资源简介

(共15张PPT)
第四单元 第一课
物联网数据传输技术
让数据连接智慧教室
教科版 2024 八年级上册
学习目标
理解网络层
了解物联网网络层的概念和核心作用。
认识传输技术
知道几种常用的物联网数据传输技术。
分析应用案例
通过智慧教室应用，了解数据的发送、传输和响应过程。
动手实践准备
为后续实践体验做好知识与技能准备。
聚焦：数据的传输之路
回顾：温湿度采集器
我们已能采集数据，但数据如何“走出去”？
新问题：如何把采集到的数据传输到物联网应用层？
本课重点：学习物联网的数据传输技术
我们将探索数据从采集器到手机或电脑的完整路径，建立“技术服务于场景”的意识。
探索：身边的物联网应用
校园智慧教室设备
智能空调
移动投屏
智能开关
智能门禁
智能音响
更多...
生活中的类似应用
手机远程控制空调
家庭安防远程监控
运动手环数据同步
共同特点：都需要连接 Wi-Fi 或 蓝牙 才能工作
探索：需要思考的关键问题
为什么有的设备用 Wi-Fi，有的用 蓝牙？
它们之间有什么 异同？
它们各自是如何 工作 的？
还有哪些其他的物联网数据传输技术？
学习路径：先认识技术，再体验应用
探索：物联网三层结构中的网络层
网络层是物联网的“信息快递”中枢，承担着承上启下的关键作用。
感知层
(数据采集)
网络层
(信息传输)
应用层
(数据处理)
核心功能：信息传输 | 技术特点：使用不同的网络通信技术 | 作用：满足不同的数据传输需求
议一议：传输技术的选择
有线传输
传输稳定，速度快
需要铺设很长的网线
设备移动不便，缺乏灵活性
无线传输
灵活性与便利性高
设备可自由移动，易于扩展
更适合未来万物互联的需求
讨论要求：结合智慧教室应用，分析哪种技术更适合未来发展？
写一写：无线传输技术分类
按照传输距离，无线传输技术可分为两大类。请搜索资料，补充完整教材中的表格。
能量加油站：网络层详解
网络层定位
物联网三大层次结构中的第二层，承上启下。
主要功能
将感知层采集的信息高效、安全地传送到应用层。
技术基础
主要关注无线传输技术，是物联网行业的技术基础。
能量加油站：技术特性对比
Wi-Fi
特点: 高功耗、高速率
应用: 智能家居、高速数据交换
优势: 支持TCP/IP，可直接上网
蓝牙
特点: 高功耗、高速率 (BLE除外)
应用: 可穿戴设备、短距离通信
劣势: 需网关连接互联网
ZigBee
特点: 低功耗、低速率、自组网
应用: 局域网设备灵活组网
劣势: 需网关连接互联网
设计：智慧教室应用分析
请根据不同应用场景，选择合适的数据传输技术，并分析数据流向。
体验案例（感知层） 囗智能空调 囗移动投屏 囗其他
移动终端（应用层） 囗平板电脑 囗手机 囗其他
传输技术（网络层） 囗蓝牙 囗Wi-Fi □其他
实践：数据传输体验
按照设计表格连接设备，体验数据传输过程，并记录关键数据。
我发出的指令数据：
我收到的响应数据：
能量加油站：通信协议
设备间通信需要遵循统一的规则，即通信协议。MQTT是物联网中常用的协议之一。
MQTT 协议
消息队列遥测传输协议，一种基于发布-订阅模式的消息传输协议。
技术特点
基于TCP/IP，轻量级，适合低带宽、不可靠网络，支持一对多消息发布。
拓展：迁移应用与分析
任务一：手机控制空调
分析该场景中的数据传输过程，画出“感知-网络-应用”路径，并指出使用了哪些传输技术。
任务二：智能手环
分析手环的感知层和应用层设备，思考运动量和心率数据是如何被记录和分析的。
方法指导：仿照智慧教室例子的分析方法。
本课总结与重难点
重点知识
网络层的概念和作用
常见物联网数据传输技术
智慧教室应用的数据流程
难点理解
不同传输技术的特点对比
实际应用中的技术选择
MQTT协议的工作原理
能力要求
能分析物联网数据传输过程
能根据场景选择合适技术
能理解通信协议的作用《物联网数据传输技术》课堂检测
一、 选择题
（容易）1. 在物联网的三层架构中，网络层的主要功能是什么？（ ）
A. 采集环境数据
B. 处理和分析数据
C. 传输数据信息
D. 提供用户界面
答案：C
解析： 根据教材内容，网络层是物联网三层结构中的第二层，核心功能是信息传输，负责将感知层采集的信息传送到应用层。
（容易）2. 关于蓝牙技术，下列说法正确的是？（ ）
A. 支持TCP/IP协议，能直接接入互联网
B. 传输速率比Wi-Fi高，适合传输大量数据
C. 通常需要通过手机等网关设备才能连接互联网
D. 传输距离远，适合广域网应用
答案：C
解析： 教材"能量加油站"明确指出，蓝牙不支持TCP/IP协议，需要其他的网关（如手机）才能和互联网连接。
（中等）3. 下列哪项技术具有低功耗、低速率的特点，适合局域网设备灵活组网？（ ）
A. Wi-Fi
B. 蓝牙
C. ZigBee
D. 5G
答案：C
解析： 教材"能量加油站"中说明，ZigBee这样的短距离传输技术具有低功耗、低速率的特点，适合局域网设备的灵活组网应用。
（中等）4. 在为智能家居的安防监控系统选择数据传输技术时，最应该优先考虑的是？（ ）
A. 传输速率要足够快，支持高清视频流
B. 功耗要足够低，保证长时间待机
C. 需要支持复杂的组网功能
D. 传输距离要覆盖整个城市
答案：A
解析： 安防监控需要传输高清视频数据，数据量较大，因此传输速率是最优先考虑的因素，Wi-Fi技术较为适合。
（较难）5. 共享单车智能锁中主要使用的物联网传输技术最有可能是？（ ）
A. Wi-Fi技术
B. 蓝牙技术
C. ZigBee技术
D. 广域网传输技术（如NB-IoT）
答案：D
解析： 共享单车需要在城市范围内进行通信，传输距离要求较远，且对功耗有一定要求，广域网传输技术（如NB-IoT）具有低功耗、广覆盖的特点，最适合此类应用场景。
二、 判断题
( ) Wi-Fi技术和蓝牙技术都支持设备直接接入互联网。
答案：×
解析： 只有Wi-Fi支持TCP/IP协议，能直接接入互联网；蓝牙则需要通过网关设备才能连接互联网。
( ) 在物联网应用中，有线传输技术比无线传输技术应用更广泛。
答案：×
解析： 教材"议一议"环节引导学生思考得出结论，无线传输技术因其灵活性和便捷性，在物联网应用中更为广泛。
( ) MQTT协议的特点之一是占用开销很小，适合在低带宽网络中工作。
答案：√
解析： 教材"能量加油站"明确说明，MQTT是一种小型传输协议，占用开销很小，可以在低带宽、不可靠的网络中工作。
( ) 智能手环通常通过Wi-Fi技术将运动数据同步到手机APP中。
答案：×
解析： 智能手环与手机的通信通常采用蓝牙技术，因为传输距离短、功耗低，适合可穿戴设备。
( ) 物联网应用中，选择数据传输技术时只需要考虑传输速率这一个因素。
答案：×
解析： 选择数据传输技术需要综合考虑传输距离、功耗、成本、数据量、部署环境等多个因素，不能只看传输速率。教学教案设计
总第 14 课时
课 题 名 称 物联网数据传输技术
学习目标 （包含学科核心素养） 信息意识：认识到数据传输是连接物联网感知层与应用层的关键桥梁，理解不同传输技术的特点与应用价值。 计算思维：能够通过对比分析，理解不同物联网数据传输技术（如Wi-Fi、蓝牙）的特性、适用场景及其在系统中的作用。 数字化学习与创新：通过体验智慧教室应用案例，亲历数据的发送、传输与响应过程，分析并理解物联网的数据流。 信息社会责任：在体验物联网应用便捷性的同时，初步思考其背后的数据流动与可能的隐私安全问题。
问 题 类 型 学生问题 手机控制空调，指令是怎么“飞”过去的？Wi-Fi和蓝牙都是无线，用起来有什么不一样？ 除了Wi-Fi和蓝牙，还有哪些技术也能用来传输物联网的数据？ 物联网设备之间是怎么“听懂”对方的话的？它们有什么共同的“语言”吗？
学科问题 物联网三层架构中，网络层的主要功能是什么？它如何连接感知层与应用层？ 无线传输技术依据传输距离如何分类？Wi-Fi和蓝牙作为典型的短距离传输技术，在功耗、速率、适用场景上有何异同？ 什么是通信协议？为什么说MQTT协议特别适合物联网场景？
教师问题 1.请以智慧教室的“移动投屏”和“智能空调”为例，分析它们分别更适合采用Wi-Fi还是蓝牙进行数据传输？为什么？（引导学生结合技术特点与实际场景需求进行分析） 2.如果我们自己设计一个用于小区花圃土壤湿度监测的物联网系统，在选择数据传输技术时，我们需要考虑哪些因素？（引导学生从传输距离、功耗、成本、部署难度等多维度进行综合决策）
问题系统 （星号标出核心问题） 1.物联网三层架构中，网络层的主要功能是什么？它如何连接感知层与应用层？ 2.无线传输技术依据传输距离如何分类？Wi-Fi和蓝牙作为典型的短距离传输技术，在功耗、速率、适用场景上有何异同？ 3.什么是通信协议？为什么说MQTT协议特别适合物联网场景？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： 情境创设：播放一段快节奏视频）展示智慧教室中各种智能设备协同工作的场景：老师用平板一键投屏，学生进门自动签到，空调根据人数调节温度... 教师提问（核心问题）：“在第三单元，我们让温湿度采集器学会了‘感知’和‘思考’。现在，如何让这些数据走出实验室，开启一段奇妙的‘旅行’，最终在管理员的手机或电脑上‘安家’，并发挥作用？” 知识点：引入物联网数据传输的需求；理解数据传输是连接感知层与应用层的桥梁。 引导过程： 学生根据视频和自身经验，列举出智慧教室中可能用到的无线技术（Wi-Fi， 蓝牙等）。 教师追问：“为什么同样是无线，投屏常用Wi-Fi，而连接键盘鼠标却用蓝牙？它们有什么不同？我们的植物监测数据，又该选择哪种方式去‘旅行’呢？” 衔接：今天，我们就化身“智慧教室体验官”和“数据传输规划师”，一同探索物联网数据的传输奥秘！ 学（自主探究）： 任务驱动：每位学生作为“技术调研员”，通过阅读教材和搜索资料，建立对物联网数据传输技术的初步认知框架。 知识点：物联网三层架构中网络层的功能；无线传输技术的分类（短距离 vs 广域网）；Wi-Fi与蓝牙的初步特点。 自主探究任务清单： 明确网络层职责：阅读教材“探索”部分，找出网络层在物联网三层架构中的核心功能。 答案：信息传输，负责将感知层采集的信息传送到应用层。 完成“写一写”：阅读教材“能量加油站”并搜索资料，尝试完成教材中的无线传输技术分类与特点表格。 参考答案： 短距离传输技术：Wi-Fi、蓝牙、ZigBee。特点：高功耗、高速率（Wi-Fi/蓝牙）；低功耗、低速率（ZigBee）。应用场景：智能家居、可穿戴设备。 广域网传输技术：NB-IoT、LoRa。特点：低功耗、广覆盖、低速率。应用场景：远程抄表、智能农业、环境监测。 概念辨析：根据阅读，简要说明Wi-Fi和蓝牙在连接互联网方式上的主要区别。 答案：Wi-Fi支持TCP/IP协议，能直接接入互联网；蓝牙不支持TCP/IP协议，需要通过手机等网关设备才能连接互联网。 教师角色：提供必要的资料获取途径（如教材、可信的科普网站），并对共性问题进行讲解。 探（合作探究）： 任务驱动：小组合作，完成“议一议”的思辨讨论，并亲身实践体验智慧教室中的物联网应用，完成教材中的“设计”表格。 知识点：无线与有线传输技术的优劣比较；根据不同应用场景选择合适的数据传输技术；亲身体验数据的发送、传输与响应过程。 合作探究步骤： 思辨讨论“议一议”： 议题：网络通信技术可分为无线传输技术和有线传输技术。你觉得在物联网的应用中，哪一种传输技术应用更广泛、更适合未来发展？ 小组讨论与分享： 无线方：灵活性高、部署方便、可移动。（例如：智能手环、共享单车） 有线方：稳定性强、速率高、安全性好、抗干扰。（例如：工厂流水线、固定摄像头） 教师引导总结：无线传输技术在物联网中应用更广泛，因为它更好地满足了物联网设备泛在化、移动化的核心需求。但有线技术在特定对稳定性要求极高的场景中不可替代。未来是融合发展的趋势。 实践体验与方案设计（对应教材“设计”与“实践”）： 任务：以小组为单位，选择智慧教室中的一种物联网应用（如智能空调或移动投屏）进行体验，并完成教材中的表格。 操作流程： 选择案例：小组商定一个体验案例（如“智能空调”）。 连接设备：使用移动终端（平板或手机），通过相应的传输技术（Wi-Fi或蓝牙）连接并控制该设备。 记录数据： “我发出的指令数据”：（例如：设置温度为26℃；开关空调） “我收到的响应数据”：（例如：屏幕显示“已设定26℃”；空调发出“嘀”声并开始运行） 分析填写：将体验案例、所用移动终端、传输技术填入教材的“设计”表格中。 深度探究（解决教师问题1）： 问题：“移动投屏”和“智能空调”分别更适合Wi-Fi还是蓝牙？为什么？ 引导分析： 移动投屏：需要高速率传输大量视频数据，设备通常在同一局域网内，更适合Wi-Fi。 智能空调：控制指令数据量小，可能希望低功耗待机，且不一定需要直接连互联网（可通过手机网关），蓝牙和Wi-Fi均可，但特点不同。 原理深化“能量加油站”： 阅读与理解：阅读教材第二个“能量加油站”关于MQTT协议的内容。 讨论：为什么说MQTT协议适合物联网场景？ 答案：因为它开销小，适合硬件资源有限的物联网终端；能在低带宽、不可靠网络中工作；采用发布/订阅模式，非常适合一对多的监控场景。 四（课堂检测）： 1.选择题：物联网网络层最核心的功能是？（ A ） A. 信息传输 B. 数据采集 C. 智能控制 D. 数据显示 2.判断题：蓝牙技术和Wi-Fi技术一样，都支持TCP/IP协议，可以直接连接互联网。（ × ） 3.填空题：物联网中，负责连接感知层和应用层，实现信息传送的是 网络层。 五、拓（知识拓展）： 情境：教师提出教材“拓展”中的任务。 知识点：迁移应用所学知识分析真实场景。 探究任务： 任务一：分析“手机控制空调工作”这一场景中的数据流向。（感知层：空调内部的温湿度传感器、接收指令的模块；应用层：手机APP；网络层：家庭Wi-Fi或蓝牙；数据流：手机发出指令 → Wi-Fi/蓝牙 → 空调接收并执行 → 可能返回状态信息） 任务二：分析智能手环如何记录和分析我们的运动量及心肺情况。（感知层：手环上的加速度传感器、心率传感器；应用层：手机APP或云平台；网络层：蓝牙；数据流：手环采集数据 → 蓝牙 → 手机APP → 手机APP或云端服务器进行分析、可视化） 总结升华：“数据传输技术是物联网的‘神经网络’。理解了它们，我们不仅能看懂身边智能设备的工作奥秘，更能为我们自己设计更合理、更高效的物联网系统打下坚实的基础。”
板 书 设 计 物联网数据传输技术
1.核心概念 网络层：物联网的"信息高速公路" 功能：连接感知层与应用层 2.传输技术对比 Wi-Fi：高速率、直接联网、智能家居 蓝牙：低功耗、需网关、可穿戴设备 ** ZigBee**：低功耗、灵活组网 3.技术选型要素 传输距离 功耗需求 数据速率 成本预算 4.关键协议 MQTT：轻量级、发布/订阅模式 适合物联网低带宽场景
教 学 反 思 警报采集结果
实践环节让学生亲身体验数据传输过程，将抽象概念具体化. 技术对比表格帮助学生清晰理解不同传输技术的特点和应用场景 部分小组在技术选型讨论时缺乏深度，需要提供更具体的评估标准 MQTT协议的理解对学生有一定难度，需要更多生活化案例辅助讲解
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