资源简介

八年级上册第 8 课“ 自动采集与能量消耗”教学设计
年级 八年级 单元/主题 第三单元：物联助环保
课名 第 8 课： 自动采集与能量消耗
一、教学建议
1.教学时长建议 2 课时
2.教学目标 本课的主要教学目标是： 1.了解自动采集技术； 2.了解自动采集和能量消耗之间的关系。
3.教学设计建议 教学设计建议如下： 1.通过分析传统人工采集和当前的自动采集技术，帮助学习者理解无线传感器网络给水环境保护工作带来的变化。 2.通过分析影响能量消耗的关键因素，帮助学习者了解制约无线传感器网络的核心问题——能量供给。
4.教学方法建议 在学习引入方面，教师应该结合教材中呈现的情景，联系学习者在现实生活中可能遇到的相似情景或现象，如现实生活中水环境保护案例，以带领学习者进入本节课的学习。 在新知学习方面，对于“ 自动采集与能量消耗 ”的知识内容，建议教师结合当前现实生活中经常遇到的水资源保护应用场景，从中分析其基本作用，帮助学习者理解无线传感器网络在水资源保护方面的使用场景。 （1）对于“ 自动采集技术 ”的知识内容，让学习者了解人工采集的优缺点，分析人工采集耗时耗力的现实问题，并允许学习者充分交流、分享和讨论，让学习者模拟自动采集的过程，了解自动采集的优缺点，以及自动采集给水资源保护带来的巨大变化。 （2）对于“ 自动采集和能量消耗 ”知识内容，要分析采样频率对能量消耗的影响，以及电源管理对能量消耗的影响，并以windows系统电源管理举例，让学习者更形象地感知电源管理的作用。 在“项目探究 ”方面，教师应引导和鼓励学习者通过小组的形式来讨论不同采样频率对采集效果的影响，并分析不同采样频率和能量消耗之间的关系，促使学习者加深对采样频率和能量消耗之间关系的理解。
二、补充知识
对应教材内容（对教材中何处内容的补充） 知识内容：采样频率和能量消耗知识补充
补充内容 无线传感器网络（WSN） 中传感器的传感、处理、存储和通信功能不断增强。数据采集是传感器网络的基础功能之一。但是,传统的数据采集方式存在“能量空洞 ”问题。为解决该问题,一些学者提出将无人机（UAV） 引入到无线传感器网络中。利用无人机的移动性,降低传输能耗,使各个传感器能耗负担更加均匀。然而,基于无人机的无线传感器网络也面临着诸多挑战,研究人员对存在的问题进行了广泛和深入的探索。如何高效地采集无线传感器网络中的数据仍是待解决的问题之一。本文主要对基于无人机的无线传感器网络（UAV-WSN）的数据采集技术展开研究。研究场景主要考虑:无人机的高度、轨道固定,大量传感器节点随机分布在无人机飞行轨道周围,并通过单跳的通信方式将数据传送到无人机。 在无人机无线传感器网络中，节能数据采集是一种重要的技术，旨在延长无人机的飞行时间和传感器节点的寿命，同时保证数据采集的准确性和可靠性。以下是一些常见的节能数据采集方法： 时序调度：通过合理的调度算法，将传感器节点的工作时间和休眠时间进行优化，减少能量消耗。可以根据任务需求和能量状况，动态调整节点的工作周期和休眠周期。 自适应采样率：根据数据的重要性和变化程度，动态调整传感器节点的采样率。对于变化较小的数据，可以降低采样率以减少能量消耗。 压缩和聚合：在数据传输之前，对采集到的数据进行压缩和聚合处理。通过减少数据量和冗余信息，可以降低无线传输的能量消耗。 分级传输：将传感器节点分为多个层级，根据数据的重要性和时效性，选择性地传输数据。对于不紧急或不重要的数据，可以延迟传输或不传输，以节省能量。 路由优化：通过优化路由算法，减少数据传输的条数和路径长度，降低能量消耗。可以采用多路径传输、基于位置的路由等方法来优化路由。 能量回收：利用无人机自身的动能或太阳能等可再生能源，为传感器节点提供能量补充，延长其寿命。 综合应用上述方法，可以有效地实现无人机无线传感器网络中的节能数据采集，提高系统的能源利用效率，延长无人机的飞行时间和传感器节点的寿命。
补充知识来源（提供网站链接或按参考文献格式提供） https://zhuanlan./p/640953242
三、对应需要的软件、硬件说明
对应教材内容（对教材中何处内容使用软件、硬件） 练一练
软件名称（最好提供开源软件） 无
基本功能说明 无
硬件名称（选择性价比高、中小学能用得起的） 温度传感器 光照传感器
基本功能说明 设置采样频率
四、项目探究解答参考
探究项目：在线投票 按书上步骤操作即可。
五、操作练习答案
一、练一练 按书上步骤操作即可。
二、做一做 按书上步骤操作即可，充分开展讨论，加深对自动采集和能量消耗的理解。

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