2.3 校园数字气象站实时传输 教学设计-2025-2026学年8年级下《信息科技》（教科版）

第3课 校园数字气象站实时传输
教学内容分析
本课是校园数字气象站项目中的关键一环，主要聚焦于校园数字气象站的实时传输过程及其反馈控制实现。在上一课中，学生已经完成了感知层的搭建，实现了气象数据的采集，并能够让智能终端订阅气象数据。本课则进一步深入，探究气象数据实时传输方案以搭建物联网数字气象站传输层，并探究如何通过移动终端实现对校园气象的实时远程监控以及反馈控制。
学习者分析
（1）认知特点与学习兴趣
学生对“远程控制”“实时数据同步”表现兴趣浓厚，好奇“移动终端如何控制窗户”“数据如何跨设备传输”，但对“Wi-Fi / 蓝牙通信原理”“MQTT 协议”等抽象知识兴趣较低，需要通过现象直观引导。
（2）知识储备与学科能力水平
学生知道网络可实现设备互联（如手机远程控制家电），能对比不同终端界面的差异，具备基础的逻辑分析能力，但对“智能终端（服务器）与移动终端（客户端）的角色关系”“数据双向传输机制” 完全陌生。
（3）学习本课时可能遇到的困难
难以理解智能终端与移动终端的协同关系，分不清数据发送与接收的主体；补全开关窗流程图时，易遗漏 “接收命令—执行操作” 的闭环（如只考虑预警发送，忽略舵机控制）；对程序中“MQTT 发布 / 订阅”的逻辑与实际功能的对应关系理解困难。
学习目标确定
（1）通过探究校园数字气象站的实时传输过程，获得数据传输与接收的技术知识，能描述智能终端与移动终端数据交换的过程。
（2）通过设计并实现智能终端与移动终端的通信，获得编程与硬件连接的实际操作经验，能完成简单的物联系统搭建。
（3）通过实践活动，观察并理解传感器在气象站中的作用，能识别并应用不同传感器进行数据采集。
教学重点和难点
（1）教学重点
理解校园数字气象站的实时传输过程，掌握智能终端与移动终端的数据交换方法。
（2）教学难点
编写程序实现智能终端与移动终端的通信，以及根据预警信息实现反馈控制。
教学活动设计
教师活动 学生活动 支撑的资源
环节一 情境导入，聚焦项目主题
教师活动1 回顾：上一课我们完成了校园数字气象站感知层的搭建，实现了气象数据采集、智能终端订阅气象数据。 提问：那该如何实现气象数据的远程查看和实时控制呢？ 演示：演示校园数字气象站的实时传输过程和反馈控制实现原理。 学生活动1 学生思考并回答问题。 校园数字气象站的实时传输过程和反馈控制实物展示
活动意图说明：此活动旨在引出本课的核心议题——校园数字气象站的实时传输过程及其反馈控制实现。通过回顾上一课的内容——感知层的搭建与气象数据采集，自然过渡到本课的新知识点，即如何通过移动终端实现对校园气象的实时监控与反馈控制。在活动中帮助学生构建完整的知识体系，理解数字气象站从数据采集到实时传输，再到反馈控制的整个过程。
环节二 探索新知，分析问题
教师活动2 主控板不仅可以存储数据，还可以显示气象数据。为了便于远端查看数据、实现反馈控制，需要使用几块主控板呢？说明理由。 发布任务：请对比智能终端和移动终端的异同。 展示并分析校园数字气象站系统架构图。 学生活动2 学生回答问题。 预设答案： 两块，一块作为移动终端，用于实时查看数据、控制窗户的开和关，需要将其接入网络中；另一块作为智能终端，用于与移动终端进行数据交互、实时传输。 学生写出智能终端和移动终端的异同。 学生听讲并思考。 校园数字气象站系统架构图
活动意图说明：深入剖析校园数字气象站实时传输的具体过程，以及如何通过移动终端实现对校园气象的实时监控和反馈控制。该环节旨在帮助学生理解智能终端与移动终端之间的数据交换机制，掌握利用物联网技术实现远程监控和控制的方法。
环节三 实践探究，设计校园数字气象站实时传输
教师活动3 为了实现校园数字气象站的实时传输，需要哪些步骤呢？ 根据学生们回答进行总结： （1）根据校园数字气象站系统架构图以及系统功能，列出硬件清单； （2）通过Wi-Fi将智能终端和移动终端进行连接； （3）将移动终端与计算机端连接起来，然后在编辑器中编写程序并上传到移动终端上。 需要特别注意的是智能终端的反馈过程。在智能终端设定阈值，通过网络传输发送预警信息至移动终端。移动终端根据智能终端发送大风预警信息做出开关窗决定，并把开关窗命令信息发送至智能终端，智能终端接收到信息后控制舵机模拟开关窗操作。请把以下智能终端开关窗流程图的缺失部分补全。 学生活动3 学生思考并回答。 补充完成流程图。 校园数字气象站系统架构图
活动意图说明：将理论知识转化为实际操作，通过一系列具体的步骤，指导学生实现校园数字气象站的实时传输功能。这一环节旨在加深学生对物联网技术在实际应用中的理解和掌握，培养他们的动手能力和问题解决能力。
环节四 动手实践
教师活动4 准备硬件：包括两块主控板、雨量传感器、云雀气象仪、舵机等。 硬件连接：请同学们根据接线原理图进行接线，连接硬件。 教师演示：在课堂上进行演示，确保每个学生都能正确连接硬件。 发布编写程序任务要求： （1）编写“智能终端”主控板程序。 （2）编写“移动终端”主控板程序。 （3）配置网络程序，订阅气象数据。 提前教授学生或让学生准备必要的编程知识，如MQTT协议的使用、主控板的编程方法等。对于编程基础较弱的学生，可以提供编程模板或示例代码，帮助他们快速上手。 运行调试：指导学生如何调试程序，如何验证数据的准确性和完整性，展示气象数据。 学生活动4 根据接线原理图进行接线，连接硬件。 学生编写程序。 编写完成后，运行调试，观察是否实现了气象数据订阅，能否收到大风预警，能否通过计算机端访问智能终端获取气象数据。 接线原理图
活动意图说明：让学生将理论知识应用于实际操作中，通过亲身体验加深对校园数字气象站实时传输系统的理解。通过准备硬件、连接硬件、编写程序以及运行调试等步骤，学生将能够亲手构建出一个功能完整的校园数字气象站实时传输系统，从而在实践中掌握物联网技术的核心概念和操作方法。
环节五 拓展提高
教师活动5 在实践结束后，组织学生进行总结和反思，让他们分享自己在实践过程中的收 获和体会，以及遇到的困难和解决方法。 学生活动5 总结反思。
活动意图说明：激发学生的创新思维和创造力，培养学生分析问题和解决问题的能力。