閩教版(2020)八年級(jí)信息技術(shù)下冊(cè) 綜合活動(dòng)2 設(shè)計(jì)校園氣象站教案(2課時(shí))

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1、設(shè)計(jì)校園氣象站(綜合活動(dòng) 2) 教學(xué)內(nèi)容分析 本活動(dòng)是本學(xué)期的第二次綜合活動(dòng)課,讓學(xué)生組成項(xiàng)目活動(dòng)小組,了解水分傳感 器的工作原理和使用方法,應(yīng)用已有傳感器獲取相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái), 發(fā)送和接收相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)到異常數(shù)據(jù)時(shí),通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)送氣象警報(bào)。 在上節(jié)課中,學(xué)生初步認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng),并設(shè)計(jì)了溫度警報(bào)器和智能門禁系統(tǒng),初步體驗(yàn)了 物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代家居中的應(yīng)用。本活動(dòng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)智能氣象站,教材首先介紹什么是 氣象監(jiān)測(cè)站,提出可以在校園里建立氣象站,使學(xué)生掌握氣象觀測(cè)的一些基本方法,激發(fā)學(xué) 生學(xué)習(xí)自然地理的興趣和熱情,了解更多的氣象科學(xué)知識(shí)。常見的校園氣象站一

2、般由各種傳 感器和自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀組成,用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、氣壓等多種氣 象數(shù)據(jù),還可以通過擴(kuò)展接口連接計(jì)算機(jī)等硬件,增強(qiáng)系統(tǒng)的功能。在本活動(dòng)中,項(xiàng)目小組 經(jīng)過交流,根據(jù)現(xiàn)有器材設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)易校園氣象站,用于監(jiān)測(cè)校內(nèi)局部區(qū)域的氣象 數(shù)據(jù),進(jìn)一步感受物聯(lián)網(wǎng)在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用。 作為綜合活動(dòng)課,教學(xué)時(shí)應(yīng)遵循綜合實(shí)踐課程的要求和方式,采用小組合作學(xué)習(xí) 的方式進(jìn)行實(shí)踐和探究活動(dòng)?;顒?dòng)時(shí)以 4~8 人為一個(gè)活動(dòng)小組,每個(gè)活動(dòng)小組指派 1 名同學(xué)擔(dān)任組長(zhǎng),負(fù)責(zé)活動(dòng)方案的制訂和任務(wù)的安排,明確小組成員的分工,讓每 位成員都能獨(dú)立完成一項(xiàng)探究任務(wù)。在活動(dòng)過程中,小組成要一起討論

3、校園氣象站建 設(shè)方案,合作完成實(shí)踐活動(dòng)中的各項(xiàng)任務(wù),進(jìn)一步增強(qiáng)利用開源硬件和物聯(lián)網(wǎng)解決現(xiàn) 實(shí)生活問題的能力。 本活動(dòng)分為 2 課時(shí)。課時(shí) 1,在認(rèn)識(shí)氣象站資料后進(jìn)行分組安排,再進(jìn)行水分傳 感器測(cè)試的實(shí)踐探究活動(dòng)。測(cè)試完成后,將蜂鳴器接入擴(kuò)展板中,根據(jù)主控板讀取的 水分傳感器值,若濕度達(dá)到設(shè)定值,啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行下雨提示。本實(shí)驗(yàn)需要使用已封 裝好的采用數(shù)字接口的蜂鳴器,如果無(wú)法像第三課中用鱷魚夾直接將蜂鳴器連接到 micro:bit 擴(kuò)展口引腳上,可用 LED 屏幕顯示指定圖案替代蜂鳴器,或用杜邦線(一 頭公一頭母)連接蜂鳴器與擴(kuò)展板接口。課時(shí) 2,運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)發(fā)布?xì)庀笮畔?,將水?傳感器、溫

4、度傳感器和光線傳感器測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。 這樣,不管我們身處何處,都可以知道校園周邊的氣象情況,進(jìn)一步理解和掌握物聯(lián) 網(wǎng)的應(yīng)用 本課活動(dòng)讓學(xué)生在項(xiàng)目小組中發(fā)揮各自特長(zhǎng),設(shè)計(jì)有實(shí)用價(jià)值的校園氣象站,引 導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域,為設(shè)計(jì)開源硬件創(chuàng)客作品打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 43 教學(xué)對(duì)象分析 學(xué)生在上一課中已經(jīng)學(xué)會(huì)通過物聯(lián)網(wǎng)模塊接入互聯(lián)網(wǎng),他們能正確地將物聯(lián)網(wǎng)模 塊接入擴(kuò)展板,并能通過 Mind+編寫簡(jiǎn)單的代碼進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測(cè)試。目前,學(xué)生已經(jīng)會(huì) 使用溫度傳感器等器材收集環(huán)境數(shù)據(jù),可以用較短的時(shí)間認(rèn)識(shí)水分傳感器,通過編寫 程序獲取水分傳感器是否接

5、觸到水的信息。學(xué)生能進(jìn)一步鞏固并結(jié)合所學(xué)技能,獲取 所需數(shù)據(jù)后,通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行消息的發(fā)送和接收,根據(jù)預(yù)設(shè)任務(wù)設(shè)計(jì)能獲取相關(guān)環(huán)境 信息的智能氣象站。 通過多年的信息技術(shù)學(xué)習(xí),八年級(jí)的學(xué)生具有一定項(xiàng)目合作能力,在綜合實(shí)踐活 動(dòng)課中,他們能組建活動(dòng)小組并做好任務(wù)分工工作,但是完全由學(xué)生自由組合,可能 會(huì)較少考慮優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、強(qiáng)弱搭配,需要教師的適度參與?;顒?dòng)結(jié)束時(shí),學(xué)生有上次綜 合實(shí)踐課的經(jīng)驗(yàn),能以項(xiàng)目小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目的交流和總結(jié),但需要教師通過過程 性評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)與反思,提出改進(jìn)意見。 通過本課的學(xué)習(xí),學(xué)生既了解氣象知識(shí),又進(jìn)一步體驗(yàn) IoT 與開源硬件的有機(jī)融 合,能以小團(tuán)隊(duì)合作的

6、形式解決問題,提高合作溝通能力和創(chuàng)新意識(shí)。 教學(xué)目標(biāo) 1.了解水分傳感器的工作原理和使用方法。 2.了解利用水分傳感器及 micro:bit 內(nèi)置傳感器獲取氣象數(shù)據(jù)的方法。 3 .了解基于物聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送和接收氣象信息的方法,會(huì)根據(jù)氣象信息發(fā)出氣象 警報(bào)。 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 1.教學(xué)重點(diǎn)。 了解水分傳感器,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)校園氣象站。 2.教學(xué)難點(diǎn)。 分析氣象數(shù)據(jù),通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送氣象警報(bào)。 教學(xué)方法 1.比較觀察法:播放介紹氣象站的視頻,展示氣象站及氣象儀器的圖片,讓學(xué)生 初步了解氣象站,了解氣象信息和氣象儀器。展示用開源硬件設(shè)計(jì)氣象題材的視頻或 技術(shù)帖,展示相

7、關(guān)器材,讓學(xué)生了解水分傳感器等傳感器相關(guān)知識(shí)。 視頻可播放《自動(dòng)氣象站》《探訪百年氣象站》等,技術(shù)帖可參考《氣象站方案 B 計(jì)劃》等,讓學(xué)生從多個(gè)角度了解氣象站及氣象相關(guān)知識(shí),了解智能硬件在氣象方面 的應(yīng)用,進(jìn)一步感受 IoT 的應(yīng)用價(jià)值。 2 .演示講授法:講述如何用傳感器獲取氣象數(shù)據(jù),結(jié)合開源硬件通過物聯(lián)網(wǎng)傳 遞氣象信息。 3 .任務(wù)驅(qū)動(dòng)法;以設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)氣象站為主題,學(xué)生根據(jù)任務(wù)的具體要求,開展 小組合作的探究性學(xué)習(xí),各組成員圍繞所選主題,結(jié)合自學(xué)資料,測(cè)試新傳感器。 4 .交流、評(píng)價(jià)法:在作品設(shè)計(jì)過程中和設(shè)計(jì)結(jié)束后,讓學(xué)生充分展示設(shè)計(jì)思路, 鼓勵(lì)學(xué)生參與評(píng)價(jià)。 教學(xué)

8、準(zhǔn)備 1.教學(xué)環(huán)境:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教室(可正常聯(lián)網(wǎng))、無(wú)線 WiFi 環(huán)境、轉(zhuǎn)播控制系統(tǒng)。 其中,無(wú)線路由器最好使用工業(yè)級(jí)路由器,以確保多個(gè)設(shè)備可同時(shí)順利無(wú)線聯(lián)網(wǎng)。 2 .實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備: micro:bit 、micro :mate 擴(kuò)展板、物聯(lián)網(wǎng)模塊、水分傳感 器、數(shù)據(jù)線、燒杯和滴管。 教學(xué)過程 第 1 課時(shí) 教學(xué)環(huán)節(jié)  教師活動(dòng)  學(xué)生活動(dòng)  設(shè)計(jì)意圖 1.播放視頻:《自動(dòng)氣象站》等, 觀看視頻,思 在上一節(jié)課學(xué) 讓學(xué)生對(duì)氣象站有一定的認(rèn)識(shí),感受氣 考?xì)庀笮畔⑴c智能 習(xí) 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 基 礎(chǔ) 象儀器在氣象觀測(cè)中的作用,請(qǐng)學(xué)生交 硬件的關(guān)系。

9、上,本活動(dòng)結(jié)合氣 流對(duì)氣象站的認(rèn)知。 象主題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn) 情景體驗(yàn), 2 .提出問題 1 :如果讓你設(shè)計(jì)智 學(xué) 生 代 表 發(fā) 一步結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)設(shè) 導(dǎo)人新課 能校園氣象站,你會(huì)如何設(shè)計(jì)? 言,其他學(xué)生交流 計(jì)開源硬件應(yīng)用創(chuàng) 問題 2:獲取氣象信息需要哪些器 互動(dòng),感受開源硬 客作品。 材?指出目前的氣象信息需要各種智能 件的神奇魅力。 通過對(duì)氣象站 硬件輔助收集數(shù)據(jù)。 的主題認(rèn)知,在交 3 .展示運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)的氣象 交流、討論,哪些 流中開拓學(xué)生設(shè)計(jì) 站,引導(dǎo)學(xué)生思考:氣象站需要收集哪 傳感器適用于氣象 思路,提升對(duì)開源 些信息?需要用到哪些傳感器? 站獲取

10、氣象信息。 硬件的應(yīng)用能力。 1.布置任務(wù): 了 解 任 務(wù) 內(nèi) 給學(xué)生留有一 使用開源硬件和現(xiàn)有傳感器,設(shè)計(jì) 容,分析完成任務(wù) 定的創(chuàng)新空間,學(xué) 智能校園氣象站(指定要有降雨監(jiān)測(cè)和 所需器材及實(shí)現(xiàn)方 生可以根據(jù)任務(wù)說 物聯(lián)網(wǎng)功能)。 2.任務(wù)說明: 智能氣象站要能監(jiān)測(cè)校園局部區(qū)域 布置實(shí)踐活 的氣溫、照度、土壤濕度、風(fēng)向、降雨 動(dòng)任務(wù) 情況等氣象數(shù)據(jù)信息。 3.任務(wù)分析: (1 )基于物聯(lián)網(wǎng)模塊報(bào)送水分傳 感器、主控板內(nèi)置溫度傳感器獲取的氣 象數(shù)據(jù)。 (2)對(duì)開源硬件進(jìn)行編程。 (3)根據(jù)需求,準(zhǔn)備硬件器材。 法,開始準(zhǔn)備活動(dòng) 明,自行設(shè)計(jì),完 器材。 成

11、相應(yīng)的任務(wù)。 1 .認(rèn)識(shí)可用于監(jiān)測(cè)是否下雨的傳 感器。 2.閱讀教材 P86 的內(nèi)容,了解水分 傳感器的工作原理。提示學(xué)生:水分傳 感器一般采用模擬端口作為數(shù)據(jù)傳輸接 口,應(yīng)根據(jù)擴(kuò)展板上的接口標(biāo)識(shí),正確  了解新傳感器 的應(yīng)用。  為了實(shí)現(xiàn)監(jiān) 測(cè) 降雨情況,需要用 水分傳感器,先認(rèn) 識(shí)新傳感器的不同 種類及其工作原理 和應(yīng)用。 認(rèn)識(shí)水分傳 感器 地將水分傳感器的線纜接入擴(kuò)展板的端 口(如 PO)。 3 .測(cè)試傳感器功能。打開 Mind + 編程平臺(tái),讀取水分傳感器數(shù)據(jù)。為了 便于觀察水分傳感器的數(shù)據(jù)測(cè)量情況, 開啟 Mind+串口監(jiān)視器,使用串口監(jiān)視

12、 器實(shí)時(shí)查看水分傳感器的值,高效測(cè)試 水分傳感器的工作狀況。 4.討論水分傳感器的應(yīng)用。 1.組建項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組:  以 項(xiàng) 目 為 核  學(xué)生的成長(zhǎng) 是 (1 )根據(jù)實(shí)際情況, 4 ~8 人組成 心 , 組 建 項(xiàng) 目 小 多元的,教師應(yīng)尊 一項(xiàng)目小組。 (2)討論推選小組長(zhǎng)。 組,在初步確定設(shè) 重 學(xué) 生 的 個(gè) 體 差 計(jì)方案后,明確小 異,讓他們?cè)趯?shí)踐 案。 (3 )小組確定智能氣象站設(shè)計(jì)方 組成員任務(wù)分工。 活動(dòng)中能更好發(fā)揮 在遇到技術(shù)問 特長(zhǎng),將項(xiàng)目完成 (4 )根據(jù)方案明確小組成員任務(wù) 題時(shí),可以選擇自 得更好。本活動(dòng)以

13、 分工。 學(xué)教材,求助同組 4 ~8 人為一個(gè)項(xiàng)目 2 . 編寫代碼,實(shí)現(xiàn)降雨警報(bào)功 同學(xué)或教師。 組 , 保 證 硬 件 搭 能: 用 Mind+對(duì)硬 建、外觀設(shè)計(jì)、多 團(tuán)隊(duì)合作設(shè) 計(jì)項(xiàng)目 (1 )教師簡(jiǎn)單講解注意事項(xiàng),提 件進(jìn)行編程,編寫 任務(wù)編程等活動(dòng)的 示學(xué)生不可以讓水分傳感器接口處接觸 降雨報(bào)警程序,通 有序進(jìn)行。 水。  (2)項(xiàng)目小組開始硬件搭建 過串口監(jiān)視器查看 在編程過程 , 和分析傳感器獲取 重視數(shù)據(jù)來(lái)源的獲 (3 )在編程平臺(tái),通過串口監(jiān)視 的數(shù)據(jù)。 器查看水分傳感器在不同情況下所獲取 的數(shù)據(jù)。 (4

14、 )得到試數(shù)據(jù)后,估算降雨?duì)? 態(tài)的臨界值,編寫降雨警報(bào)程序。當(dāng)水 分傳感器所獲取的數(shù)值,高于一定的 值,即可判定為降雨,此時(shí)蜂鳴器響, 發(fā)出警報(bào),否則蜂鳴器不發(fā)聲。 得,能用串口監(jiān)視 器分析所獲得的數(shù) 據(jù),判斷傳感器是 否檢測(cè)到降雨。 以組為單位展示作品,介紹作品的  作品展示,發(fā)  作品演示是作 作品展示與 設(shè)計(jì)理念,并進(jìn)行功能演示。在演示過 言、提問。 品設(shè)計(jì)中重要的一 交流 程中,臺(tái)下學(xué)生可以提出相關(guān)問題。 環(huán),也是對(duì)團(tuán)隊(duì)的 考驗(yàn)。 1.作品還有哪些優(yōu)化空間? 交流。 不斷地討論, 2 . 結(jié) 合 現(xiàn) 有

15、條 件 或 不 具 備 的 條 總結(jié)、思考 件,如何讓降雨警報(bào)更智能化? 3.請(qǐng)小組長(zhǎng)回收實(shí)驗(yàn)器材。  詢。 交流、資料查 活躍學(xué)生思維,通 過提出問題促進(jìn)解 整理器材,清 決問題,培養(yǎng)學(xué)生 點(diǎn)數(shù)量。 獨(dú)立思考能力。 第 2 課時(shí) 教學(xué)環(huán)節(jié)  教師活動(dòng) 1 .展示學(xué)生所收集到的物聯(lián)網(wǎng)與  學(xué)生活動(dòng) 觀看教師展示  設(shè)計(jì)意圖 有意識(shí)培養(yǎng)學(xué) 氣象站的資料。 的資料,對(duì)作品進(jìn) 生搜索信息能力, 2 .觀看物聯(lián)網(wǎng)與氣象主題結(jié)合的 行 評(píng) 價(jià) , 學(xué) 習(xí) 亮 在交流中多角度提 創(chuàng)客作品。 點(diǎn) , 思 考 不 足

16、之 升對(duì)技術(shù)的認(rèn)知。 分享作品, 導(dǎo)入新課 3 .針對(duì)上節(jié)課本項(xiàng)目小組所設(shè)計(jì) 處。 的作品,你想做出哪些改進(jìn)。 以展示優(yōu)秀作品培 以小組為單位 養(yǎng)學(xué)生賞析作品的 4 .提示:結(jié)合上次課所設(shè)計(jì)的作 進(jìn)行討論,提出改 能力和批判思維, 品,本活動(dòng)應(yīng)添加的基礎(chǔ)功能有:物聯(lián) 進(jìn)方案,填寫任務(wù) 激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。 器材準(zhǔn)備 網(wǎng)、溫度監(jiān)測(cè)、光照值監(jiān)測(cè)。 提示小組長(zhǎng)根據(jù)本組預(yù)設(shè)方案,準(zhǔn) 備活動(dòng)所需器材。 1 .各項(xiàng)目小組根據(jù)預(yù)設(shè)方案,明 單 或 設(shè) 計(jì) 思 維 導(dǎo) 圖。 分工合作,準(zhǔn) 備實(shí)驗(yàn)器材。 根 據(jù) 預(yù) 定 任  讓不同小組有 不同的收獲。

17、 讓學(xué)生在實(shí)踐 確各自分工。 務(wù),進(jìn)行小組合作 中學(xué)會(huì)合作、學(xué)會(huì) 任 務(wù) 驅(qū) 2 .提示有困難的小組,可以根據(jù) 實(shí)踐操作。 思考,能通過多種 動(dòng),實(shí)踐探 教材 P91~92 的內(nèi)容,解決問題。按順 在實(shí)踐過程中 途徑解決遇到的問 究 序完成以下任務(wù): (1)接入物聯(lián)網(wǎng)模塊。 遇到的問題,可以 題,在設(shè)計(jì)新作品 通過自學(xué)教材、求 中鞏固已有知識(shí)技 (2 )通過編程平臺(tái)寫入代碼,測(cè) 助伙伴、咨詢教師 能。 試開源硬件是否能正常聯(lián)網(wǎng)。 (3 )通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)送指定信 息到開源硬件。 等途徑進(jìn)行解決。 (4 )主

18、控板根據(jù)接收到的信息進(jìn) 行分析,并發(fā)送相應(yīng)的信息到物聯(lián)網(wǎng)平 臺(tái)。 (5 )確認(rèn)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是否收到信 息,排查設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。 3 .巡視,解決項(xiàng)目小組在設(shè)計(jì)方 案時(shí)遇到的問題,進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)。 1.提示學(xué)生整理硬件器材。  作 品 展 示 ,  作品演示是作 2.指導(dǎo)學(xué)生填寫活動(dòng)記錄表。 發(fā) 言 、 提 問 、 演 品設(shè)計(jì)中重要的一 作品展示與 3 .請(qǐng)組長(zhǎng)組織反思總結(jié)活動(dòng)中得 示 , 小 組 進(jìn) 行 簡(jiǎn)環(huán),項(xiàng)目小組可以 交流 到的經(jīng)驗(yàn)、存在的不足及改進(jìn)方向。 4 . 組 織 學(xué) 生 以 組 為 單 位 展 示 作 品,介紹作品的設(shè)計(jì)理

19、念,并進(jìn)行功能 演示。在演示過程中,臺(tái)下學(xué)生可以提 出相關(guān)問題。 1 .總結(jié):在本次項(xiàng)目活動(dòng)中,各 要總結(jié)。 學(xué) 生 代 表 發(fā) 想辦法更好地展示 自己作品,例如結(jié) 合思維導(dǎo)圖或一定 的情境化展示等。 與教師一起總 小組針對(duì)任務(wù)分工,思考有哪些做得好 言,共同總結(jié)。 或需要改進(jìn)的地方。 結(jié) 所 學(xué) 知 識(shí) 和 技 能,深入思考物聯(lián) 總結(jié) 2 .提示:課后,有條件的項(xiàng)目組 可以增加其他傳感器,結(jié)合 micro:bit 設(shè)計(jì)出所需的功能。 3.完成教材 P96 的活動(dòng)評(píng)價(jià)。 積極參與。 網(wǎng)和開源硬件結(jié)合 的可能性。鼓勵(lì)學(xué) 生結(jié)合所學(xué)知識(shí)課 完成活動(dòng)評(píng)價(jià)。 外繼續(xù)制作創(chuàng)客作 品。 教學(xué)反思方向 1 .是否能用開源硬件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、水分等數(shù)據(jù),了解開源硬件在氣象活動(dòng)中 的實(shí)際應(yīng)用。 2.是否了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送和接收信息的方法,能用簡(jiǎn)單的代碼進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測(cè)試。 3.小組成員的任務(wù)分工是否合理,是否能較好地完成小組分工協(xié)作。 4.如何讓更多的學(xué)生深度參與對(duì)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)、反思、總結(jié)。 5 .評(píng)價(jià)時(shí),是否重視活動(dòng)過程、作品展示,是否尊重學(xué)生的活動(dòng)評(píng)價(jià),充分肯 定生的思考能力、作品成果、參與積極性,引導(dǎo)學(xué)生樂于總結(jié)和反思,愿意用所學(xué)技 術(shù)解決生活中的實(shí)際問題。

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