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第1.1课《物联网原理和数据采集—从互联网到物联网》教学设计
课题 物联网原理和数据采集—从互联网到物联网 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能够学习物联网定义、来源及其应用，以及了解物联网在现代社会的发展起源，学会应用物联网的应用以促进生活的便利。计算思维：能将物联网原理和数据采集融会贯通，从互联网到物联网的变化发展中认识它带给社会的便利。数字化学习与创新：在通过学习了物联网的定义、来源及其应用后，挖掘生活中能够通过物联网的应用进行改革创新的事物并加以融合发展。信息社会责任：在了解了物联网的应用后，结合社会中的问题与之发展推进，加快推动物联网信息技术社会的发展。
教学重点 认识物联网的定义、来源和它的应用。
教学难点 掌握物联网的应用便利进而推进社会发展。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第3.1课 《物联网创新和智能生活—走进智能生活》板书课题。1.本单元你将学习：物联网及物联网的工作原理是什么什么是物联网的智能终端如何给智能终端编写程序如何利用传感器采集真实世界的信息2.在2005年信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布的报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将到来。在物联网技术的支持下，打开手机即可感知万物的状态，做个手势灯光亮起，说句话大门打开，这些以前只出现在科幻片中的场景如今都成为现实。不知不觉之间，每个人仿佛都拥有了驾驭万物的能力，人类社会正在发生着巨大的变化。3.你知道我们一直在接触物联网应用吗？它们给我们的生活、学习都带来了哪些影响？请将所了解的信息填在下表中。日常生活中的物联网应用应用名称主要影响智能家居通过智能设备（如智能灯泡、恒温器、安防摄像头等）实现家庭自动化，提高生活便利性和安全性。健康监测可穿戴设备（如智能手表、健康追踪器）实时监测健康数据，帮助用户管理健康状况。智能交通物联网技术在交通管理中应用，提升交通效率，减少拥堵，改善出行体验。4.你知道吗？1我国物联网技术在某些领域处于世界领先地位。2021年11月24日17时16分，贵州省贵阳市修文县发生了4.6级地震，震中位于北纬26.87度、东经106.68度，震源深度10千米。与以往不同的是，震感来临前，一些位于震中的手机、电视机自动弹出了“地震预警”信息，一些小区楼顶的“大喇叭”也自动发出了“地震预警”广播。虽然只有几十秒，但这种全自动的秒级响应却为人们赢得了宝贵的逃生时间有效减少了人员伤亡和财产损失。5.本课中你将学习：什么是物联网，物联网的起源是怎样的物联网技术应用包括哪些关键环节物联网的应用有哪些6.许许多多的计算机连在一起，就形成了互联网。互联网将世界连接在一起，让世界变成了“地球村”。随着科技的发展，人们不再满足只是将计算机连在一起，而更希望将世间万物连在一起，实现与万物的交流对话，于是便出现了“物联网”的概念。7.播放视频 学习单元导入。学习新知引入观看教学视频。 初步认识本单元的内容结构。初步明确本课所有知识点。将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：板书课题。一、物联网的定义与起源我国很多城市已经普及了公共自行车服务。人们出行很少骑自己购买的自行车，通常是用手机扫码的方式临时“租赁”。到达目的地后，人们会将自行车停放在规定区域内，为车上锁后手机会提示用户付费，这样就完成了一次租车出行的“交易”。这种用于临时租赁的自行车，叫作共享单车，如图1.1.1所示。与共享单车类似的公共服务还有不少，比如共享充电宝，如图1.1.2所示。出门在外人们经常会遇到手机需要应急充电的情况，公共场所一般都会提供临时租赁充电宝的服务：用手机扫码取走充电宝，归还后会提示用户付费。在这类服务中，通过手机获取周边自行车、充电宝的锁定状态，以及通过指令开锁等动作，都是借助互联网来完成的。将互联网的触角继续延伸，从计算机延伸到自行车、充电宝之类的物品，就进入了物联网的世界。 1.物联网的定义物联网(物联网，LOT)，是一种利用各种传感和控制设备根据约定标准或开放协议将各类事物与互联网连接，实现信息传递与交流的网络。简单地说，物联网可以理解为“物物相连的互联网”，其目标是让万物沟通对话。如图1.1.3所示，灯泡、门锁、自行车等生活中常见的物品都是物联网的终端设备。这些终端设备借助物联网，可以实现相互通信。 2.物联网的起源物联网的起源可以追溯到1991年的“特洛伊咖啡壶”事件。为了能实时了解咖啡壶的工作状态，剑桥大学特洛伊计算机实验室的工程师在咖啡壶旁边安装了一个摄像头，并编写程序将摄像头捕捉到的画面传递到实验室的计算机上，如图1.1.4所示。1993年，这套简单的“咖啡壶观测系统“经过更新，以1帧/秒的速率发布到互联网上。没想到的是，仅仅为了看看“咖啡煮好了没有“，全世界互联网用户蜂拥而至，200多万人点击过这个名噪一时的“咖啡壶”网站，这一网站也成为历史上第一个直播网站。1999年，美国麻省理工学院自动识别中心首次提出“万物皆可通过网络互联“，阐明了物联网的基本含义。2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，该报告扩展了物联网的定义和范围。报告指出，无所不在的物联网通信时代即将来临，世界上所有的物品（从轮胎到牙刷，从房屋到纸张）都可以通过互联网主动进行数据交换。物联网概念的广泛传播则到了2008年以后。为了促进科技发展并寻找新的经济增长点，各国政府将物联网纳入下一代技术规划。2009年8月“感知中国”的概念提出，之后，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一。你知道吗？（1）卡内基梅隆大学的自动可乐贩卖机关于物联网的起源，还有一种说法是和卡内基梅隆大学计算机系的一台自动可乐贩卖机有关。这台可乐贩卖机的生意特别好，但人们需要下楼才能知道可乐贩卖机的状态。1982年，几个程序员聚在一起解决了这个问题。他们在贩卖机上安装了微动开关，连接到学校的一台服务器上，通过编写程序来接收微动开关的状态，并开放了状态查询功能。这样，人们在自己的计算机上就可以查看可乐贩卖机中现有可乐的情况，比如数量以及冷热（通过装入贩卖机的时间来估算）。也许是因为这台可乐贩卖机的特殊仅限性，它被命名为Only（唯一）。（2）比尔·盖茨（Bill Gates）对物联网的预测1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就提到了“物联网”的构想，指出“互联网仅仅实现了计算机的联网，而没有实现万事万物的互联“，并认为”在不远的未来，没有智能家居系统的住宅就像今天不能上网的住宅一样不合潮流“。知识拓展物联网的发展历程。二、物联网背后的技术分析以现在的技术来看物联网应用的雏形“特洛伊咖啡壶”，我们或许会觉得平平无奇，因为借助网络摄像头就能实现。而网络摄像头是一个随处可以买到的计算机周边产品，按照说明书设置一下网络信息，一般人都能操作。但“特洛伊咖啡壶”的确做到了能够“感知”咖啡壶这一“物品“的状态，将网络的触角从计算机延伸到了咖啡壶，完全符合物联网的定义。其实，无论是“特洛伊咖啡壶”还是共享单车，它们都具有一些共同的特征，即通过特定的设备获取物品的状态，并通过网络传输信息，再呈现给用户。只是因为时代不同，感知的物品不同，应用的场景不同，从而导致使用的技术不同。我们把这些共同特征归纳为三个关键环节，即感知、传输和处理，如图1.1.5所示。 1.感知物联网系统一般利用传感器、射频识别（RFID）、二维码等方式对物品进行数据采集。“特洛伊咖啡壶”采用的是摄像头；而共享单车采用的是二维码和导航系统等，比如用户识别车辆时需要扫描二维码，系统感知车辆的位置时需要使用导航系统，感知车锁状态时需要使用传感器。为了得到更全面的感知数据，往往使用以组为单位的传感器，进行多维度感知，从而实时反映目标的变化情况。某物联网环境监测云终端的页面如图1.1.6所示。 2.传输物联网的信息传输，借助的是互联网技术。物联网的应用场景多样，为了方便部署，物联网终端设备往往会采用无线网络。比如，带物联网功能的电饭煲、电冰箱，一般都使用Wi-Fi技术；而在共享单车服务中，由于自行车遍布在城市的不同角落，所以只能采用移动网络技术。一般来说，复杂一些的物联网系统，都会使用服务器来存储数据。但物联网系统感知的数据往往是“大量、动态实时“的，因此对服务器的性能和带宽都有较高的要求。 3. 处理对于传输到服务器的数据，还要进行分析处理才能使用。物联网系统的数据处理是非常复杂的，涉及很多方面的技术，如云计算服务、大数据技术、人工智能等。数据处理后系统会根据用户需求呈现结果或给出决策，比如查看用户周边是否有自行车，根据骑行的时间计算车费等。如图1.1.7所示的是某共享单车小程序的界面，蓝色带自行车的小图标表示周边自行车的位置。探索：请在网络上搜寻有关云雀气象仪的使用视频，认真观看气象仪是如何采集数据的？采集了哪些数据？又是如何处理的呢？请小组交流讨论。气象仪是如何采集数据的？采集了哪些数据？又是如何处理的呢？1.气象仪通过温度传感器、湿度传感器、大气压力传感器、风速风向仪和降水量传感器和仪器采集气象数据。
2.气象仪采集的数据类型包括温度、湿度、大气压力、风速、风向、降水量等基本气象要素。
3.气象仪的数据处理过程：数据清洗：采集到的数据可能存在噪声、异常值或缺失值。数据清洗的过程就是去除这些无效数据。数据转换：将清洗后的数据进行格式转换，使其符合后续分析的要求。数据分析：运用统计分析、机器学习、时间序列分析等技术对数据进行深入分析。可视化展现：将分析结果通过图表、曲线、动画等形式进行可视化展示，以便用户更直观地理解数据背后的信息。知识拓展：物联网的工作原理？三、物联网的应用物联网的发展速度超出了很多人的想象。在物联网概念提出后的短短十几年里，物联网便已经在各行各业得到了广泛应用，在生活中随处可见。从本质来看，物联网是在互联网的基础上增加了对“物”的感知。原来静止的“物”一旦可以被感知，似乎就拥有了“生命”，因而很多结合了物联网应用的信息系统都会加上“智慧”“智能”等词语，如智慧停车场、智慧农场、智能家居等。目前物联网技术的应用涉及交通、物流、安防、能源、建筑、家居和农业等领域。表1.1.1对物联网技术主要应用的领域进行了说明。表1.1.1 物联网的主要应用领域应用领域应用说明典型应用交通体现为人、车、路的紧密结合，使交通环境得到改善，交通安全更有保障，资源利用率在一定程度上也得到了提高智能公交车、共享单车车联网、智慧充电桩、智能红绿灯、智慧停车场等物流可以监测货物的温湿度和运输车辆的位置状态、油耗、速度等，提高了物流行业的运输效率和智能化水平，如图1.1.8所示智慧仓储、运输监测、智能快递柜等安防传统的安防依赖人力，而智能安防可以利用设备，减少对人员的依赖智能门禁、网络监控等能源将水能、电能、燃气以及路灯、井盖、垃圾桶这类环保装置联网，可以提高利用率减少损耗智慧井盖、智能水表、智能电表等建筑体现在节能和管理方面，可以节约能源同时减少运维的人员成本智慧照明、消防监测、智慧电梯、楼宇监测等家居监测家居产品的位置、状态，并远程控制，结合应用场景，实现个性化服务，如图1.1.9所示智能锁、智能音箱、扫地机器人、智慧空调等农业利用传感器、摄像头、卫星来促进农业种植和机械装备的数字化联系，准确感知周围环境的温度和湿度情况，实现智能灌溉等智慧农业种植、现代畜牧养殖知识拓展：物联网的好处。挑战：表 1.1.2 物联网应用设想物联网应用名称智能医疗手环服务领域医疗领域实现功能实时健康监测、疾病预警、远程医疗诊断、药品管理、医疗设备管理工作流程感知环节：采用高精度的生命体征传感器，使用可穿戴设备可以通过与皮肤接触或佩戴在身体特定部位，持续采集生命体征数据。采用数据校验和滤波算法，去除噪声和异常数据。同时，对传感器进行定期校准和维护，确保其性能稳定。传输环节：可以选择低功耗广域网（LPWAN）技术，确保数据能够远距离传输且功耗较低。同时采用先进的加密技术，对传输中的数据进行加密处理，建立安全的通信协议，确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。最后采用冗余传输和数据备份技术，确保数据在传输过程中不会丢失。处理环节：将采集到的医疗数据存储在安全可靠的云服务器或本地数据库中。采用分布式存储技术，确保数据的高可用性和可扩展性。同时，对数据进行分类存储，方便查询和分析。利用大数据分析和机器学习算法，对医疗数据进行深入分析。同时，还可以对医疗设备的运行数据进行分析，优化设备的使用和维护策略。四、拓展延伸1.视频拓展。2.物联网可以分为哪些部分呢？3.物联网与互联网的对比。4.物联网产生后的影响？ 认识物联网的定义与起源。进行阅读活动。进行知识拓展。学习物联网背后的技术分析。进行探索。学习知识拓展。学习物联网的应用。进行知识拓展。完成课堂练习。学习课外知识拓展。 初步认识物联网的定义与起源，了解物联网的基本知识，为本课研究打下基础，并锻炼学生的学习能力。拓展学生对物联网起源故事的了解，增强课堂乐趣，吸引学生注意力。加深学生对物联网发展历程的兴趣了解。带领学生在了解了基础知识后进一步的分析其本质技术。带领学生对云雀气象仪的工作原理进行探究。拓宽学生知识体系。引导学生在学习物联网的应用后能够独立思考物联网的应用对生活的好处，并结合实际生活，让理论知识更加生动、易懂。在学习了物联网的应用后继续拓宽学生的知识面。考查学生的学以致用能力，知识转化和落地能力，在课堂练习考察中进行查漏补缺。拓宽学生知识面。
课堂小结 物联网原理和数据采集--从互联网到物联网1、引入新知内容2、物联网的定义与来源3、物联网背后的技术4、物联网背后的技术5、进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 学完本节课，请用自己的语言简述一下你对物联网的认识？请同学们回到家中，对家中的智能设备进行分析，分析其是否使用了物联网的技术？ 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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