古今气象异同研究

徐自远

活动背景

本项目立足STEAM 理念，建立跨电子信息、地理、语文学科的联合教学团队，开展基于项目的二十四节气智慧古今对比科学探究活动，学生历经体验探究、观察实践和应用分享等系列活动，将对气象监测原理、强弱电布线、网页制作和Python 爬虫等知识的理解综合物化为校园气象站和气象数据展示平台，获得跨学科项目开发经验，在实践中学习科学知识、感悟传统文化、提升文化自信。

活动目标

知识与技能

理解气象监测的原理，能够根据强弱电布线原则为自建校园气象站安装风光互补型自供电系统，尝试利用电子信息知识设计制作气象数据展示平台；通过探究Python网络爬虫知识抓取历史气象数据，与即时测得的数据进行对比分析；结合节气、诗文知识改进设计，开展制作具有鲜明国风特色的校园网气象角模块等研究性学习。

过程与方法

通过项目式科技教育活动，学生参与一次完整的发现生活问题、创意设计、实践制作、数据统计、项目改进、应用分享的科学探究活动。能够综合运用电子信息、Python 爬虫等科学技术及地理、诗文知识在实践中分析问题，探秘科学，体验主动建构知识的乐趣，在真实生活中提升综合创新能力。

情感态度与价值观

学生在情境中综合应用知识，将与生俱来的好奇心转化为创新热情，在小组协同活动中锻炼合作交流能力，在创意物化过程中将习得的知识外化，提升学习成就感，培养学生科学素养与职业素养，并在对二十四节气智慧的体验探究过程中提升文化自信。

活动对象

以学校科技创新社团为载体，面向高中招收对工程实践感兴趣的学生，每期人数控制在20 人以内，其中有16 名新学员，4 名上学期经历过Python 电子琴项目的老学员，每人带4 名新学员，每周四下午开展2 课时的教学活动。

活动内容

项目1：测量4 项气象参数

课程①（语文课，0.5 课时）：寻找诗歌中的气象语句，分组讨论古代气象与当前气象的差别。课程②（地理课，0.5 课时）：探究古人如何观测气象参数，讨论现有技术如何测量气象参数。项目实践（8 课时）：学生自由分为温、湿、风、雨4 个小组，分别寻找测量温度、湿度、风力风向及降雨量的设备，找到合适的传感器后，由教师利用课题经费采购，学生下载官方工程文档配置并完成传感器的接线工作，将其接入树莓派系统；分组测量气象参数，并通过编程将各项参数从传感器中读取出来。

项目2：校园气象站建设

课程①（地理课，1 课时）：获取温、湿、风、雨4 项气象参数后，地理教师介绍中国最早的气象站——陶寺古观象台的历史，引导学生将4 项气象数据进行整合，為建设校园气象站作准备。

项目实践（12 课时）：在电子信息工程教师的帮助下，学生完成4 项数据的整合移植，建立气象数据存储服务器，设计接口将树莓派获取到的各项数据传输到数据存储服务器中保存；树立气象杆，完成校园气象站风光互补型自供电系统的安装与强弱电布线；给气象站装上显示器，设计并制作显示界面，显示当前各项气象参数。

项目3：气象数据展示

项目实践（ 各12 课时）： 学生分小组竞赛，完成校园网首页气象角版块（显示实时数据）和手机APP（实时获取并显示校园气象情况）的设计制作，胜出的作品可上架校园网推广应用。

课程①（语文课，1 课时）：邀请语文教师对气象网站的制作提出意见与建议，将对应二十四节气的诗句在特定节气中显示在气象网站与手机APP 上，并对气象网站网页美化提出了中国风建议。

课程②（地理课，1 课时）：“早霞不出门，晚霞行千里”“蚂蚁垒窝天气变，蜜蜂出巢天放晴”“东虹日头西虹雨”……这样的民间气象谚语，广泛应用于日常生活，用于预报天气变化。古人总结出的气象经验，是否还适用于现代呢？地理教师带领学生进入课程最后阶段——古今奇象异同比对，将气象站记录的数据与古代谚语描述的气象情况进行对比，引导学生辩证地看待谚语，科学地利用谚语，与时俱进创造出更新更全面的气象谚语，并将应景的气象谚语显示在网站与APP 中。

项目4：气象数据分析（11课时）

气象站经过1 年运行， 已经收集了大量气象数据，将数据与二十四节气时间节点汇总，完成气象信息曲线图的绘制；将数据与农历节气时间点进行对比，观察是否有对应关系；制作Python 爬虫程序，将中国天气网中的历史气象数据爬取出来，与当前测得的数据进行比对。

项目5：成果分享课程拓展（1课时）

将网站与移动端APP 向全校发布，供所有师生访问查看，通过气象数据验证节气与温度变化的关联，最终得出结论：古代的节气仍然适用于现在的气候。

活动难点

通过项目式的实践活动，根据学生特点引导学生提出合适且明确的生活问题，分层次、递进式融合运用电子、信息技术、地理和语文等跨学科知识与技能完成建设气象站活动目标，带动学科整合，逐步分析并解决问题，让学生进行有效的研究探索，在创意实践中感悟传统文化、体验创新的乐趣，提高实践能力。

活动重点

将学生的好奇心转换为学习意愿，以气象问题为线索串联整个科技教育活动，以学生为主体，根据能力层次分组协作，综合应用多学科知识形成校园气象站设计方案，进行实践制作物化，并依据艺术设计和诗文知识获得启发并自主改进，完成不同能力层次的气象数据展示平台（APP 及校园网模块）的设计和制作；将学习成果进行应用分享，通过多元评价激发学生创新热情。

活动创新点

模式新，基于项目的学科融合实施

以学生为中心的项目式学习，跨学科组织学生科学社团，由3 科教师协同引导学生关注并解决生活中的综合性问题，在确保活动科学性的基础上，培养学生的跨学科思维。

内容新，基于生活的创意物化实践

关注学生探究身边生活的兴趣需求，在诗文学习中引出科学问题，在地理观察中生出创意，通过实践，建成切实可用的气象站与气象数据展示平台，收获学习成果，提升学生的自主探究能力，并在平台优化的过程中培养学生的人文底蕴。

路径新，传统联系现实，科普融合思政

从二十四节气、陶寺古观象台等传统智慧，联系到现代气象观测问题，将传统气象谚语中描述的天气现象与现实传感器测到的气象数据进行比对，在解决问题的过程中，用现代技术印证中国传统文化中的科学智慧，增强学生的民族自豪感和文化自信。

“老带新”，可持续发展的学生培养模式

当期学生经历一轮完整的科学探究、实践分享活动后，成长为新一期活动的骨干力量，形成教师为辅、学生骨干为主，骨干带新生的学生主体活动模式，可复制、可推广。

评价原则

过程评价与结果评价相结合

在活动实施中关注学生表现，通过在线任务单及时记录小组体验探索的过程，掌握学生动态学习效果，根据师生反馈及时调整活动过程，不断完善活动方案，完成效果评估。

尊重差异，激励创新

教师在活动中作为观察者与引导者，应尊重学生的个体差异，把握学生学习路径并控制学习进度，及时肯定学生的创新能力与学习潜力，通过小組互助的形式促进自主创新，同时完成学生在活动过程中的表现评价。

多元参与，多维着力

不同学科教师、活动成员、学生家长共同参与评价，从科学态度、技术水平、创新点、美观度等多个维度对学生汇报活动与作品进行全面、客观的评价。

评价方式

基于云班课平台的评价系统

在云班课平台中，每次参与活动都将获得经验值，教师通过设计分配任务经验值，比如对学生的创新想法、任务协作、作品工艺等方面均给予经验值奖励，兼顾过程表现与项目结果，激励学生各项能力的提升，确保综合评价的公平性。

小组学习评价

平台设计了一套机制，允许学生互相评价。学生可以对自己小组以外其他成员的学习成绩、认知能力及协作技巧进行客观评估。为了避免互评时过分偏向优秀评价，平台设立了一个有限积分池机制（给出的评分将从该积分池中扣除）。同时，教师制订了详细的互评标准和策略，以便学生能根据实际表现进行公正、真实的评价。

组间评价

该评价方式的核心理念与小组内部互评类似，不同之处在于引入了“三人行必有我师”环节，学生需从其他小组的作品中寻找可供本组学习和改进的要点，从而提高本组作品的品质。

物化成果评价

学生建成了校园气象站，并能在APP 或校园网的气象角模块上显示进行了外观美化的气象信息，应用、分享学习成果，教学成果外显化。

该项目参与了第36 届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科教创新成果线上交流活动