第四节 综合活动2：建立校园气象站教学设计初中信息技术（信息科技）九年级上粤教B版（第4版）

第四节综合活动2：建立校园气象站教学设计初中信息技术（信息科技）九年级上粤教B版（第4版）科目Xx授课班级Xx年级授课教师Xx老师课时安排1授课题目Xx教学准备Xx教学内容：一、教学内容本节课为粤教B版九年级上册信息技术（信息科技）第四章“信息系统的设计与实现”第四节“综合活动2：建立校园气象站”。活动内容包括：校园气象站需求分析（数据采集需求、功能需求）、气象设备选型与连接（温湿度传感器、光照传感器、风速传感器等）、数据采集程序设计（基于Python或图形化编程工具）、数据可视化展示（制作实时数据看板）、校园气象服务应用（发布气象预警、数据统计分析）。活动旨在综合运用传感器技术、数据采集与处理、信息系统搭建等知识，解决实际问题。核心素养目标：二、核心素养目标信息意识：通过校园气象站需求分析，提升对气象数据价值与应用场景的判断能力。计算思维：运用编程逻辑设计数据采集与处理流程，培养问题拆解与算法优化能力。数字化学习与创新：综合运用传感器技术与编程工具，实现气象数据实时采集与可视化展示。信息社会责任：在气象服务应用中树立数据安全意识，理解信息技术对校园生活的积极影响。学情分析： 九年级学生已具备Python编程基础和传感器应用知识，能完成简单数据采集任务，但综合运用多模块解决复杂问题的能力有待提升。学生具备小组协作经验，但分工效率与责任意识需加强，易出现任务分配不均现象。对信息技术实践兴趣浓厚，动手操作意愿强，但文档记录规范性不足，影响项目进度与成果呈现。部分学生数据分析能力薄弱，对气象数据的深层挖掘与可视化应用存在困难，需教师针对性引导。整体学习动机明确，但自主探究深度不够，依赖教师指令，需设计分层任务激发创新思维。教学资源准备：1.教材：确保每位学生配备粤教B版九年级上册信息技术教材及活动手册。

2.辅助材料：准备传感器操作指南、气象数据可视化案例、Python编程参考文档及校园气象站设计流程图。

3.实验器材：分组配备温湿度传感器、光照传感器、风速传感器、Arduino开发板、数据线及实验套件。

4.教室布置：设置分组讨论区（4人/组）、实验操作台（配备电源及接口）、成果展示墙。教学过程：1.导入（约5分钟）

激发兴趣：播放校园气象站实时数据视频，提问：“如果要在本校建立气象站，需要采集哪些数据？如何实现自动采集？”

回顾旧知：引导学生回顾Python基础语法（变量、循环、函数）和传感器连接方法（如温湿度传感器读取代码）。

2.新课呈现（约30分钟）

讲解新知：

-需求分析：结合课本P92案例，讲解气象站需采集温度、湿度、光照、风速四类数据，明确功能需求（实时监测、数据存储、异常预警）。

-设备选型：展示教材图4-4.2，说明温湿度传感器（DHT11）、光照传感器（BH1750）、风速传感器（杯式）的接口类型（I2C/模拟）。

-编程实现：基于课本P93伪代码，演示数据采集流程：初始化传感器→循环读取数据→格式化输出→写入CSV文件。

举例说明：

-示例1：编写读取DHT11温湿度数据的Python代码（教材P93代码片段），解释`dht.read()`函数返回值处理。

-示例2：展示风速传感器模拟信号转换为实际风速的公式（教材P94公式：风速=电压×系数）。

互动探究：

-分组讨论：每组设计一个气象站数据采集方案，确定传感器组合与采集频率，填写课本P92“需求分析表”。

-实验操作：连接Arduino开发板与DHT11传感器，运行测试代码，观察串口输出数据是否正常。

3.巩固练习（约25分钟）

学生活动：

-基础任务：按课本P94步骤，完成温湿度传感器数据采集并保存为CSV文件。

-进阶任务：添加光照传感器数据，实现多参数同步采集（参考教材P94“综合应用”案例）。

-挑战任务：设计数据可视化界面，使用Python的Matplotlib库绘制实时温度曲线（教材P95拓展内容）。

教师指导：

-巡视各组，重点指导传感器接线（如DHT11的VCC、GND、DATA引脚连接）和代码调试（异常处理语句）。

-针对常见问题：传感器无响应（检查接线/供电）、数据异常（校准传感器范围）、文件写入失败（检查路径权限）。

4.课堂小结（5分钟）

-总结关键点：需求分析→设备选型→编程实现→数据存储的完整流程。

-布置作业：完善气象站数据采集程序，尝试添加预警功能（如温度>35℃时触发蜂鸣器报警）。学生学习效果：在核心素养提升方面，学生的信息意识显著增强，能判断气象数据对校园生活的应用价值，例如通过分析温度变化提出“夏季高温时段调整体育课时间”的建议；计算思维得到锻炼，能将风速传感器模拟信号转换为实际风速（运用教材P94公式），并优化数据采集频率以平衡实时性与存储效率；数字化学习与创新素养体现在综合运用Python、Matplotlib库（教材P95拓展内容）完成数据可视化，绘制实时温度曲线，部分学生创新设计“气象数据看板”，集成预警阈值设置功能；信息社会责任意识提升，在数据存储与传输环节主动设置文件加密，理解气象数据安全对校园决策的重要性。

实践应用能力方面，学生从“依赖教师指令”转变为“自主探究”，例如针对传感器接线问题，能通过查阅课本附录“常见故障排查表”解决数据异常问题；小组协作效率提高，4人小组能合理分工（需求分析、硬件连接、编程实现、成果展示），文档记录规范性增强，实验报告完整包含“需求分析表”“连接示意图”“代码注释”“数据可视化结果”等模块（符合教材P94“项目成果要求”）。分层教学效果显著，基础层次学生完成温湿度数据采集与CSV存储；进阶层次学生实现多参数同步采集并使用Matplotlib绘制折线图；挑战层次学生成功添加预警功能（如温度>35℃触发蜂鸣器报警），体现对教材P95拓展内容的灵活应用。

此外，学生解决实际问题的能力提升，能将气象站数据与校园生活场景结合，例如提出“结合光照数据优化教室照明开关时间”“利用风速数据预警操场活动安全”等方案，体现信息技术与真实需求的深度融合。通过本节课学习，学生不仅掌握了信息系统搭建的核心技能，更形成了“分析需求→设计方案→实现功能→优化应用”的工程思维，为后续解决复杂实际问题奠定了基础。内容逻辑关系：①需求分析是项目基础，对应教材P92“需求分析表”，明确数据采集需求（温度、湿度、光照、风速）与功能需求（实时监测、数据存储、异常预警），为后续设备选型与程序设计提供依据。

②设备选型与数据采集是核心环节，关联教材P93-P94传感器选型（DHT11温湿度传感器、BH1750光照传感器、杯式风速传感器）及编程实现，涉及传感器接口类型（I2C/模拟）、数据读取流程（初始化→循环读取→格式化输出→写入CSV）及风速转换公式（风速=电压×系数）。

③数据可视化与应用是价值延伸，结合教材P95拓展内容，运用Matplotlib库绘制实时温度曲线，实现气象数据看板，并关联校园服务场景（如高温预警、体育课时间调整），体现信息技术解决实际问题的完整逻辑链。课堂：1.课堂评价：通过提问“需求分析中如何确定气象站采集的数据类型”检验学生对教材P92“需求分析表”的掌握；观察学生分组讨论传感器选型（如DHT11与BH1750的区别）及连接操作，评估硬件应用能力；测试编程环节，提问“如何优化数据采集频率以减少存储负担”，对应教材P94数据处理逻辑。实时记录学生操作中的问题（如传感器接线错误、代码异常处理缺失），针对性指导。

2.作业评价：批改学生提交的气象站项目文档，重点检查“需求分析表”“连接示意图”“代码注释”是否符合教材P94“项目成果要求”；评价数据采集程序的功能完整性（如多传感器同步读取、CSV文件写入）；反馈可视化效果，指出Matplotlib折线图（教材P95）的优化建议（如添加坐标轴标签、图例）。对预警功能实现（如温度>35℃触发蜂鸣器）给予创新加分，鼓励学生结合校园场景深化应用。反思改进措施：（一）教学特色创新

1.真实项目驱动，让课本知识落地。以校园气象站为真实载体，学生通过需求分析、设备选型、编程实现等环节，将课本P92-P95的知识转化为可触摸的项目成果，解决“学用脱节”问题。

2.跨学科融合，强化知识迁移。结合气象科学课知识，引导学生分析温度、风速数据对校园活动的影响，体现课本P95“信息技术与真实需求深度融合”的理念。

（二）存在主要问题

1.小组协作效率不均。部分学生依赖他人完成硬件连接或编程，课本P92“需求分析表”填写流于形式，影响整体进度。

2.分层任务落实不到位。基础任务完成较快的学生缺乏进阶引导，未充分挖掘课本P95拓展内容，如预警功能设计。

（三）改进措施

1.细化小组角色分工。设“需求分析师”“硬件工程师”“程序员”“数据分析师”，明确职责对应课本P92任务，确保全员参与。

2.设计阶梯式任务清单。基础任务完成数据采集后，增加“校园气象服务提案”环节，要求学生结合课本P95案例提出应用场景，如“高温预警调整体育课时间”，激发创新思维。典型例题讲解：1.**需求分析题**：校园气象站需监测哪些关键数据？请结合教材P92说明。

答：温度、湿度、光照强度、风速。对应教材P92“需求分析表”明确四类核心数据。

2.**传感器选型题**：DHT11传感器用于采集什么数据？其接口类型是什么？

答：温湿度数据；接口类型为数字信号（DATA引脚），参考教材P93图4-4.2。

3.**编程实现题**：编写Python代码片段，实现DHT11温湿度数据的循环读取并输出。

答：

```python

importdht

importtime

whileTrue:

temp=dht.read_temperature()

humi=dht.read_humidity()

print(f"温度:{temp}°C,湿度:{humi}%")

time.sleep(2)