“数字化微型气象站”在我国台湾地区的应用研究进展

彭　豪　钱扬义

【摘要】数字化微型气象站是气象数据采集系统。通过整理分析电子文献，研究我国台湾地区数字化微型气象站的应用研究进展，包括校园气象台、校园气象网的概况以及开展的相关教学与探究式学习活动。希望能为我国内地数字化学习平台的建设提供有益的参考与借鉴。

【关键词】数字化微型气象站；台湾地区；校园气象台；校园气象网；科学探究

【中图分类号】G420 【文献标识码】A【论文编号】1009—8097（2009）06—00035—05

数字化微型气象站是一个基于手持技术[1]的先进的便携式气象数据采集系统，主要应用于天气预测和微气候监测。它能便携、定量、实时、准确地测量气象数据[2]，通过无线技术把数据发送到多媒体电脑，并可利用网络技术进行数据共享与协作学习。数字化微型气象站已被广泛地应用于我国台湾地区的校园里作教学与探究式学习之用。本文将介绍数字化微型气象站在台湾地区的应用研究进展，包括校园气象台、校园气象网的概况以及开展的相关教学与探究式学习活动。

一 数字化微型气象站在校园气象台的应用

台湾地区的校园气象台构建的主体是数字化微型气象站。校园里的数字化微型气象站，是采用美国Davis Instrument公司的Vantage Pro Plus整合套件机型，包含了数字化气象站的主机和无线接收器。数字化气象站的主机，是一个全自动化的气象数据测量记录仪，利用太阳能供电，白天不需使用额外电源。在阳光下，太阳给气象站提供能量并为气象站的内置电池充电；夜晚或阴天由电池继续供电。因此气象站可在24小时内无间断地工作。气象站能测量并记录温度、湿度、气压、降雨量、日／月／年的雨量图、每日最高及最低温度、风速、风向等气象数据，还能计算出风寒指数（Wind Chill）、露点(Dew Point)、体感温度等专业气象参数。气象站以无线电的方式将测量到的数据传送到接收的计算机。气象接收器能以数字、图表方式实时显示气象数据。教师和学生便可在气象站信号覆盖的范围内通过气象接收器了解当前的校园气象状况。气象数据接收器加装EZWeather软件套件和数据记录器后，即可与计算机连接。师生们便能在计算机上查阅实时的气象信息和历史记录[3]。

在台湾地区，数字化微型气象站已被广泛应用于中小学的气象学习[3][4][5]，具体内容如表1所示：

台湾地区台北市内的小学校园气象台通过数字化微型气象站的无线技术与计算机的连接，将收集到的数据呈现在校园气象台网站上，学生及老师随时都可以上网站查询现有的数据，实时地了解当时的风速、风向、气温、雨量等的气象信息。图1 为松山国小校园气象台网站，是数字化校园气象台网站的典型例子，其他设有数字化气象站的学校也拥有各自的、具有相同功能的校园气象台网站。

国际气象组织（WMO）规定，50-100km内需设置一个气象观测站。校园气象台的大规模建立（见图2），使台北市在5km以内便拥有一个气象观测站，突破了无法解析50km以内的结构变化的局限。台北市成为全世界气象台最密的城市。

随后，桃园县县内也广泛建设校园气象台，成为继台北市后第二个气象观测站密布的地区（见图3）。其他县市也逐渐开始拥有自己的校园气象站，使校园气象台在台湾地区遍地开花（见图4）。

二 数字化微型气象站在校园气象网的应用

台北市于2003年12月，在市内的60所小学内建立各自的校园气象台。这60个校园气象台一方面可以自成一独立的气象观测站，在各自的校园气象台网页上显示校内的天气变化状况；另一方面，各个校园气象台还会将每天收集到的数据发送至台北市校园气象网，实现数据共享。校园气象网的组织结构如图5所示。

图5 校园气象网的组织结构示意图[3]

通过这个集中型的气象网，师生们能同时获得60所学校所收集到实时的气象数据和历史的气象资料，为中小学气象科学的教学与探究式学习提供了丰富的资源。台北市校园气象网不但服务于学校师生，而且广泛运用于市民的日常生活。目前，台北市校园气象网已成为全球领先的“微观气象测候网”（见图6）。

2006年，桃园县政府教育局亦开始建设桃园县校园气象台网站，进行相关推广工作。目前，桃园县已建成由县内20多小学联网的桃园县校园气象台网站（见图7）。为了统一台湾各地的校园气象台，以便共享更全面的气象信息，全区域性的校园气象网相应地建立起来。台湾地区统一的校园气象网（见图8）汇集了台北市、桃园县及其他县市的校园气象台的实时气象信息，为探究式教学与学习提供了一个功能强大的数字化信息平台。

三 数字化微型气象站在科学课程教学与探究式学习活动中的应用

探究式学习（inquiry-based learning）就是主动追寻开放问题的解答，进行真正的科学实践，使学习者有动机追求新知，整合与应用知识[10][11]。台北市的由60所中小学校园气象台构建而成的数字化学习平台，给中小学创设了更便捷的探究式学习情境。同时，校园气象网中的海量数据，也使得参与科学探究活动的师生们获得除学术文章以外的丰富数据资料。

来自不同学校的十多位自然科学教师组成了“台北市探究式学习种子教师团队”，并由中央大学三位分属大气科学、认知与教育，以及网络学习科技专长的三位教授指导。2003年至今，已共同进行了“应用‘校园气象台进行探究学习教学实验与科展活动”、“以气象领域为例之自然科学探究式教学”、“应用校园气象台提升国中小学生探究能力”三大教学计划，目的在于通过创新的教学设计，让学生体验探究式学习的技巧，让探究式学习真正落实到学校教育中。在他们团队的努力下，台北市的中小学师生已逐渐开始运用校园气象台网站的数据库，进行相关的探究式教学与学习活动、科学竞赛以及研究工作 [10]。

2004年，台北市举办了“校园气象台”创新教学活动设计大赛。参与教学设计的学科并不局限于地理、气象等自然科学，有些教师甚至把数字化微型气象站应用在数学、语文、生活科（美劳、音乐）等科目上。教学设计的内容有的是一节课，有的是一系列的教学活动。大赛的成果展现在网站上，作品包括教学设计方案、教学演示文稿（幻灯片）、教学视频等[7][9]。此类教学活动设计比赛既能让老师展现出自己的教学才能，又能使数字化微型气象站更好地服务于教学活动。

2005年，在台北市教育局的资助与指导下，“探究式学习种子教师团队”举办了名为“EZ气象Lets go!气象体验营”的气象亲子体验营，活动的内容充分体现了“科学探究”的精神。60对亲子体验了基于“便携式计算机”、“数字化数据采集器EcoLog*”和“数字化微型气象站”的全新数字化学习模式[10]。整个过程中，无论是探究的设计还是方案的实施，都是由家长和孩子合作完成的。此类活动不但大大增进了亲子间的感情，而且培养了学生浓厚的科学探究的兴趣。

2006年，陈斐卿、江火明将探究式学习的历程分为六大基本步骤，包括“各提观点”、“汇成假设”、“形成策略”、“拣选变数”、“转化数据”、“验证假设”等[10][11]，其学习模式如图9所示。这一探究式学习模式随后被引入到运用“数字化微型气象站”及“校园气象台”进行的探究式学习活动中。

2006年，“台北市探究式学习种子教师团队”举办了“中小学学生自然科学探究式学习网络竞赛”[10][12]。参赛的中小学生运用网络作为沟通交流的工具，借助强大的数字化信息平台——“台北市校园气象网”，通过相互协作，学习如何观察、分析天气现象，实地研究气象问题，从而提升了学生的探究能力；同时透过“同侪互评”活动，培养了他们的评价能力。活动的成效得到了专家组和广大师生的好评。

2007年，种子教师团队再接再厉地举办了第二届的“中小学学生自然科学探究式学习网络竞赛”[12]，参赛队伍数目大幅增加，而且比赛完成率也有所上升；探究的课题与生活更接近，数字化校园气象网的使用率也大大提高。

承接上两届得到的良好成效，2008年继续举办了第三届“中小学学生自然科学探究式学习网络竞赛”[7]。

四 数字化微型气象站在台湾地区的应用研究的启示

通过以上对数字化微型气象站在我国台湾地区应用状况的综述，我们可以得到一些启示：

（1）从数字化微型气象站普及的范围上看，数字化微型气象站已大范围地普及于台湾地区各中小学校园，并建立起庞大的、完善的“校园气象网”；而数字化微型气象站在大陆地区只是在小范围内进行推广，未能形成系统的校园气象网络。笔者建议我国内地可在发达地区中小学率先推广数字化气象站，并建立起“校园气象网”。

（2）从数字化微型气象站的应用成效上看，近年来，台湾地区把数字化微型气象站、校园气象台与校园气象网运用到气象科学探究式教学与学习之中，取得了巨大的成效。学生乃至全民的科学探究意识与科学素养得到了很大提高。可见，数字化微型气象站在科学教育中起着积极的促进作用。笔者认为，内地亦可借鉴台湾地区的经验，结合内地科学教育的特点，开展相应的气象科学探究式活动，让数字化微型气象站更好地推进国内科学教育的发展。

（3）从数字化微型气象站的教学研究上看，我国内地对数字化微型气象站的研究还处于初始阶段，对于如何利用它提高学生的科学探究的兴趣、活跃科学课堂气氛、开发探究式教学设计,以及辅助公众科学教育等研究层面尚未涉及。而这些内容都是日后进行相关研究和教育实践时值得深入考虑的重要问题。

（4）从数字化微型气象站的应用前景上看，数字化微型气象站的引入，使学校在“低资金投入”的前提下拥有最先进的“数字化气象学习平台”，也使中小学现有信息化程度大大提升。学生运用数字化微型气象站进行探究活动，便可更充分地利用学校现有的气象环境资源进行科学学习；气象站的联网，能最大限度地整合该地区各个学校现有的信息资源，使教学资源得到更好的优化配置。数字化微型气象站的推广，将有力地推动信息技术与科学课程的整合，促进探究式学习在科学教学中的发展，必将成为中小学校园数字化学习平台[13]发展的新趋势！

注：* EcoLog，手持技术仪器的一种，内置5种传感器，可测量气温、亮度、音量、湿度和气压；还可外接各种传感器，适用于自然科学中的各类实验。

参考文献

[1] 钱扬义,邓峰.数字化化学探究实验室的建设与学生探究能力的培养[J].中国电化教育,2006,(11):49-52.

[2] 钱扬义.手持技术在研究性学习中的应用及其心理学基础[M].北京:科学出版社,2006:176-198.

[3]Weather station[EB/OL].

[4] 王绪溢. 数位化科学学习与教学[EB/OL].

[5] 江启昱.信息科技在国小自然与生活学习领域教学之应用——以“探索校园气象信息”为例[EB/OL].

[6] 松山国小校园气象台[EB/OL].

[7] 台北市校园数位气象网[EB/OL].

[8] 桃园县校园气象网[EB/OL].

[9] 全国校园气象网[EB/OL].

[10] 董松乔.人人能当气象权威!——“校园气象站”于“探究式学习”之应用[EB/OL].

[11] 江火明,陈斐卿.应用校园气象台进行探究学习教学[EB/OL].

[12] 陈锦雪. 探究式学习网路竞赛初探——以气象为主题[EB/OL].

[13] 钱扬义,罗一帆,肖常磊等.自主开发教育信息技术平台,强化高师生化学教师教育能力培养的实践研究[J].电化教育研究,2008,(12):89-92.

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