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第3.7课《物联网的感官：感知层》教学设计
课题 物联网的感官：感知层 单元 第三单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能感知物联网感知层技术在智慧物流中采集物品信息的价值，主动关注技术如何识别、获取物流信息计算思维：分析感知层各技术的工作逻辑时，运用分解、模式识别等方法，理解信息采集与处理的逻辑过程。数字化学习与创新：可通过数字化资源学习感知层知识，并创新思考其在智能家居、农业等领域的拓展应用。信息社会责任：明白感知层技术应用中需保障信息合法使用、数据安全，树立遵守信息伦理、承担社会责任的意识。
教学重点 感知层的概念与作用，掌握标识技术，感知层的位置与状态感知技术。
教学难点 RFID 系统的组成与工作原理，感知层技术与人工智能技术的融合应用。
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3.7课 物联网的感官：感知层1、单元引入第三单元：理解物联网的技术架构物联网的核心功能是实现设备间的互联互通以及数据的高效传输和处理。在物联网的工作全链条中，物联网技术黑盒里的数据是如何采集、处理的？物品的信息如何变为数据？数据是如何被传输的？物联网设备又是如何根据需要做出应答的？2、观看视频3、学习目标（1）了解物联网的三层技术架构，熟悉每一层的作用。（2）学习常见的数据采集方法，包括身份标识技术、定位技术、传感器技术的应用，了解常见传感器的功能。（3）了解常见的物联网通信协议，包括蓝牙、Wi-Fi、NB-IoT等协议，并熟悉它们的特点。（4）了解应用层的关键技术，包括大数据、云计算、智能机器人等技术。（5）知道数据安全保护的常用方法和策略，懂得保护个人隐私、尊重他人隐私的重要性，了解自主可控对国家安全以及物联网未来发展的重要意义。4、单元主题物流是连接生产与消费两端的纽带。这是如何实现的？智慧物流系统又是由哪些模块组成的呢？在运输过程中，快递物品的各种信息是如何采集的？些信息通过什么渠道传递到其他环节？这些信息又是如何转换成我们从手机应用软件中看到的样子的？请同学们以“智慧物流”为主题，一起来探秘物联网的技术架构，了解各层的作用以及核心技术吧！（详细内容见教材p53页）5、问题情境在智慧物流系统中，实时采集物品的信息对存储、分拣和运输等环节至关重要。实时采集的快递物品保鲜信息如图3-1所示。那么，如何实现对物品相关数据的实时采集呢？（详细内容见教材p53页）图3-1快递物品保鲜信息 课程新知导入。学习本单元及本课学习目标。 帮助学生初步理解本课研究内容。帮助学生学习更有目标性。
讲授新课 新知讲解：实践探究一、感知层是什么生活中，我们用眼睛观察世界的样貌，用耳朵倾听周边的声音，用舌头品味食物的酸甜苦辣，用双手触摸感知物体的温度、硬度等。物联网系统也存在着“感官”，它的“感官”被称为感知层，用于识别物体和采集信息。感知层是物联网层次结构中的最底层。在智慧物流系统中：通过编码标识物品信息。卫星定位采集位置。温度传感器监测环境温度。感知层是物联网进行数据传输与处理的基础，是物联网技术架构的重要组成部分。想一想在快递物品的存储和运输过程中，需要采集哪些相关的信息呢 这些信息可以通过哪些方法被采集到呢 进行分析并填写表3-1。表3-1 快递物品存储和运输过程中的信息采集需采集的信息采集方法物品所处的环境温度利用温度传感器采集温度信息物品的位置信息利用 GPS 定位技术采集位置信息物品的重量信息利用电子秤采集重量信息物品的状态利用图像识别或人工检查采集物品的运输时间信息利用物流系统时间戳记录采集二、感知层如何感知(一)物品的身份标识:条形码、二维码和电子标签2024 年全国邮政行业寄递业务量超 1936 亿件，要明确这些快递的物品信息、寄收地等，关键是通过条形码、二维码和电子标签对物品进行精确身份标识 。如图3-2所示。（详细内容见教材p55页）图3-2 物品的标识在现实生活中，公民身份号码是公民身份的重要标识。在物流行业中每个包裹也有自己的标识，可以通过贴附条形码、二维码、电子标签(如射频识别标签)等方式对物品进行标识，如图3-3所示。图3-3 物品的标识方式1.条形码物品外包装或快递单上黑白相间条纹组成的图形标识符。黑色 “条” 代表二进制“1”，白色 “空” 代表二进制 “0”，由物品信息标准化数字编码转换为特定条空组合而成。（详细内容见教材p56页）利用 “条” 和 “空” 对光线的反射率、反射强度差异，通过激光扫描仪（如红色激光管）照射条形码，反射光被转换为数字信息。如图 3-4。 （详细内容见教材p56页）图3-4扫描条形码示意图优点：制作成本低、方法简单，常用于商品基本信息编码（如超市商品条形码）。不足：数据存储有限（通常记录 13 个字符）、需依附物品外包装，易受损。（详细内容见教材p56页）2.二维码二维码是生活中常见的编码方式，典型应用有微信名片二维码、手机付款码等。由黑色和白色小方块构成，黑块代表二进制 “1”，白块代表二进制 “0”。有三个 “码眼”，用于扫描时定位，支持多方向扫描。（详细内容见教材p56页）图3-5 二维码示例小知识与条形码的优势对比对比维度条形码二维码信息方向仅水平方向记录信息横、纵两个方向记录信息信息容量小（如商品条码仅 13 字符）大（远大于条形码）3.电子标签附着在物体上，用于存储和标识物体信息的电子器件，是射频识别（RFID）系统的重要组件。RFID 是一种非接触式自动识别技术。例如住宅小区的门禁系统常采用 RFID 技术。图3-6 RFID门禁识别RFID系统的优势：芯片封装在电子标签内，不易损坏、可长期保存。适用于各种恶劣环境，对物体摆放位置和角度无要求。非接触式识别，效率高。（详细内容见教材p57页）图3-7 RFID系统RFID系统的组成：电子标签：包含芯片、耦合元件等，具有唯一电子编码，附着在物品上实现电子标识。读写器：包含控制模块、电路等，用于读写标签信息，可制作成不同形态。天线：在电子标签和读写器之间传递信号。电子标签和读写器的天线通过发射电磁波，实现非接触式信息交互。（详细内容见教材p57页）查一查查阅资料，了解RFID系统在生活中的应用，并完成表3-2。表3-2 RFID系统的应用序号应用举例1校园卡2小区门禁卡3高速公路 ETC 卡4图书馆图书管理(二)了解物品的位置信息:卫星定位物品实时位置可通过卫星定位系统确定，全球最主要的系统有：中国北斗卫星导航系统（BDS）美国全球定位系统（GPS）欧盟伽利略卫星导航系统（GALILEO）俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）（详细内容见教材p58页）北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星定位系统，可提供实时、精准的定位 / 导航服务。原理：运输车上安装北斗接收模块，通过测量与多颗北斗卫星的距离，经公式计算确定位置。（详细内容见教材p58页）图3-8 北斗卫星导航系统应用发展历程：2000 年首颗北斗卫星升空→2020 年全球组网，凝聚中国智慧。核心价值：让我国在通信调度、救灾抢险、军事指挥等领域摆脱外部技术依赖，实现科技自立自强。（详细内容见教材p58页）(三)了解物品的状态信息：传感器物流常见传感器：压力传感器：测量物品重量。光电传感器：测量物品外观尺寸。温湿度传感器：在仓库、运输车、保温箱等处安装，实时采集并调控环境信息，避免物品损毁。（详细内容见教材p55页）图3-9 光电传感器应用感知层包括条形码、二维码和扫描仪，电子标签和读写器，以及摄像头导航卫星、传感器等标识和设备。感知层通过这些标识和设备提供的数据实现识别物品、采集信息的目标。随着传感器技术、通信技术、数据处理技术的不断进步，感知层将变得更加智能、高效、可靠，为物联网的广泛应用提供更强大的支持。小知识光电传感器的工作原理智慧物流自动分拣环节所用的光电传感器，基于 “光电效应” 工作。当物品经过检测区域时，会遮挡或反射传感器发射的光线，传感器感知光线的变化（如光的遮挡、反射强度改变），并将光信号转化为电信号，从而识别物品的外观尺寸等信息，辅助自动分拣系统把物品分配到合适的储存、运输单元。三、课堂练习下列设备中，不属于物联网感知层设备的是（ C ）。A. 温度传感器 B. RFID 读写器 C. 路由器 D. 摄像头答案：C。路由器属于网络层设备，用于网络连接与数据转发 。物联网应用层的主要作用是（ D ）。A. 温度传感器 B. RFID 读写器 C. 路由器 D. 摄像头答案：D。应用层结合行业需求开发智能应用服务，为用户提供服务 。在智慧物流系统中，可通过哪些技术手段采集物品的位置信息？在智慧物流系统中，可利用卫星定位系统（如中国北斗卫星导航系统、美国全球定位系统（GPS）等）来采集物品的位置信息。具体来说，通过在运输车上安装卫星接收模块，测量其与多颗已知位置的卫星之间的距离，再根据相关公式进行计算，就能快捷方便地了解物品的位置。四、拓展延伸感知层技术发展助力智慧物流数据采集，除标识、传感器外，摄像头与图像识别技术也被应用：系统通过摄像头捕捉传送带物品图像，经处理识别获取物品尺寸、摆放形态等信息，为数据统计、智能分拣提供支撑。（详细内容见教材p55页）图3-10 图像识别查一查上网查阅资料并与同学讨论，在智慧物流系统中，感知层还应用了哪些人工智能技术？计算机视觉技术：实现货物识别等。多传感器融合技术：保障运输与货物环境。AI 类目标签技术：提升物流环节智能化。动作识别技术：降低货损、优化流程。视觉 SLAM 技术：用于叉车安全监测预警。感知层技术的 “隐形风险”电子标签开放性漏洞：智慧物流常用 RFID 标签因低成本采用被动开放协议，易被不法分子用普通读写器读改数据，致货物错发或被盗。传感器环境干扰风险：温湿度、振动等传感器易受环境影响，出现数据漂移或误报，影响物流决策准确性。观看视频：物联网感知层关键技术 结合生活感官，理解其在智慧物流中的标识、定位、监测等应用。完成想一想。学习相关知识，对比分析三种标识技术的编码原理、信息存储量、应用场景差异。观看表格。学习小知识。完成查一查。通过学习理解卫星定位系统在智慧物流中确定物品实时位置的原理。分析温度、压力等传感器在智慧物流自动分拣、特殊物品存储运输中的作用。学习小知识，完成课堂练习。进行知识拓展。 建立感知层基础认知，明确其在物联网和智慧物流中的核心地位。引导学生联系快递实际，思考信息采集需求与方法，加深对感知层采集信息功能的理解。掌握不同标识技术特点，能区分并理解其在物品身份标识中的应用。让学生明白二维码和条形码的优势区别。通过查阅 RFID 系统生活应用，拓展对电子标签及 RFID 系统的认知，加深技术应用理解。理解卫星定位技术为智慧物流提供位置数据支持的方式。确传感器对物品状态监测及保障物流质量的意义。明白传感器中的光电传感器的原理。让学生在题目中加深本堂课的知识点。拓宽学生的课外知识。
课堂小结 物联网的感官：感知层1.感知层是什么2.感知层如何感知3.完成课堂练习4.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 结合课文中智慧物流感知层的相关知识，以 “感知层技术让智慧物流更智能” 为主题，写一篇小短文（不少于 300 字）。要求：阐述感知层技术在智慧物流中的应用，说明这些技术如何使智慧物流变得更智能、高效。 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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