Урок по теме Технологии, которые предсказывают погоду.

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №2» г. Южно-Сухокумск Республики Дагестан

П Р Е З Е Н Т А Ц И Я
на тему:











Подготовила и провела:
Абдурагимова Суджана Габибовна
учитель физики МКОУ «СОШ №2»
г.Южно-Сухокумск Республики Дагестан
Аудитория: 8 «А», 8»Б» классы.

г.Южно-Сухокумск 2023 г.

Ход урока
Организационный момент: Психологический настрой
- Здравствуйте ребята, сегодня к нам на урок пришли гости, давайте покажем им какие мы умные, дружные и дисциплинированные.

Проверка домашнего задания.
А) Дыхательная гимнастика.
1. Глубокий вдох, выдох порциями.
2. Глубокий вдох, выдох с шипением.
3. Глубокий вдох - руки через стороны вверх, поднимаемся на носки, выдох – опускаем руки вниз.
Почему урок начали с дыхательной разминки? (Кислород попадает в кровь через лёгкие и улучшает работу мозга). В состав чего входит кислород? (В состав воздуха.) О воздухе мы говорили с вами на прошлых уроках.
- Давайте вспомним свойства воздуха. (Прозрачный, бесцветный, без запаха, плохо проводит тепло, упругий, при нагревании расширяется, при охлаждении сжимается) - Что входит в состав воздуха? ( кислород, азот, углекислый газ, аргон, неон, гелий)
- Ребята, как называется воздушное пространство? Какова протяженность атмосферы?
- Сегодня на уроке мы продолжим изучение этой темы.

- Чтобы предсказать погоду точно, одних примет недостаточно. Тепло, а сколько градусов, ветрено, а с какой скоростью дует ветер. Не грозят ли буря, град, наводнение. Людей, которые изучают погоду называют метеорологами . Эти люди наблюдают и изучают погоду с помощью разных приборов. Они работают на метеостанциях. Сейчас построено и работают много метеостанций, на которых постоянно следят за малейшими изменениями погоды. За погодой наблюдают не только с метеостанций. А также с научных судов, с метеорологических спутников и даже с космических кораблей.
Сейчас я предлагаю вам представить себя метеорологами. Вы уже знаете, что погода складывается из разных факторов: сила и направление ветра, облачность и осадки, температура и влажность воздуха.

Температура воздуха



Температура воздуха – это одно из свойств воздуха в природе. Погода зависит от температуры воздуха. Температура воздуха в каждой точке Земного шара постоянно меняется. Температура в большинстве стран выражается в градусах шкалы Цельсия (˚С).
Температуру измеряют термометром. Термометр – это стеклянная трубка, заполненная ртутью. Цифры, стоящие выше нуля, показывают количество градусов тепла, ниже нуля – количество градусов холода.
При нагревании столбик ртути поднимается вверх. Температуру выше нуля градусов называют положительной и пишут со знаком «+».Например, температура в комнате обычно бывает +20˚С (плюс 20 градусов, или 20 градусов тепла). В мороз столбик термометра опускается ниже 0˚С. Такую температуру называют отрицательной. Например, –10˚С звучит как «минус 10 градусов» и означает 10 градусов мороза.
Однако стоит помнить, что неправильно установлен термометр, например на солнце, покажет не температуру воздуха, а на сколько градусов нагрелся сам прибор. Устанавливать термометр лучше всего с северной стороны вдали от прямых солнечных лучей.

Направление и сила ветра.


Ветер – это движение воздуха над поверхностью Земли. Ветер бывает разной силы и разной продолжительности.
Порывами ветра принято считать короткие и сильные перемещения воздуха. Сильные ветры средней продолжительности (примерно 1 минута) называются шквалами.
Направление ветра не менее важно в метеорологии. Направление ветра, обозначается стороной света, откуда он дует, причем для сокращения употребляются буквы латинского алфавита. Для измерения направления ветра служит флюгер , который устанавливается вертикально на открытом и возвышенном месте, например на башне, крыше здания или высоком столбе. На метеорологических станциях флюгер устанавливается на высоте 10-12 м над земной поверхностью. Флюгер представляет собой ось со свободно вращающимся на ней горизонтальным указателем. При этом одна половина флюгера тяжелее другой. Легкая половина флюгера, или стрелка, поворачивается туда, куда дует ветер, а тяжелая часть, или противовес, оказывается с той стороны, откуда дует ветер. Например, если стрелка показывает на юг, значит ветер дует с севера. Современные флюгеры электронные. Но даже любой флаг – это упрощенный флюгер, потому что развевается в направлении движения ветра.

Облачность и осадки.
Облачность – это количество облаков на небе. Закрывая солнце, облака уменьшают свет, попадающий на поверхность земного шара. Таким образом, меняется погода.
Существуют разные виды облаков: кучевые, слоистые, перистые,кучево-дождевые, которые предвещают ту или иную погоду. Например, слоистые облака, как правило, приносят с собой моросящие дожди, а кучевые облака являются вестниками хорошей погоды.
Вода в жидком и твёрдом состоянии, выпадающая из облаков, называется атмосферными осадками. Большая часть планеты Земля покрыта водой. Вода под действием тепла испаряется, в атмосферу попадает большое количество влаги, которая в верхних слоях атмосферы охлаждается, образуя капельки воды. Облачные капли начинают сливаться в более крупные и тяжелые. Они уже не могут удерживаться в атмосфере и падают на землю в виде дождя. Иногда летом выпадают осадки в виде града. Это происходит, когда поток воздуха поднимает дождевые облака высоко в атмосферу, где дождинки превращаются в лёд. Снег – это зимний вид осадков. Осадки, выпадающие на земную поверхность не только из облаков, но и из воздуха, — это роса и иней.
На метеостанциях ведут наблюдение за всеми разновидностями осадков. Количество осадков измеряют в миллиметрах. Чтобы измерить количество осадков, используется специальный прибор – осадкомер.

Влажность воздуха.
Влажность воздуха – это содержание в воздухе водяного пара.
От влажности воздуха зависит погода, процесс испарения, количество осадков, появление тумана, росы и даже узоров на окнах. Каждый день в сводках прогноза погоды сообщают значение влажности в процентах. Это - показатель влажности воздуха. Он измеряется с помощью прибора, который называется гигрометром, на котором стрелкой указывается влажность воздуха.
Если воздух слишком влажный, то при охлаждении появится туман, роса, капельки на поверхности предметов. Значение влажности воздуха может влиять на самочувствие человека. Человеку при высокой влажности, как правило, холоднее, чем при такой же температуре, но сухом воздухе. При слишком низкой влажности воздуха человек потеет, за счет этого поверхность тела охлаждается. Но воду нужно постоянно восполнять, много пить, иначе организм может перегреться.
Повышенная влажность приводит к тому, что пары воды начинают собираться в капли и выпадают на землю в виде дождя.

Приборы, предсказывающие погоду:

Цель урока: заключается в изучении процесса создания прогноза погоды, рассмотрении роли искусственного интеллекта в метеорологии и профориентации учащихся в сфере метеорологии и информационных технологий.
Описание заданий тренажёра
Герои комикса
● Скобец, Запятыня, братья Слеши — обычные школьники, которые поехали на каникулах в лагерь.
● Илья — метеоролог, который объясняет ребятам, как устроен прогноз погоды.
● Александра — программистка, которая помогает ребятам разобраться, как работает искусственный интеллект в прогнозировании погоды.

Краткое содержание / сюжет комикса/
1. Запятыня, Скобец и братья Слеши приезжают в лагерь.


2. Но из-за того, что герои не ознакомились с прогнозом погоды, их
планы провести время под открытым небом нарушились.
3. Ребята встречают метеоролога Илью, который предлагает
разобраться с тем, как делают прогноз погоды, и приглашает героев
на метеостанцию.
4. На метеостанции Илья рассказывает ребятам о погодных параметрах
и о том, какими приборами их измеряют, а затем предлагает
самостоятельно записать показания приборов. Начинается задание
«Сбор метеорологических параметров с метеоприборов».
5. Метеоролог рассказывает о корректных источниках данных, которые
используются для расчёта прогноза погоды. Он предлагает отличить
профессиональные источники от других из предложенного списка.
Начинается задание «Профессиональные приборы в метеорологии».
6. После этого герои ведут диалог о важности отсева некорректных
данных, полученных из источников. Метеоролог предлагает им
рассмотреть перечень данных и выбрать корректные. Начинается
задание «Анализ и сортировка метеорологических параметров»

7. Герои узнают о том, что влияет на точность прогноза и скорость его вычисления. Они также знакомятся с понятием «метеорологическая модель». На примере симуляции прогноза метеоролог предлагает героям провести эксперимент по настройке модели. Начинается задание «Настройка метеорологической модели».
8. Герои знакомятся с новым персонажем — программисткой Александрой, которая рассказывает о роли искусственного интеллекта в создании прогноза погоды. Она предлагает героям
попробовать себя в роли искусственного интеллекта, пройдя путь по анализу закономерностей. Начинается задание «Искусственный интеллект в метеорологии».
9. В конце тренажёра герои принимают участие в мероприятии, посвящённом науке, и создают презентацию, содержащую этапы, необходимые для получения прогноза погоды. Начинается задание «Обобщение пройденного материала».
10. Герои делают доклад о прогнозе погоды и искусственном интеллекте. Героев и ученика, проходившего тренажёр, вознаграждают сертификатом

Ученик к концу урока:
● знает:
○ что входит в понятие «погода», как и с помощью чего производят наблюдения за ней;
○ какие данные используются для краткосрочного и среднесрочного прогноза;
○ принцип работы ИИ и его значение для точности прогноза погоды;
○ общий принцип получения прогноза погоды.
● понимает, что:
○ на точность и длительность прогноза влияет количество анализируемых данных;
○ для обработки больших объёмов данных нужны специальные центры;
○ для прогнозирования используются только профессиональные источники данных, получаемых по строгим стандартам;
○ полученные из этих источников данные требуют предварительной проверки.
● умеет:
○ различать метеорологические параметры:
❖ температуру воздуха;
❖ атмосферное давление;
❖ относительную влажность воздуха;
❖ скорость и направление ветра;
❖ количество осадков за определённый период;
❖ уровень облачности.
○ ориентироваться в простейших метеорологических измерительных приборах;
○ выявлять зависимость скорости создания прогноза от требуемой точности;
○ находить закономерности в наборе данных.

Тема: Технологии, которые предсказывают погоду
Цель урока:
сформировать знания о погоде, причинах ее изменения и прогнозе; познакомить с синоптическими картами; сформировать понятие «климат»; сформировать знания о климате и его влиянии на жизнь человека.
Задачи: Формирование знаний о погоде , её типах и причинах влияющих на её изменение. Знакомство с метеорологическими приборами, условными обозначениями.
Формирование умения анализировать синоптические карты, составлять прогноз погоды
Развитие умений анализировать, делать выводы, работать в группах.
Развитие критического, логического и творческого мышления.
Воспитание любви и бережного отношения к природе, позитивного настроя к различным проявлениям погоды.
Тип урока: изучение нового материала

Тема урока:
Прогноз погоды — это предположение о том, какой будет погода, на основании научных методов. Изучением погодных явлений занимаются метеорологи. Они исследуют строение и свойства атмосферы Земли, а также физические и химические процессы, происходящие в ней. Прогноз погоды позволяет планировать деятельность с учётом состояния погоды и подстраиваться под её изменения. Помимо бытового применения — брать зонт или нет, как провести выходные, — прогноз нужен в сферах деятельности, где успех напрямую зависит от погодных условий. Например, судоходство, авиаперелёты и даже запуск ракет в космос — всё это возможно только при благоприятной
погоде. Также прогноз играет значимую роль в сельском хозяйстве,
проведении спортивных соревнований и во многих других областях.

Чем долгосрочнее прогноз, тем менее точным он будет. Из-за
нестабильной атмосферы Земли требуется постоянно пересчитывать
прогноз. Любые измерения имеют погрешность, данных всегда
недостаточно, и сам метод подсчёта не может учитывать абсолютно всё.

Прогнозы можно разделить на несколько видов:
● наукастинг — от англ. nowcasting, то есть прогноз погоды на сейчас (или ближайшее время), самый краткосрочный прогноз, позволяет узнать, будут ли осадки в течение нескольких часов;
● краткосрочный прогноз — позволяет узнать, какой будет погода сроком до трёх дней;
● среднесрочный прогноз — показывает предположительную погоду на горизонте до 10 дней;
● долгосрочный прогноз — позволяет прогнозировать количество осадков и колебания температуры на срок до девяти месяцев;
● климатический прогноз — прогноз на десятилетия, позволяет оценить глобальное изменение погоды.

Проблемная ситуация:
Тысячи лет люди пробовали предсказывать погоду различными способами. Но только в XIX веке мир увидел научно обоснованные методы. От погодных условий зависят многие аспекты нашей жизни: судоходство, авиаперелёты, сельское хозяйство, полёты в космос и многое другое. Для жителей территорий, где случаются стихийные бедствия, прогноз погоды является жизненно необходимым. Сейчас прогнозом никого не удивить: у каждого в мобильном телефоне есть приложение, которое показывает, какой будет погода.
Однако за кажущейся простотой скрывается огромная работа. Современный прогноз погоды требует слаженной работы множества специалистов из разных областей. Метеорологи собирают данные и определяют методы прогнозирования, аналитики ищут в данных закономерности и ошибки, а программисты разрабатывают программное
обеспечение им в помощь. На каждом из этапов применяются определённые технологии и процессы. В уроке будут разобраны этапы создания прогноза: от получения метеорологических параметров с метеостанции до настройки
метеорологической модели и корректировки прогноза.

Мотивация:
Брать зонт или не брать? Вот в чём вопрос! Прогноз погоды — как он создаётся? Что позволяет узнать погоду на несколько дней вперёд? В уроке ученики примерят на себя роль специалистов, которые создают прогноз погоды, и узнают, как искусственный интеллект позволяет его улучшать.

Даже самые обыденные процессы могут стать интересными, стоит только к ним присмотреться. Тот же прогноз погоды при кажущейся простоте требует слаженной работы множества специалистов из разных областей. Метеорологи собирают данные и определяют методы прогнозирования, аналитики ищут в данных закономерности и ошибки, а программисты разрабатывают программное обеспечение им в помощь, в том числе и искусственный интеллект.
В уроке ученики попробуют себя в роли различных специалистов, проходя через все этапы создания прогноза погоды. Таким образом дети не только поймут, как создаётся прогноз, что такое ИИ и чем он помогает, но и получат ценные знания, которые помогут определиться с возможной профессией в будущем.

Процесс получения прогноза погоды обычно содержит следующие этапы:

Сбор информации о текущем состоянии погоды

Для прогнозирования погоды сперва необходимо получить данные о её текущем состоянии. На изменение погоды влияет множество факторов. Среди них — атмосферное давление, температура воздуха, сила ветра и т. п. Каждый из этих параметров можно измерить одним из метеорологических приборов. Например, давление измеряется барометром, температура — различными термометрами, силу ветра позволяет определить анемометр. Для получения информации о текущем состоянии погоды используются различные источники данных. Самые популярные из них:
● метеостанции — на них собираются данные о температуре, атмосферном давлении, влажности, силе ветра и количестве осадков;
● радары — с их помощью определяют наличие облаков и осадков на огромных территориях в радиусе 250 километров, можно сказать, где идёт дождь, с точностью до двух километров;
● спутники — анализ спутниковых снимков позволяет обнаруживать облака по всему земному шару, а также определять виды этих облаков.

2. Анализ и сортировка данных, полученных с метеоприборов

После того как данные собраны, необходимо отправить их в Центр обработки данных (сокр. ЦОД). Российский ЦОД находится в городе Обнинск Калужской области.
После того как данные попадают в ЦОД, они проходят проверку на релевантность. Те данные, которые исказились при передаче либо являются ошибочными измерениями, отсеиваются и не участвуют в формировании прогноза погоды. Даже незначительные погрешности могут существенно повлиять на точность прогноза погоды.

3. Серия расчётов прогноза погоды с помощью
метеорологических моделей


После того как данные о состоянии атмосферы прошли проверку, их используют в метеорологической модели. Это система математических уравнений, благодаря которой мы и получаем прогноз погоды. Решение этих уравнений происходит на суперкомпьютерах. Важно учитывать, что существует несколько метеорологических моделей и каждая показывает себя лучше с одной стороны и хуже с другой.
К примеру, в 2012 году только одна метеорологическая модель из всех смогла спрогнозировать появление урагана «Сэнди» в Северной Америке за неделю до того, как он обрушился на Восточное побережье и острова. Остальные метеорологические модели прогнозировали, что циклон не доберётся до суши. Однако есть случаи, когда и эта модель ошибалась.
Поэтому выделить одну, самую точную модель невозможно.

4. Корректировка прогноза погоды



После того как сформирован первичный прогноз погоды, его необходимо скорректировать. До сих пор ни одна модель не смогла достигнуть стопроцентной точности прогноза, так как атмосфера хаотична. Порой на погоду в отдельной местности влияет много нестандартных факторов (например, наличие промышленных объектов, гор, крупных водоёмов), которые при стандартном подходе прогноз учесть не может. Полученный прогноз необходимо сопоставить с архивными данными, чтобы произвести корректировку. В современных прогнозах используется искусственный интеллект (сокр. ИИ). Искусственным интеллектом называется специальная программа, которая способна не просто работать по заранее заданному
алгоритму, а может обучаться, чтобы решать поставленные задачи самостоятельно. ИИ помогает в корректировке прогноза. Он учится и учитывает огромное количество данных, в том числе исторических, а также умеет находить закономерности в ошибках прогнозов различных метеорологических моделей. Это позволяет определять оптимальную их комбинацию и добиваться максимально точного прогноза погоды. А с помощью суперкомпьютеров искусственный интеллект способен формировать прогноз погоды на больших территориях быстрее, чем метеоролог вручную. Также ИИ лежит в основе технологии краткосрочного прогноза осадков (наукастинг). По снимкам со спутников он умеет определять, где сейчас идёт дождь и где он появится в ближайшие несколько часов.

Закрепления материала видеолекции :


● Почему погода постоянно меняется?
● Зачем люди делают прогнозы погоды и где их используют?
● Какие виды прогноза погоды существуют?
● Почему прогноз не бывает идеальным?
● Какие этапы создания прогноза погоды вы запомнили?
● Как искусственный интеллект помогает в создании прогноза погоды?

VI. Мозговой штурм.

-
Ребята, мы с вами уже многое узнали о погоде и о метеорологии. А кто такие синоптики? (Ответы детей) Синоптики – это люди, которые составляют прогноз погоды по изученным данным. Синоптики предсказывают погоду на несколько дней вперед. Мы называем это прогнозом погоды. Вы наверное не раз видели прогноз погоды по телевизору.
-Нужен ли нам прогноз погоды ?
-А для чего нам надо знать погоду?? (Ответы детей)
Ребята, как вы думаете, людям каких профессий необходим прогноз погоды? Предлагаю каждой группе посовещаться и предложить как можно больше своих ответов.
- Я тоже составила список профессий. Давайте посмотрим на слайды . (Водитель-дальнобойщик, работник МЧС ,лётчик, моряк, работник сельского хозяйства, альпинист, турист,учитель).

VIII. Закрепление новых знаний.

- Ребята, наш урок подошёл к концу. Сегодня вы узнали для себя много нового. Сейчас положите перед собой «Карту о погоде». Отберите только те слова, которые относятся к теме нашего урока. Приклейте их к карте с помощью клея. Лишние слова уберите в сторону.
IX. Подведение итогов. Оценивание. Рефлексия.
Вы сегодня хорошо поработали на уроке. На уроке хочу выделить работу групп…. Спикеры за урок получают пятёрки.
Перед каждым из вас лежит конверт, в нем солнце и облако. Предлагаю вам оценить погоду на уроке. Солнечная она была или пасмурная. Прикрепите к доске солнышко или облако. Сегодня у нас получилась солнечная погода на уроке. Я хочу чтоб у нас было побольше солнечных занятий.
- Всем спасибо за урок.

Приложение 3. Ответы к заданиям тренажёра
Ответы к заданию 1. «Сбор метеорологических параметров с
метеоприборов» (для всех классов)
Учащимся необходимо нажать на следующие показания приборов:
● Анемометр — 1,5 м/с
● Барометр — 995 гПа
● Гигрометр — 92%
● Осадкомер — 14 мм
● Термометр — 15 °С
Ответы к заданию 2. «Профессиональные приборы в метеорологии»
(для всех классов)
Правильные источники метеорологических параметров:
● Спутники
● Метеостанции
● Метеорадары
● Метеозонды

Ответы к заданию 3. «Анализ и сортировка метеорологических
параметров» (1–4-е классы)
Правильные метеорологические параметры:

● Температура воздуха
● Влажность воздуха
● Скорость и направление ветра
● Количество осадков за последние 12 часов
Остальные нужно поместить в корзину.
(5–8-е классы)
Правильные метеорологические параметры:
● Температура воздуха
● Атмосферное давление в разных точках страны
● Влажность воздуха
● Скорость и направление ветра
● Количество осадков за последние 12 часов
● Уровень облачности
Остальные нужно поместить в корзину.

(9–11-е классы)
Правильные метеорологические параметры:
● Температура воздуха
● Атмосферное давление в разных точках страны
● Влажность воздуха
● Скорость и направление ветра
● Количество осадков за последние 12 часов
● Уровень облачности
● Интенсивность солнечного света (солнечная радиация)
Остальные нужно поместить в корзину.
Ответы к заданию 4. «Настройка метеорологической модели» (1–4-е классы)
В задании не предусмотрен выбор ответа. (5–8-е классы)
Верное утверждение:
«Чем меньше параметров и крупнее сетка, тем менее точным будет
прогноз, но и рассчитываться он будет быстрее».
(9–11-е классы)
Верные утверждения:
● «Чем выше детализация, тем прогноз точнее, но увеличивается
время на его расчёт».
● «Меньшая детализация позволяет производить меньше
расчётов, что ускоряет прогнозирование, но при этом
уменьшает точность прогноза».

Ответы к заданию 5. «Искусственный интеллект в метеорологии» (1–4-е классы)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в дни с сильным ветром».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности. (5–8-е классы)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в дни с сильным ветром».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности. (9–11-е классы)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в солнечные ветреные дни или в дождливые дни со слабым ветром».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности.

Ответы к заданию 6. «Обобщение пройденного материала» (для всех классов)
Этапы должны быть выстроены в следующем порядке:
1. Сбор данных из профессиональных источников
2. Передача данных в ЦОД
3. Сортировка данных, выявление некорректных показаний

4. Расчёт прогноза погоды с помощью суперкомпьютера
5. Корректировка прогноза погоды с помощью ИИ
Ответы к бонусному заданию
(Для 1 задания)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в дни с восточным ветром».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности.
(Для 2 задания)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в дни с южным или западным ветром».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности.
(Для 3 задания)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в дождливые дни или дни с западным ветром».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности.
(Для 4 задания)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в солнечные дни с южным или восточным ветром или в дождливые дни с северным ветром».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности.
(Для 5 задания)
Верная закономерность: «Прогноз температуры ошибается в солнечные дни с южным ветром и прогнозом тёплой погоды или в любые дождливые дни».
Ученикам нужно выделять дни, отвечающие этой закономерности.