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搭建物联网气象站，开展气象探究活动

当今社会，已经进入万物互联的时代变革。物联网技术成为当前国内外最炙手可热的科

技热点之一，被认为是最有潜力激起下一次科技革命的技术，已被社会各行各业视为寻求行

业进一步发展的突破口。在此背景下，适应时代的教育变革显得更加重要。在物联网背景下，

教与学的方式如何进行变革，尖端技术与教育如何深度融合等话题，又一次引发了行业的热议。开设物联网相关课程，教学物联网基础知识，已成为学校培养学生成为未来人才的一个重要环节。

一、从传统气象站到基于物联网的微尺度气象站

有学者校苏州市吴中区东ft中心小学，位于太湖东首一个长条形的半岛——东ft镇，属

于北亚热带湿润性季风气候区，四季气候温和，空气湿润，拥有碧螺春茶叶、杨梅、枇杷、

太湖蟹等著名物产。学校原有传统气象站（百叶箱、风向风速仪、雨量筒、蒸发桶等气象观

测设备），并成立了气象社团，由科学老师带领进行气象观测研究。

为了积极推进“智慧校园”建设，促进学校内涵发展，提升办学品位，发展学生核心素养，学校引入移动物联网技术进校园，搭建了基于移动物联网的气象观测硬件设备——“微

尺度气象站”，加入了跨区域、跨学校的综合实践学习、交流、共享平台——“吴中区智慧

生态教育学习平台”。该新型气象站，通过物联网、云计算、大数据分析等前沿科技手段，

将传感器数据采集、视频直播、远程控制技术与气象站相结合，可以实现对温度、湿度、光照、二氧化碳、风向、风速、雨量、PM1.0、PM2.5、PM10 等数据的获取、处理、传输，使学

生能够借助物联网微尺度气象站开展相关的观察学习、对比学习、探究学习等多种实验学习活动。

二、微尺度气象站的优势

有学者校原有的传统气象站属于人工观测站，而“微尺度气象站”属于自动观测站。随

着科技的进步，气象事业的发展，人工观测站逐渐被自动观测站取代，与人工观测站相比，

自动观测气象站优势明显。

优势一：减轻了观测人员的劳动量，起到了事半功倍的效果。例如，人工观测站的目测

项目：气压、气温、地温、湿度、降水、风向、风速等，原来都是人工读数查算，挑取极值的；而现在的自动观测站能主动采集数据，实时传回主控云服务器，对数据进行计算、分析、统计，在查看数据时，可以选择实时、今天、昨天、前七天、前一个月、前半年、前一年，并以

柱状图、折线图等的形式显示，一目了然。

优势二：减少误差，提高数据的准确性。例如：能避免观测人员的习惯性误差；能避免

原人工观测站风向风速感应器不在同一高度而产生的偏差；避免人工观测站按顺序读数而导

致在同一观测时间各要素不是同一时刻采集的值而产生的误差；极值挑自分钟数据，避免了

人工观测站最高最低温度表读数的不准确(出现最高最低若干时间后才读数，数据或已回落)。

所以，可以看出自动观测站采集的数据，准确性更高，更具代表性，在此基础上的数据比较才

更有意义。

优势三：多种用户终端实时观测，记录次数增多，数据量增大。原人工观测站每日三次、四次、甚至七次、八次……的定时观测，现在可以使用手机、平板、电脑多终端 24 小时实时观测，而且每秒都能采集到一组数据，数据量急剧扩大，如此庞大的数据量为气象研究提供了充分的依据。

优势四：自动观测站组网的建立，使得跨区域、跨学校的气象数据对比研究成为可能。

目前苏州市吴中区已有十多所学校的气象站接入“吴中区智慧生态教育学习平台”，实现数

据互联互通，实时访问。

综上所述，自动气象观测站具有人工观测站无法比拟的优势，而且有学者们可以相信，

随着科技的进步，自动观测站将会显示出更加令人瞩目的优势，发挥多(数据量增多、站点增多)、快(数据采集快、上传快)、好(数据准确)、省(节约了劳动力)的效能。

三、气象探究活动历程与教育意义

气象与人类生产生活、经济社会的发展息息相关。在 46 亿年前，地球表面开始出现大气，

随着大气的演化和运动，给地球带来了无数生命，给大自然带来了勃勃生机。然而，大气运动也

导致了无穷的自然灾害，狂风暴雨、电闪雷鸣、洪涝、高温、干旱、雪暴、低温、冻害、雾霾，

造成ft崩地裂、树倒家毁、人畜伤亡的惨象。有学者国是世界上气象灾害比较严重的国家，每

年的气象灾害都对生命和财产造成极大的损失。

在遥远的古代，人们若是想要准确地预测天气，只能依靠长时间的观察。先人们在长期

的生产生活实践中，逐渐总结出了很多能预测未来天气变化的经验性俗语。诸如：“清早起

海云，风雨霎时临。日出东边白，雨停云消散”等。这些气象谚语言简意赅，朗朗上口，能

够便捷地帮助百姓估测一些常见的天气和气候趋势，提早安排好生产和生活。

在科技发达的今天，随着技术手段的不断提升，人们很少再使用传统气象谚语来预测未来的天气状况了。有学者们只要打开电脑、手机等设备就可以查看到当天的，甚至之后 40 天的气象预报。其实，无论是先人经验，还是科学计算，两者并不对立，都是为了服务于人们的生产生活。

而现今，面对人们对美好生活的需求，借助科技的手段，云计算、大数据、人工智能等

技术深度融入生活，“智慧气象”已经成为未来发展的大趋势，气象服务将越来越精细化、

个性化。例如：在未来，人们可以得到更为精准的天气预报，无论你身在城市的哪个角落，

所得到的天气预报都会是你所在地一公里甚至是更小范围内的天气情况。再如：人们准备外

出旅游，还未出门就收到目的地的天气预报；要滑雪，可以随时了解风向、积雪深度等各种

天气指数。

综上所述，气象科普历史久远，行于百科之先。有学者国对青少年实施气象科普教育始于秦代，秦宰相李斯编的有学者国最早的启蒙读本《仓颉篇》中就有气象科普教育内容，后来历代编的启蒙教育读本《三字经》《千字文》《幼学琼林》等就更加注重气象科普教育。到了20 世纪初，有学者国以班级教学为模式的近代新式学校形成后，便有了常规、系统的校园气象科普教育，而后又有了从课本走向课外作业、课外活动等的演变、发展和飞越。

另外，在全球气候变暖的背景下，各种极端天气气候事件频繁发生，气象灾害造成的损

失和社会影响呈现进一步加大的趋势。因此，通过在中小学校园进行气象科普活动、传播科

学知识，弘扬科学精神，培养防灾减灾意识，提高防灾减灾的能力，树立生态文明的理念。

气象科普更是各类科学技术普及之中的重中之重，尤其要从娃娃抓起，进而辐射到家庭和社会。

四、利用移动物联网技术，开展气象探究活动

通过丰富多彩的探究性学习模式的精心设计，利用移动物联网技术，更便捷地开展气象

科技探究活动，与校园气象科普教育紧密结合，从获取科学知识，树立科学意识，拓宽科学

视野，培养科学精神，掌握科学技术与技能，提高全面素质的角度出发，努力打造和发展气

象科技活动的载体与平台，突破校园气象科普教育普遍存在的瓶颈问题，开辟出与时俱进的

广阔天地。

移动物联网技术的应用，可以利用物联传感装置（如温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照度传感器、雨量传感器、风速风向传感器、视频图像传感器等）及相应技术，构建的物联网智慧环境，能实现对风力、风向、降雨量、二氧化碳、光照等气象数据的数据采集，实现数据的实时展现。引导学生学习气象知识，了解天气变化，热爱气象科学，提高防御气象灾害意识和保护自然环境的能力。

秉承有学者国著名的教育家、思想家、学者陶行知先生的“生活即教育”“社会即学

校”“教学做合一”教育理念，以及他提出的“行是知之始，知是行之成”教育策略。在研究选

题上强调一个“做”字，使每个探究实践项目都能做得起来，在做中学习知识，在做中领悟科学

原理，在做中掌握科学方法；在预期目标上，强调“过程”比“结果”重要，每个探究项目都没

有标准答案，只有通过做才有结果；在统筹“知识”和“方法”上，避免单纯的“知识” 灌输，重视“方法”的掌握，强调科学方法的合理应用。

在科学方法的应用上，使用现代科学方法论元素：在获取科学事实、科学数据上有调查、

观测和实验方法的应用；在调查研究中既有直接调查也有间接调查；在科学实验方面有定量实验、定性实验，还有模拟实验；在分析问题上有简化问题，抓主要变量，理想化（假设）思想

的应用，在科学事实、科学数据的分析中，有演绎与归纳方法的应用，同时将相关相似判别法、比较法、对比法、类比法、求同法、差异法、剩余法、综合法等方法有机地融合其中；在科学