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第2.5课《认识物联网之“网“》教学设计
课题 认识物联网之“网“ 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级
计算思维：分析物联网之“网” “采集 - 传输 - 处理” 的流程时，提炼关键逻辑，培育技术解实际问题的思维。
信息社会责任：意识到物联网之”网”可能收集个人隐私，恪守信息伦理，不滥用技术窥探他人隐私，同时关注物联网之“网”的安全。
教学重点 认识物联网的网络是什么并学习物联网网络的作用和技术。
教学难点 认识物联网的网络系统。
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2.5课 认识物联网之“网“1、观看视频2、问题情境智能电表给我们的生活带来了便利，大家可能会好奇，智能电表是如何实现远程抄表并支持用户通过手机应用软件查看用电情况的呢 物联网之 “网”在其中起到什么作用呢 物联网系统通过网络将多个设备连接起来，使设备之间能够进行信息交流。物联网系统对信息的传输和管理，为智慧生活和智慧生产提供了创新和发展的基础。 学习本单元及本课学习目。 帮助学生学习更有目标性。
物联网是在互联网的基础上，将连接的对象延伸到物品的互联网。网络为物联网设备提供了信息传递的渠道。如图2-19所示。
家中的智能空气质量检测仪、智能空调和智能空气净化器可以通过特定的网络相互连接，如图2-20所示。
三者之间可以交换温度、空气质量等信息， 并根据处理器的判断驱动执行器执行启动/停止动作。
（详细内容见教材p40页）
智能电表通过局域网网关接入互联网，与供电公司抄表所用的服务器建立连接，电表数据便通过网络传输至抄表所用的服务器统一存储。
无论用户身处何地，只要能够接入互联网，便可以连接到供电公司的服务器，登录服务平台后便可查询自己家的电表数据和进行缴费。如图2-21所示。
（详细内容见教材p40页）
（出示图片） 小知识 物联网网络的分类按覆盖范围分短距离网络：覆盖范围小（通常在几十米到几百米内），像蓝牙，能让智能手表和手机连接；ZigBee 可用于智能家居里的设备互联。广域网络：覆盖范围大，可实现跨区域甚至全球范围的连接。例如 NB - IoT，5G 网络等。按通信方式分有线网络：通过物理线缆传输数据，稳定性高。无线网络：无需物理线缆，灵活性强。LoRa，它功耗低、传输距离远，可用于农业中监测农田的土壤湿度、温度等数据，且能长时间工作不用频繁更换电池。二、设备的互联方式 物联网设备联网的核心目的是使物理设备能实时感知环境或自身状态， 并通过网络传输数据，实现远程监控或智能控制，从而提升设备的自动化水平与响应效率。物联网设备多采用无线通信方式互联。物联网设备厂商在设计产品时会根据需求选择传输协议。无线传输技术标准是由厂商联盟或一 些非营利性无线电组织针对某一应用领域制定的信息传输规范，其中规定了电功率、频段、数据编码规则、传输速率等技术参数。 （详细内容见教材p41页）1、设备应用场景：物联网设备类型多样（如智能空调、共享单车等），不同场景适配不同组网方式。2、组网技术：依设备网络需求制定协议与标准，形成多种组网方案，需按需选择（如传图像需大带宽，工业监测需远距、高稳定性）。3、数据安全：物联网数据易被窃取导致泄露（如智能家居暴露用户隐私），设计系统时需重视网络安全。（详细内容见教材p41页）试一试试着分析“智能家居”和“智能电表自动抄表”两个案例，考虑功能、应用场景等因素，结合各种组网技术的特点，给出适合这两个案例的组网方案。一、智能家居1、功能：需满足设备联动、实时数据交互、远程操控及多媒体传输，支持设备灵活增减。2、环境：应用于室内复杂环境，设备分布广，对网络稳定性、低延迟和安全性要求高。 3、适配方案：Wi-Fi + ZigBee 混合组网 组网架构：以 Wi-Fi 6 路由器为核心网关，搭配 Mesh 子路由解决覆盖问题；通过云平台联动，支持手机 APP 管控。二、智能电表自动抄表1、功能：自动采数、定时上报，部分支持远程控电，需高准确性、大规模接入，严控功耗与运维成本。2、环境：环境多样，部分区域信号弱，需 24 小时稳定运行。3、适配方案：NB-IoT 为主，LoRa 补充 。组网架构：工作人员通过平台查数、监测、控电；弱信号区用 LoRa 网关转接，保障全覆盖。三、物联网中服务区的作用物联网系统中通常存在以下两种数据服务：(1)数据传输。通常，传感器采集到的环境感知数据、用户交互数据 (控制指令)等是物联网中需要传输的数据，服务器可将这些数据向其他指定 地点转发，起到类似中转站的作用。(2)数据处理和存储。数据处理包含数据的格式转换、数据的运算、数 据的深入分析等。数据存储通常是指把数据保存到服务器的数据库中。此外，服务器还负责用户认证、指令响应等工作。为物联网系统提供数据传输、处理和存储服务的服务器，因物联网应用不同而有不同形式的外观和技术特点。物联网系统所采用的组网方式不同，数据的传输方式也会有区别，一般可分为同步传输和异步传输。（详细内容见教材p42页） 图2-22展示了智能电表物联网系统中，用户查询近期用电情况时，用户终端、服务器和智能电表的“交流”过程。 服务器的作用包括：发送控制指令与用电数据、存储并查询分析用电数据、响应用户指令，同时负责验证与手机终端通信的用户身份。
（详细内容见教材p43页） （出示图片） 小知识 物联网服务器的类型1、边缘服务器：部署在物联网设备附近，就地预处理数据，减少向云端传输的带宽消耗与时延。2、云端服务器：部署在云计算中心，凭借强大存储和计算能力，对大量设备汇总数据做深度分析、长期存储。3、专用服务器：为特定物联网应用定制，满足特殊需求，例如智能电表系统的服务器。想一想提示：智能电表受数据处理能力的限制，不能像服务器那样为用户提 供详尽的数据分析、存储服务；其用户验证能力有限；没有了服务器配合的点对点加密通信机制，智能电表暴露在网络中容易受到攻击。同样地，包括智能插座和智能温湿度计在内的智能家居设备，多数都是通过加密协议与厂商的服务器互联，经服务器中转，进一步与用户终端互联。用户能不能通过网络直接连接智能电表获取数据 用户不能直接通过网络连接智能电表获取数据。智能电表的数据采集、传输等往往需要依托电力系统专用的通信网络和平台，经过相应的协议转换、数据处理等环节，再通过特定的系统，用户才能借助相关应用或平台间接获取电表数据。(2)在前面提到的“智能插座”“智能温湿度计”两个案例中，智能设备通过网络与用户交换信息的过程中，是否有网络中的服务器参与呢 在 “智能插座” 和 “智能温湿度计” 这两个案例中，有网络中的服务器参与。服务器位置：可在“网络” 与 “智能插座内部” 之间，或者在更上层的网络架构中。信息流动路径：用户终端→“开 / 关” 指令→服务器；状态信息→网络模块、网络传输→服务器→用户终端。服务器位置：可在 “网络” 云图附近。信息流动路径：传感器采集温湿度数据，控制芯片、集成无线网络模块，通过网络传输至服务器；服务器→网络→用户终端；用户→服务器→网络→智能温湿度计。（出示图片）与家用物联网产品不同的是，工业物联网系统更加注重系统的持续、稳定、安全运行，以保障工业生产过程的安全、连续，以及操作人员的安全。 同时，工业生产环境较为复杂，电磁干扰较强，可能会对部分网络连接产生干扰，使信息传输出现错误，导致物联网系统故障。这样的应用场景对工业物联网系统的组网技术提出了较高的要求。那么,如何才能在这样复杂的环境中实现信息稳定传输呢 精准选型组网技术：优先选强抗干扰、高稳定性的工业级方案。无线可选 5G 工业专网（低时延、高可靠、支持切片）或 LoRa/Wi-Fi 6（适配不同数据传输需求）。强化抗干扰防护：用具备 EMC 认证（符合 IEC 61850 等标准）的工业级硬件；通信设备远离强干扰源。优化网络传输：通过 STP/RSTP 等协议或 mesh 组网实现链路冗余自愈；关键数据用 “重传 + 优先级调度” 保障。查一查查找资料，了解物联网系统在实际工业生产中的应用案例，以及在工业生产中已成熟应用的物联网系统组网技术。应用案例：航空制造业：中国电信天翼物联为辽宁某飞机制造企业搭建自主可控的工业数字底座，支撑核心生产智能化升级，涵盖智能设备无线装配、机器人智能物流、自动化测试远程管控等场景。成熟应用案例：5G 定制专网，天翼物联 5G 定制网管理平台已落地数十个港口、能源项目，实现网络智能监控运维，设备接入效率提升 5 倍。四、课堂练习举例说明使用物联网设备时，我们应如何履行信息社会责任？ 1、定期修改智能家居 APP 密码，防止设备被恶意控制。2、不向陌生人透露智能电表的绑定信息，保护用电隐私。五、拓展延伸生活中的物联网之”网“的应用应用领域网络需求特点典型技术/网络智能家居低功耗、短距离、易部署Wi-Fi、ZigBee、蓝牙、Mesh网络工业物联网高可靠、低延时、大连接5G、工业以太网、OPC UA智慧城市大规模设备接入、多协议融合NB-loT、LoRa、5G、视频监控网络车联网（V2X)低延时、高可靠、车辆间通信5G-V2X、DSRC农业物联网广覆盖、低功耗、环境适应LoRa、卫星通信医疗健康数据安全、实时性、远程监控5G、Wi-Fi、边缘计算物联网之“网“未来发展趋势1、6G 驱动 “空天地海一体化”：通过 “地面 5G + 卫星通信 + 无人机中继” 实现立体覆盖，如远洋船舶借低轨卫星回传数据。2、网络切片 “定制化” 深化：在 5G 基础上升级 “行业级定制切片”，为工业控制配低时延切片、智能安防配高带宽切片、智能抄表配低功耗切片。3、构建 “零信任网络”：针对物联网泛在接入风险，普及 “默认接入不可信” 的零信任架构，通过设备认证、数据加密、动态权限管控阻断网络层威胁。物联网的农业灌溉技术（观看视频） 初步认识互联网的网络。学习相关知识。学习物联网设备的互联方式。完成试一试。学习物联网服务区的作用。学习小知识。完成想一想。完成查一查。完成练习题。进行知识拓展。 认识本课主要研究内容，帮助学生初步了解物联网的网络。带领学生学习物联网的网络分类，按覆盖范围分类，按通信方式分类。了解更多的物联网设备互联方式，拓展学生知识面。引导学生进行分析，增强学生创新能力和思考能力。讲解完互联的方式再结合服务区的作用，强化所学内容，帮助学生更好的理解和学习。引导学生学习物联网和互联网各自的优势。结合具体的例子，引导学生学习物联网网络的具体的功能情况和技术特征，强化学生对物联网网络的全方面维度掌握。引导学生进行查一查，了解物联网领域的组网技术，提高学生解决问题的能力和强化对物联网的网络的认识。考察学生学以致用的能力，深化对本课知识内容的理解和掌握。拓宽学生知识面。
课堂小结 认识物联网之“网“1、物联网中的网络2、物联网设备的互联方式3、物联网中服务器的作用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 1、围绕 “物联网的网络在实现设备互联时，不同的组网方式（如无线通信、借助服务器中转等）分别有怎样的特点”，结合具体案例（如智能家居里智能空调、空气净化器等通过特定网络互联，智能电表通过互联网与供电公司服务器连接），写下自己的思考，总结出 2 - 3 种组网方式的特点（如无线通信组网灵活便捷，借助服务器中转能实现远程数据传输与控制等），字数不少于 200 字。 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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