在线数字气象站

• 天气预报是人类记录自然现象、从中获取数据继而预测未来数据走势的一个典型应用。对于复杂的天气现象，天气预报能做到越来越准确，这与技术的发展密不可分。早期，人们建立气象观测点，使用各种自制的仪器记录和同步各种数据。随着数据的累积和对大气环流模型认识的不断更新，气象站的作用从记录数据向预测天气走势的方向发展。如今，人们通过物联网环境下的数字传感器，能更好地比对大尺度、高密度、实时更新的数据，借助人工智能等技术方式展开预测，可以获取更长周期、更为细致、更快反馈的天气预报，为人类生活提供更优质的服务。

(1)育人价值

• 设计在线数字气象站时，学生要综合运用信息科技、数学、物理、地理、艺术等知识，获取不同时空分布的相关数据，综合比照网络数据、学校内部数据以及小区域数据，通过物联网技术同步和积累数据，并进行形式多样的结果呈现。本活动主要体现以下几个方面的育人价值。
  1. 在线数字气象站是一个物联网技术的典型应用，是一个综合的、体现信息科技育人价值的项目。学生可以通过项目实践，提升信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。
  2. 通过抓取在线气象数据和采集校园气象站的数据，学生可以提高分析汇总数据的能力，养成数据管理和价值挖掘的习惯。
  3. 学生可以认识传感器在各个场景中的应用，体验计算思维在规划项目中的作用，感受跨学科知识在设计、制作、发布、反思改进等环节中的应用。
  4. 通过建立校际在线数字气象站协作网，或采用开放数据集，学生可以感受数据共享过程中系统集成的价值，提高在线协作能力。

(2)活动目标

• 学生在教师的引导下通过自主、合作探究，达成以下目标。

  1. 认识传统气象站的各种观测设备，了解电报、电话、互联网、物联网等信息科技在校际在线数字气象站协作网建立过程中所起的作用。
  2. 比较数字气象传感器和传统测量设备，搭建真实或模拟的数字气象站数据采集装置，通过物联网设备汇集多个数字气象站。
  3. 综合运用信息科技、数学、物理、地理、艺术等知识，在校园内合理选址，搭建多个与周围环境协调的在线数字气象站基站，动态积累数据，并进行数据分析。
  4. 建立校际在线数字气象站协作网，进行系统的二次开发和数据共享，在更大的空间尺度上进行数据探究，尝试将人工智能等技术应用在数据分析和预测上，在协作与展示的过程中能主动地对新问题产生新想法和新设计。

(3)实施过程

学习任务	学生活动	教师活动	活动意图
查找气象站的相关资料，从时代发展的角度感受气象站的发展历程	1.查找资料，了解气象站获取各种测量数据的手段。 2.了解信息科技在气象站应用中的发展历史。 3.确定稳定可靠的在线气象数据来源	创设气象站发展变迁的情境，适当准备视频或教具，促进学生完成从感知到认知的过程，激发学生设计改造或创造一款在线数字气象站的兴趣。	1.让学生能主动查找资料，提升数字化学习能力。 2.让学生能选择合适的数据源，并进行甄别，提升信息意识。 3.帮助学生初步建立小组，并进行小组协作。
在线数字气象站基本原理测试	1.比较数字气象传感器和传统气象仪器的测量值，确认数字气象传感器的可靠性。 2.进行局域网和广域网环境下的数字气象传感器数据汇总测试。 3.对数字气象传感器的数据进行初步分析,得出结论，并探讨结论的呈现形式	1.提供项目技能清单和知识地图，并根据学生学习情况丰富资源库，给予学生检索词，帮助学生搜索相关知识。 2.帮助学生选用各种不同的软硬件方案,综合考虑各种因素。 3.参与小组讨论，给予意见或具体的指导。	1.组织实验教学和小组合作探究借助线上线下的学习资源，帮助学生掌握在线数字气象站的基本原理，让学生初步经历气象数据的感知、传输、处理、呈现过程 2.教师参与到分组项目中，营造师生共创的学习氛围
综合运用多学科知识，搭建校园在线数字台象站。	1.与数学、物理、地理、艺术等教师协作,确定校园气象站的选址和外观设计风格。 2.部署物联网气象站，测试整体效果，发现值得研究的新规律。	1.组织跨学科团队为学生提供指导，并提供有效的课程知识支持。 2.组织学生撰写数字化工程日志。	通过小组内的协作和小组间的技术分享，提升学生的项目管理能力。
反思和改进在线数字气象站的设计，尝试建立校际在线数字气象站协作网。	1.修改和完善小组的设计，尝试运用人工智能、互动媒体等技术手段优化在线数字气象站的设计。 2.筹建校际在线数字气象站协作网，探索其可行性。	1.引导学生绘制一个项目总结的思维导图，从项目缘起、技术清单、实施过程、实施效果、评价反思几个维度进行总结。 2.召开项目总结分享会。	1.让学生修正和完善作品，拓展项目的技术深度和应用广度。 2.以共建项目资源库为纽带，强化学科间教师的协作。

(4)主题设计思路说明

• 在线数字气象站是以“物联网实践与探索”为核心知识设计的具有过程性、总结性和综合性的跨学科主题学习活动，兼顾“互联网应用与创新”和“人工智能与智慧社会”内容模块，涉及信息科技、数学、物理、地理、艺术等知识。在跨学科主题教学中，教师应有意识地从多个角度收集材料，指导学生开展实验探究，完成在线数字气象站的模拟与测试。在项目展示和反思中，注重新技术应用和项目拓展、项目宣传之间的平衡，提升学生的展示交流和项目管理能力。在教学过程中，该项目适合安排在 7~9 年级开展的跨学科主题学习活动中;在课时安排上，建议集中安排 6~8 课时;在项目的实施上，建议提供不同来源的真实开放数据集，并录制微课作为学习资源。项目实践中，应给学生更多的时间，进行更为多样化的开放设计，增加学生之间互动，加强学习反思。

• 如图 3 所示，该活动有广泛的延伸空间，从传感器、无线传输数据到卫星信号数据等方面都可以很好地融入。教师应当依据核心素养，挖掘其育人价值，融入跨学科主题的教学。在数字化学习和展示交流的过程中，多学科教师和学生共同设计和创造。

图 3 在线数字气象站的活动设计思路