资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第2.1课《物联网特征及架构》教学设计
课题 物联网特征及架构 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能够通过日常生活中的物联网应用（如智能家居、共享单车等），直观理解万物互联的特征和"感知-传输-处理"的架构逻辑。计算思维：能够运用分层思维分析简单物联网系统的工作流程，并发挥创意设计贴近生活的物联网解决方案。数字化学习与创新：能够结合物联网三层架构特征，创造性地设想简单物联网设备的应用场景，并理解云计算和大数据在其中的支撑作用。信息社会责任：认识到物联网设备可能带来的隐私泄露和网络安全风险，形成在使用物联网技术时保护个人信息和遵守网络道德的基本意识。
教学重点 通过生动的生活实例帮助学生建立对物联网特征和架构的基本认识，掌握"感知-传输-处理"的核心逻辑。
教学难点 通过提供设计框架和展示典型案例，帮助学生将创意与现实技术结合，设计出可行的物联网解决方案。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 单元导入：物联网的原理物联网通过其独特的体系结构和工作原理，成功实现物理世界与数字世界的衔接，为我们的学习和生活带来了极大的便利。那么，物联网是如何进行设计与架构的呢 它是如何采集数据，又是如何将采集的数据发送到物联网平台的呢 下面让我们一起学习物联网的基本原理。第2.1课 物联网特征及架构学习目标：了解日常生活中的物联网应用，认识物联网的基础特征。了解物联网数据的流向，理解物联网划分三层结构的意义。了解物联网三层结构的硬件基础、技术手段和实现效果。随着科技的发展，智慧农业已成为物联网应用的一个重要场景(图2-1-1)。物联网设备实时收集到的农业生产环境的数据，如土壤湿度、土壤温度、光照强度等，通过无线网络传输到云端服务器，经过分析处理后，可以为农民提供决策支持。 观看视频。 单元导入。课程新知导入。 帮助学生初步理解本课研究内容。
讲授新课 新知讲解：一、案例分析一物联网温室大棚是智慧农业中较为常见的一种(图2-1-2)。农户可以通过手机或电脑等终端远程监控和管理农业生产活动，例如：当大棚内温度传感器检测到的温度数据超过设定的温度值时，农户可通过移动终端远程控制大棚内的换气风扇工作，以降低大棚内的温度；当大棚内光传感器检测到的环境光线值较低时，农户通过控制电机调整侧窗补光，及时增加大棚内的光照强度。 当然，还可以依据温室大棚内的数据建立数据模型，设计程序实现自动调节温室大棚内的环境和控制灌溉、施肥等，从而为农作物提供优良的生长环境。讨论物联网温室大棚是如何获取温室大棚环境数据的？它是通过什么手段实现数据传输和数据加工处理的？请以小组为单位展开讨论，并填写表2-1-1。环节设备作用采集数据光照传感器检测温室内的光照强度，辅助调节遮阳或补光设备。传输数据网关设备汇总多个传感器的数据，并通过Wi-Fi/4G/5G上传至数据中心。处理数据云平台存储和分析数据，提供可视化报表和异常预警。从上述案例，我们可以总结出物联网具有“全面感知”“可靠传输”“智能处理”三大特征(图 2-1-3)。小贴士物联网温室大棚通过温湿度、光照、土壤等传感器实时采集环境数据，利用LoRa、NB-IoT等无线通信技术将数据传输至云端或本地服务器，再通过云计算和边缘计算技术对数据进行存储、分析和处理，最终实现环境智能调控（如自动灌溉、通风）和远程监控，形成"感知-传输-决策"的闭环管理系统。全面感知：利用射频识别(RFID)、传感器、二维码等手段随时随地对物体进行信息采集和获取，能够全面、准确、实时地感知物体的真实信息。可靠传输：通过 Wi-Fi、蓝牙等短距离无线网络技术与5C、窄带物联网(NB-oT)等移动通信技术，将全面感知到的信息进行实时、高效、安全地传输，实现信息共享和有效利用。智能处理：利用云计算、人工智能等技术，对实时接收到的海量数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会活动变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。二、阅读RFID技术：一种通过射频信号实现无接触信息传递的技术，可利用无线射频方式对电子标签等进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。传感网技术：由大量部署在监测区域的传感器节点构成的网络系统，可以实时检测和感知多种信息，并对这些信息处理后进行网络发送。物联网正是基于此来感知外部世界的。M2M技术：增强机器设备通信和网络能力的技术总称，是多种不同类型通信技术的有机结合，实现了人与人、人与机器以及机器与机器之间的通信。该技术使得机器设备在运行过程中能与后台控制系统、操作系统共享信息，从而实现远程控制、智能管理等功能。云计算技术：网格计算、并行计算、网络存储等计算机技术和网络技术融合发展的产物该技术将多个成本较低的计算机实体整合为一个具有强大计算能力的系统，可对物联网产生的大量数据进行处理分析，以提供决策并确定执行方案。马上行动物联网的形成与发展得益于一次次技术革命，请你查阅相关资料，将表2-1-2补充完整。技术应用RFID技术智能仓储管理：通过电子标签自动识别货物，实现库存精准管理。传感网技术环境监测：部署温湿度、光照等传感器网络，实时采集温室数据。M2M技术能源管理：监控设备能耗并优化运行策略，降低电力消耗。云计算技术大数据分析：存储和处理海量环境数据，生成作物生长模型。综合来看，物联网系统的主要工作流程包括感知数据、传输数据和处理数据。相应地物联网的体系结构可以划分为三个主要层次，即感知层、网络层和应用层(图2-1-4)。这三个层次相互关联、相互促进，共同构成了物联网从数据采集到信息处理的完整流程。思考：结合之前的物联网温室大棚的案例，你能根据其物联网系统的工作流程绘制出相关的数据流向图吗？与上述提及的三个层次是否--对应？物联网温室大棚的数据流向分为三层：感知层（传感器采集温湿度/光照等数据）、传输层（通过LoRa/NB-IoT无线传输至云端）、应用层（云计算分析后控制灌溉/通风）。这三层完全对应物联网的感知、传输、处理架构，形成“采集-传输-控制”的闭环系统。三、案例分析二随着智能设备的普及，车辆也被赋予更多的智能属性，给消费者带来更加舒适、更加智能化的体验。车联网技术应用包括车辆安全与控制、信息服务、智能交通等方面。汽车加持车联网技术，不仅可以通过摄像头、雷达等实现红灯预警、行人预警，还可以让汽车做到自动驾驶。基于人工智能技术的车载电脑收集来自车载传感器、路边基础设施单元和其他车辆的数据，帮助汽车识别周边环境，从而能够应对突发情况，使车辆导航系统实时协调周围环境并执行复杂路径规划(图2-1-5)马上行动分析车联网中三层结构的硬件基础、技术手段及实现效果，完成表2-1-3。层次硬件基础技术手段实现效果感知层车载传感器、GPS、车载诊断系统计算机视觉、RFID、环境感知技术实时采集车辆位置、速度、周边环境数据，实现障碍物检测和交通信号识别。网络层车载通信模块、路边单元、卫星V2X（车联网通信）、DSRC、蜂窝网络实现车与车（V2V）、车与基础设施（V2I）的数据交互，保障低延迟、高可靠性通信。应用层车载电脑、云端服务器、用户终端云计算、AI算法、大数据分析提供自动驾驶决策、路径规划、紧急预警及个性化信息服务（如导航、娱乐）。小贴士车联网通过车载传感器（雷达、摄像头等）实时采集车辆状态和道路环境数据，借助5G/V2X通信技术实现车与车、车与基础设施的高效交互，并依托云端AI和大数据分析进行实时决策，最终实现自动驾驶、智能导航、碰撞预警等功能，形成"感知-通信-决策"的闭环智能交通系统。四、课堂练习完成课件22—23页的课堂练习题。五、拓展延伸1、物联网的“万物互联”物联网就像一张无形的智能大网，把生活中的各种物品都连接起来。比如智能手环能监测健康数据，家里的空调可以远程控制，农田里的传感器能自动调节灌溉。这些设备通过传感器感知环境，借助无线网络传输数据，再通过云端智能分析做出决策。物联网正在改变我们的生活，让城市更聪明，家居更便捷，农业更高效。但同时也需要注意网络安全，保护个人隐私。试着用手机控制智能设备，你就能亲身体验物联网的神奇！2、物联网的三大关键技术物联网的三大关键技术构成了它的"智慧系统"：传感器就像设备的感官，能精确感知温度、湿度、运动等数据；无线网络是信息高速公路，通过Wi-Fi、5G等技术实现设备间的即时通讯；云计算则像超级大脑，不仅能存储海量数据，还能通过人工智能进行分析决策，让设备真正"聪明"起来。 3、物联网的未来应用未来物联网的应用会让生活更酷炫：路灯能根据天色自动开关，超市购物不用排队就能自动结账，医生甚至能通过智能设备远程为病人看病。在农业领域，传感器能精确判断农作物需要多少水和肥料，让种植更科学高效。 4、物联网安全性不过物联网也带来一些需要思考的安全问题：家里的智能摄像头可能会被黑客入侵，健康手环的数据可能被滥用。就像我们锁好家门一样，物联网设备也需要设置密码、定期更新软件，保护隐私安全。科技越发达，我们越要学会正确使用它。 分析案例一，初步进入课堂内容的学习。完成案例讨论。学习小贴士。完成阅读。马上行动起来。进行思考。完成案例分析二。马上行动起来。学习小贴士。完成课堂练习。进行知识拓展。 结合案例引入所学知识点，帮助学生初步了解物联网大棚的工作控制流程。小组讨论，提高学生交流表达能力，加深对知识的印象。了解物联网大棚的三层管理系统，拓展对本次课程的认识。了解物联网的四大技术，记忆加深学习效果，拓展对物联网的了解。引导学生完成表格，认识到物联网的数据采集到信息处理的完整流程。引导学生进行思考，理解物联网大棚的数据流向和三个层次的对应关系。引导学生加深对车联网的认识，分析车联网背后的原理，加深对知识的掌握。引导学生完成表格，分析车联网三层架构的相关内容。了解车联网技术的运用，拓展视野。考察学生对本课知识内容的理解和掌握。拓宽学生所学知识。
课堂小结 物联网特征及架构1.引入新知内容2.了解物联网温室大棚3.了解物联网主要技术4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 如果让你发明一个物联网小设备，你希望它有什么功能？ 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）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑