彭　豪　錢(qián)揚(yáng)義

【摘要】數(shù)字化微型氣象站是氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過(guò)整理分析電子文獻(xiàn)，研究我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)數(shù)字化微型氣象站的應(yīng)用研究進(jìn)展，包括校園氣象臺(tái)、校園氣象網(wǎng)的概況以及開(kāi)展的相關(guān)教學(xué)與探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)。希望能為我國(guó)內(nèi)地?cái)?shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)的建設(shè)提供有益的參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化微型氣象站；臺(tái)灣地區(qū)；校園氣象臺(tái)；校園氣象網(wǎng)；科學(xué)探究

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【論文編號(hào)】1009—8097（2009）06—00035—05

數(shù)字化微型氣象站是一個(gè)基于手持技術(shù)[1]的先進(jìn)的便攜式氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要應(yīng)用于天氣預(yù)測(cè)和微氣候監(jiān)測(cè)。它能便攜、定量、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量氣象數(shù)據(jù)[2]，通過(guò)無(wú)線技術(shù)把數(shù)據(jù)發(fā)送到多媒體電腦，并可利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與協(xié)作學(xué)習(xí)。數(shù)字化微型氣象站已被廣泛地應(yīng)用于我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的校園里作教學(xué)與探究式學(xué)習(xí)之用。本文將介紹數(shù)字化微型氣象站在臺(tái)灣地區(qū)的應(yīng)用研究進(jìn)展，包括校園氣象臺(tái)、校園氣象網(wǎng)的概況以及開(kāi)展的相關(guān)教學(xué)與探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)。

一 數(shù)字化微型氣象站在校園氣象臺(tái)的應(yīng)用

臺(tái)灣地區(qū)的校園氣象臺(tái)構(gòu)建的主體是數(shù)字化微型氣象站。校園里的數(shù)字化微型氣象站，是采用美國(guó)Davis Instrument公司的Vantage Pro Plus整合套件機(jī)型，包含了數(shù)字化氣象站的主機(jī)和無(wú)線接收器。數(shù)字化氣象站的主機(jī)，是一個(gè)全自動(dòng)化的氣象數(shù)據(jù)測(cè)量記錄儀，利用太陽(yáng)能供電，白天不需使用額外電源。在陽(yáng)光下，太陽(yáng)給氣象站提供能量并為氣象站的內(nèi)置電池充電；夜晚或陰天由電池繼續(xù)供電。因此氣象站可在24小時(shí)內(nèi)無(wú)間斷地工作。氣象站能測(cè)量并記錄溫度、濕度、氣壓、降雨量、日／月／年的雨量圖、每日最高及最低溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)，還能計(jì)算出風(fēng)寒指數(shù)（Wind Chill）、露點(diǎn)(Dew Point)、體感溫度等專業(yè)氣象參數(shù)。氣象站以無(wú)線電的方式將測(cè)量到的數(shù)據(jù)傳送到接收的計(jì)算機(jī)。氣象接收器能以數(shù)字、圖表方式實(shí)時(shí)顯示氣象數(shù)據(jù)。教師和學(xué)生便可在氣象站信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)通過(guò)氣象接收器了解當(dāng)前的校園氣象狀況。氣象數(shù)據(jù)接收器加裝EZWeather軟件套件和數(shù)據(jù)記錄器后，即可與計(jì)算機(jī)連接。師生們便能在計(jì)算機(jī)上查閱實(shí)時(shí)的氣象信息和歷史記錄[3]。

在臺(tái)灣地區(qū)，數(shù)字化微型氣象站已被廣泛應(yīng)用于中小學(xué)的氣象學(xué)習(xí)[3][4][5]，具體內(nèi)容如表1所示：

臺(tái)灣地區(qū)臺(tái)北市內(nèi)的小學(xué)校園氣象臺(tái)通過(guò)數(shù)字化微型氣象站的無(wú)線技術(shù)與計(jì)算機(jī)的連接，將收集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在校園氣象臺(tái)網(wǎng)站上，學(xué)生及老師隨時(shí)都可以上網(wǎng)站查詢現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地了解當(dāng)時(shí)的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、雨量等的氣象信息。圖1 為松山國(guó)小校園氣象臺(tái)網(wǎng)站，是數(shù)字化校園氣象臺(tái)網(wǎng)站的典型例子，其他設(shè)有數(shù)字化氣象站的學(xué)校也擁有各自的、具有相同功能的校園氣象臺(tái)網(wǎng)站。

國(guó)際氣象組織（WMO）規(guī)定，50-100km內(nèi)需設(shè)置一個(gè)氣象觀測(cè)站。校園氣象臺(tái)的大規(guī)模建立（見(jiàn)圖2），使臺(tái)北市在5km以內(nèi)便擁有一個(gè)氣象觀測(cè)站，突破了無(wú)法解析50km以內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化的局限。臺(tái)北市成為全世界氣象臺(tái)最密的城市。

隨后，桃園縣縣內(nèi)也廣泛建設(shè)校園氣象臺(tái)，成為繼臺(tái)北市后第二個(gè)氣象觀測(cè)站密布的地區(qū)（見(jiàn)圖3）。其他縣市也逐漸開(kāi)始擁有自己的校園氣象站，使校園氣象臺(tái)在臺(tái)灣地區(qū)遍地開(kāi)花（見(jiàn)圖4）。

二 數(shù)字化微型氣象站在校園氣象網(wǎng)的應(yīng)用

臺(tái)北市于2003年12月，在市內(nèi)的60所小學(xué)內(nèi)建立各自的校園氣象臺(tái)。這60個(gè)校園氣象臺(tái)一方面可以自成一獨(dú)立的氣象觀測(cè)站，在各自的校園氣象臺(tái)網(wǎng)頁(yè)上顯示校內(nèi)的天氣變化狀況；另一方面，各個(gè)校園氣象臺(tái)還會(huì)將每天收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至臺(tái)北市校園氣象網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。校園氣象網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 校園氣象網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)示意圖[3]

通過(guò)這個(gè)集中型的氣象網(wǎng)，師生們能同時(shí)獲得60所學(xué)校所收集到實(shí)時(shí)的氣象數(shù)據(jù)和歷史的氣象資料，為中小學(xué)氣象科學(xué)的教學(xué)與探究式學(xué)習(xí)提供了豐富的資源。臺(tái)北市校園氣象網(wǎng)不但服務(wù)于學(xué)校師生，而且廣泛運(yùn)用于市民的日常生活。目前，臺(tái)北市校園氣象網(wǎng)已成為全球領(lǐng)先的“微觀氣象測(cè)候網(wǎng)”（見(jiàn)圖6）。

2006年，桃園縣政府教育局亦開(kāi)始建設(shè)桃園縣校園氣象臺(tái)網(wǎng)站，進(jìn)行相關(guān)推廣工作。目前，桃園縣已建成由縣內(nèi)20多小學(xué)聯(lián)網(wǎng)的桃園縣校園氣象臺(tái)網(wǎng)站（見(jiàn)圖7）。為了統(tǒng)一臺(tái)灣各地的校園氣象臺(tái)，以便共享更全面的氣象信息，全區(qū)域性的校園氣象網(wǎng)相應(yīng)地建立起來(lái)。臺(tái)灣地區(qū)統(tǒng)一的校園氣象網(wǎng)（見(jiàn)圖8）匯集了臺(tái)北市、桃園縣及其他縣市的校園氣象臺(tái)的實(shí)時(shí)氣象信息，為探究式教學(xué)與學(xué)習(xí)提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)字化信息平臺(tái)。

三 數(shù)字化微型氣象站在科學(xué)課程教學(xué)與探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)中的應(yīng)用

探究式學(xué)習(xí)（inquiry-based learning）就是主動(dòng)追尋開(kāi)放問(wèn)題的解答，進(jìn)行真正的科學(xué)實(shí)踐，使學(xué)習(xí)者有動(dòng)機(jī)追求新知，整合與應(yīng)用知識(shí)[10][11]。臺(tái)北市的由60所中小學(xué)校園氣象臺(tái)構(gòu)建而成的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，給中小學(xué)創(chuàng)設(shè)了更便捷的探究式學(xué)習(xí)情境。同時(shí)，校園氣象網(wǎng)中的海量數(shù)據(jù)，也使得參與科學(xué)探究活動(dòng)的師生們獲得除學(xué)術(shù)文章以外的豐富數(shù)據(jù)資料。

來(lái)自不同學(xué)校的十多位自然科學(xué)教師組成了“臺(tái)北市探究式學(xué)習(xí)種子教師團(tuán)隊(duì)”，并由中央大學(xué)三位分屬大氣科學(xué)、認(rèn)知與教育，以及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)科技專長(zhǎng)的三位教授指導(dǎo)。2003年至今，已共同進(jìn)行了“應(yīng)用‘校園氣象臺(tái)進(jìn)行探究學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科展活動(dòng)”、“以氣象領(lǐng)域?yàn)槔匀豢茖W(xué)探究式教學(xué)”、“應(yīng)用校園氣象臺(tái)提升國(guó)中小學(xué)生探究能力”三大教學(xué)計(jì)劃，目的在于通過(guò)創(chuàng)新的教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生體驗(yàn)探究式學(xué)習(xí)的技巧，讓探究式學(xué)習(xí)真正落實(shí)到學(xué)校教育中。在他們團(tuán)隊(duì)的努力下，臺(tái)北市的中小學(xué)師生已逐漸開(kāi)始運(yùn)用校園氣象臺(tái)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行相關(guān)的探究式教學(xué)與學(xué)習(xí)活動(dòng)、科學(xué)競(jìng)賽以及研究工作 [10]。

2004年，臺(tái)北市舉辦了“校園氣象臺(tái)”創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)大賽。參與教學(xué)設(shè)計(jì)的學(xué)科并不局限于地理、氣象等自然科學(xué)，有些教師甚至把數(shù)字化微型氣象站應(yīng)用在數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、生活科（美勞、音樂(lè)）等科目上。教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容有的是一節(jié)課，有的是一系列的教學(xué)活動(dòng)。大賽的成果展現(xiàn)在網(wǎng)站上，作品包括教學(xué)設(shè)計(jì)方案、教學(xué)演示文稿（幻燈片）、教學(xué)視頻等[7][9]。此類教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)比賽既能讓老師展現(xiàn)出自己的教學(xué)才能，又能使數(shù)字化微型氣象站更好地服務(wù)于教學(xué)活動(dòng)。

2005年，在臺(tái)北市教育局的資助與指導(dǎo)下，“探究式學(xué)習(xí)種子教師團(tuán)隊(duì)”舉辦了名為“EZ氣象Lets go!氣象體驗(yàn)營(yíng)”的氣象親子體驗(yàn)營(yíng)，活動(dòng)的內(nèi)容充分體現(xiàn)了“科學(xué)探究”的精神。60對(duì)親子體驗(yàn)了基于“便攜式計(jì)算機(jī)”、“數(shù)字化數(shù)據(jù)采集器EcoLog*”和“數(shù)字化微型氣象站”的全新數(shù)字化學(xué)習(xí)模式[10]。整個(gè)過(guò)程中，無(wú)論是探究的設(shè)計(jì)還是方案的實(shí)施，都是由家長(zhǎng)和孩子合作完成的。此類活動(dòng)不但大大增進(jìn)了親子間的感情，而且培養(yǎng)了學(xué)生濃厚的科學(xué)探究的興趣。

2006年，陳斐卿、江火明將探究式學(xué)習(xí)的歷程分為六大基本步驟，包括“各提觀點(diǎn)”、“匯成假設(shè)”、“形成策略”、“揀選變數(shù)”、“轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)”、“驗(yàn)證假設(shè)”等[10][11]，其學(xué)習(xí)模式如圖9所示。這一探究式學(xué)習(xí)模式隨后被引入到運(yùn)用“數(shù)字化微型氣象站”及“校園氣象臺(tái)”進(jìn)行的探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)中。

2006年，“臺(tái)北市探究式學(xué)習(xí)種子教師團(tuán)隊(duì)”舉辦了“中小學(xué)學(xué)生自然科學(xué)探究式學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)競(jìng)賽”[10][12]。參賽的中小學(xué)生運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)作為溝通交流的工具，借助強(qiáng)大的數(shù)字化信息平臺(tái)——“臺(tái)北市校園氣象網(wǎng)”，通過(guò)相互協(xié)作，學(xué)習(xí)如何觀察、分析天氣現(xiàn)象，實(shí)地研究氣象問(wèn)題，從而提升了學(xué)生的探究能力；同時(shí)透過(guò)“同儕互評(píng)”活動(dòng)，培養(yǎng)了他們的評(píng)價(jià)能力。活動(dòng)的成效得到了專家組和廣大師生的好評(píng)。

2007年，種子教師團(tuán)隊(duì)再接再厲地舉辦了第二屆的“中小學(xué)學(xué)生自然科學(xué)探究式學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)競(jìng)賽”[12]，參賽隊(duì)伍數(shù)目大幅增加，而且比賽完成率也有所上升；探究的課題與生活更接近，數(shù)字化校園氣象網(wǎng)的使用率也大大提高。

承接上兩屆得到的良好成效，2008年繼續(xù)舉辦了第三屆“中小學(xué)學(xué)生自然科學(xué)探究式學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)競(jìng)賽”[7]。

四 數(shù)字化微型氣象站在臺(tái)灣地區(qū)的應(yīng)用研究的啟示

通過(guò)以上對(duì)數(shù)字化微型氣象站在我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)應(yīng)用狀況的綜述，我們可以得到一些啟示：

（1）從數(shù)字化微型氣象站普及的范圍上看，數(shù)字化微型氣象站已大范圍地普及于臺(tái)灣地區(qū)各中小學(xué)校園，并建立起龐大的、完善的“校園氣象網(wǎng)”；而數(shù)字化微型氣象站在大陸地區(qū)只是在小范圍內(nèi)進(jìn)行推廣，未能形成系統(tǒng)的校園氣象網(wǎng)絡(luò)。筆者建議我國(guó)內(nèi)地可在發(fā)達(dá)地區(qū)中小學(xué)率先推廣數(shù)字化氣象站，并建立起“校園氣象網(wǎng)”。

（2）從數(shù)字化微型氣象站的應(yīng)用成效上看，近年來(lái)，臺(tái)灣地區(qū)把數(shù)字化微型氣象站、校園氣象臺(tái)與校園氣象網(wǎng)運(yùn)用到氣象科學(xué)探究式教學(xué)與學(xué)習(xí)之中，取得了巨大的成效。學(xué)生乃至全民的科學(xué)探究意識(shí)與科學(xué)素養(yǎng)得到了很大提高?？梢?jiàn)，數(shù)字化微型氣象站在科學(xué)教育中起著積極的促進(jìn)作用。筆者認(rèn)為，內(nèi)地亦可借鑒臺(tái)灣地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合內(nèi)地科學(xué)教育的特點(diǎn)，開(kāi)展相應(yīng)的氣象科學(xué)探究式活動(dòng)，讓數(shù)字化微型氣象站更好地推進(jìn)國(guó)內(nèi)科學(xué)教育的發(fā)展。

（3）從數(shù)字化微型氣象站的教學(xué)研究上看，我國(guó)內(nèi)地對(duì)數(shù)字化微型氣象站的研究還處于初始階段，對(duì)于如何利用它提高學(xué)生的科學(xué)探究的興趣、活躍科學(xué)課堂氣氛、開(kāi)發(fā)探究式教學(xué)設(shè)計(jì),以及輔助公眾科學(xué)教育等研究層面尚未涉及。而這些內(nèi)容都是日后進(jìn)行相關(guān)研究和教育實(shí)踐時(shí)值得深入考慮的重要問(wèn)題。

（4）從數(shù)字化微型氣象站的應(yīng)用前景上看，數(shù)字化微型氣象站的引入，使學(xué)校在“低資金投入”的前提下?lián)碛凶钕冗M(jìn)的“數(shù)字化氣象學(xué)習(xí)平臺(tái)”，也使中小學(xué)現(xiàn)有信息化程度大大提升。學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化微型氣象站進(jìn)行探究活動(dòng)，便可更充分地利用學(xué)?，F(xiàn)有的氣象環(huán)境資源進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)；氣象站的聯(lián)網(wǎng)，能最大限度地整合該地區(qū)各個(gè)學(xué)校現(xiàn)有的信息資源，使教學(xué)資源得到更好的優(yōu)化配置。數(shù)字化微型氣象站的推廣，將有力地推動(dòng)信息技術(shù)與科學(xué)課程的整合，促進(jìn)探究式學(xué)習(xí)在科學(xué)教學(xué)中的發(fā)展，必將成為中小學(xué)校園數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)[13]發(fā)展的新趨勢(shì)！

注：* EcoLog，手持技術(shù)儀器的一種，內(nèi)置5種傳感器，可測(cè)量氣溫、亮度、音量、濕度和氣壓；還可外接各種傳感器，適用于自然科學(xué)中的各類實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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The Research Progress of Application of Digital Micro Weather Station in Taiwan, China

——the trend of new e-learning platform for primary school & middle school

PENG HaoQIAN Yang-yi

(Institute of Chemistry Teaching and Resource, South China Normal University, Guangzhou, Guangdong, 510006, China)

Abstract: Digital micro weather station is a system for logging meteorological data. Through analyzing many online documents, this paper aims to study the research progress of application of digital micro weather station in Taiwan, which includes the general situation of campus weather station & campus meteorologic web and the relevant activities of inquiry-based teaching & learning in order to provide useful experience and reference for the construction of e-learning platform in the mainland of China.

Keywords: Digital Micro Weather Station; Taiwan; Campus Weather Station; Campus Meteorologic Web; Scientific Inquiry