.總結(jié)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)易氣象站的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理的重要性。

2.反思：引導(dǎo)學(xué)生反思自己在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易氣象站過程中的收獲和不足。

3.布置作業(yè)：布置課后作業(yè)，要求學(xué)生完成簡(jiǎn)易氣象站的設(shè)計(jì)方案，并嘗試進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。

教學(xué)時(shí)間分配：導(dǎo)入環(huán)節(jié)5分鐘，講授新課15分鐘，鞏固練習(xí)10分鐘，課堂提問5分鐘，師生互動(dòng)環(huán)節(jié)10分鐘，核心素養(yǎng)拓展5分鐘，總結(jié)與反思5分鐘，共計(jì)45分鐘。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.知識(shí)掌握：

-學(xué)生能夠理解并描述氣象站的基本組成部分及其功能。

-學(xué)生掌握了傳感器的工作原理和數(shù)據(jù)采集的基本方法。

-學(xué)生了解了數(shù)據(jù)采集器的工作流程和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)制。

-學(xué)生熟悉了氣象數(shù)據(jù)的初步處理和分析技巧。

2.技能提升：

-學(xué)生能夠熟練操作氣象傳感器，進(jìn)行正確的連接和調(diào)試。

-學(xué)生具備了一定的編程能力，能夠使用簡(jiǎn)單的編程語言控制數(shù)據(jù)采集過程。

-學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)和搭建簡(jiǎn)易氣象站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.思維能力：

-學(xué)生通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易氣象站，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和問題解決能力。

-學(xué)生在小組討論和合作中，提升了批判性思維和溝通能力。

-學(xué)生在面對(duì)實(shí)際問題時(shí)的分析能力得到加強(qiáng)，能夠從多個(gè)角度思考問題。

4.應(yīng)用能力：

-學(xué)生能夠?qū)⑿畔⒓夹g(shù)與自然科學(xué)知識(shí)相結(jié)合，應(yīng)用于實(shí)際問題的解決。

-學(xué)生學(xué)會(huì)了如何利用氣象數(shù)據(jù)為日常生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供支持。

-學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)遷移到其他領(lǐng)域，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃等。

5.實(shí)踐能力：

-學(xué)生通過實(shí)際操作，提高了動(dòng)手能力和實(shí)踐操作技能。

-學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)會(huì)了如何安全使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，遵守實(shí)驗(yàn)規(guī)范。

-學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)踐，增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立工作的能力。

6.跨學(xué)科能力：

-學(xué)生在跨學(xué)科活動(dòng)中，學(xué)會(huì)了如何將不同學(xué)科的知識(shí)和技能整合運(yùn)用。

-學(xué)生能夠識(shí)別和解決跨學(xué)科問題，體現(xiàn)了綜合素養(yǎng)的提升。

-學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中，體驗(yàn)了團(tuán)隊(duì)合作的價(jià)值，學(xué)會(huì)了如何與他人協(xié)作。典型例題講解1.例題：簡(jiǎn)易氣象站中，溫度傳感器的讀數(shù)為25℃，濕度傳感器的讀數(shù)為60%。請(qǐng)計(jì)算此時(shí)相對(duì)濕度的百分比。

解答：相對(duì)濕度（%）=（實(shí)際水汽壓/飽和水汽壓）×100%

飽和水汽壓（25℃）=23.8蒸氣壓毫米

實(shí)際水汽壓（通過濕度傳感器計(jì)算得出）

假設(shè)實(shí)際水汽壓為18.0蒸氣壓毫米，則相對(duì)濕度=（18.0/23.8）×100%≈75.7%

2.例題：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易氣象站，需要測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向。風(fēng)速傳感器顯示風(fēng)速為每秒5米，風(fēng)向傳感器顯示風(fēng)向?yàn)楸逼?0度。請(qǐng)描述如何將風(fēng)速和風(fēng)向信息轉(zhuǎn)換為氣象報(bào)告中的描述。

解答：風(fēng)速描述：風(fēng)速為每秒5米，可以描述為“風(fēng)速為5米/秒”。

風(fēng)向描述：北偏西30度，可以描述為“風(fēng)向?yàn)楸逼?0度”。

3.例題：簡(jiǎn)易氣象站的數(shù)據(jù)采集器每分鐘記錄一次溫度和濕度數(shù)據(jù)。假設(shè)從早上8點(diǎn)到中午12點(diǎn)，溫度從20℃上升到25℃，濕度從50%上升到60%。請(qǐng)繪制一張簡(jiǎn)單的溫度和濕度變化曲線圖。

解答：繪制一張橫軸為時(shí)間（8:00至12:00），縱軸分別為溫度和濕度的折線圖。從20℃和50%開始，分別向上和向右繪制折線至25℃和60%。

4.例題：簡(jiǎn)易氣象站的數(shù)據(jù)采集器在連續(xù)記錄一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)記錄的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了異常值。請(qǐng)說明如何檢測(cè)和處理這些異常值。

解答：檢測(cè)異常值的方法包括：

-觀察數(shù)據(jù)分布，尋找明顯偏離整體趨勢(shì)的點(diǎn)。

-使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，如標(biāo)準(zhǔn)差或四分位數(shù)范圍，檢測(cè)離群值。

-對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，分析當(dāng)前數(shù)據(jù)是否超出正常范圍。

處理異常值的方法包括：

-刪除異常值，以避免對(duì)整體數(shù)據(jù)分析的影響。

-對(duì)異常值進(jìn)行修正，使其接近正常數(shù)據(jù)范圍。

5.例題：簡(jiǎn)易氣象站的數(shù)據(jù)采集器能夠記錄溫度和濕度數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理程序，將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文件中。

解答：使用Python編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理程序，代碼如下：

```python

importcsv

defsave_data_to_file(data):

withopen('weather_data.csv','a',newline='')asfile:

writer=csv.writer(file)

writer.writerow(data)

#假設(shè)data是一個(gè)包含溫度和濕度的元組

temperature,humidity=22,45

save_data_to_file((temperature,humidity))

```

該程序?qū)⒔邮盏降臏囟群蜐穸葦?shù)據(jù)作為元組寫入名為`weather_data.csv`的文件中。板書設(shè)計(jì)①本文重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：

-氣象站的基本組成部分

-傳感器的工作原理與類型

-數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

-氣象數(shù)據(jù)的處理與分析

②重點(diǎn)詞句：

-氣象站：用于收集和分析氣象數(shù)據(jù)的設(shè)施

-傳感器：將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)備

-數(shù)據(jù)采集器：用于收集、存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備

-數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：用于將數(shù)據(jù)從氣象站傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器的設(shè)備

-氣象數(shù)據(jù)：描述氣象現(xiàn)象的數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、風(fēng)速等

③板書內(nèi)容詳細(xì)闡述：

①氣象站組成

-傳感器：溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等

-數(shù)據(jù)采集器

-數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

②傳感器工作原理

-物理量轉(zhuǎn)換：將物理量（如溫度、濕度）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)

-電信號(hào)處理：對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理

③數(shù)據(jù)采集器功能

-數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)

-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)

-數(shù)據(jù)傳輸：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器

④數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

-無線數(shù)據(jù)傳輸：利用無線信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

-遠(yuǎn)程服務(wù)器：接收并存儲(chǔ)氣象數(shù)據(jù)

⑤氣象數(shù)據(jù)處理與分析

-數(shù)據(jù)清洗：去除異常值和噪聲

-數(shù)據(jù)可視化：將數(shù)據(jù)以圖表形式展示

-數(shù)據(jù)分析：對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)課堂小結(jié)：

在本節(jié)課中，我們學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)易氣象站的設(shè)計(jì)與實(shí)施。我們了解了氣象站的基本組成部分，包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。重點(diǎn)掌握了傳感器的工作原理，如何通過數(shù)據(jù)采集器收集和處理氣象數(shù)據(jù)，以及如何利用數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

我們通過實(shí)際操作，搭建了簡(jiǎn)易氣象站，并學(xué)習(xí)了如何進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析。學(xué)生能夠識(shí)別不同的氣象傳感器，了解它們的工作原理，并能將這些傳感器與數(shù)據(jù)采集器正確連接。

當(dāng)堂檢測(cè)：

1.請(qǐng)簡(jiǎn)要描述氣象站的主要組成部分及其功能。

2.解釋傳感器如何將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

3.描述數(shù)據(jù)采集器在簡(jiǎn)易氣象站中的作用。

4.說明如何通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將氣象數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

5.列舉至少兩種氣象數(shù)據(jù)處理的常見方法。

答案示例：

1.氣象站的主要組成部分包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。傳感器用于收集氣象數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器用于存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

2.傳感器通過內(nèi)部