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第8课《体验物联网》教学设计
课题 体验物联网 单元 第三单元 学科 综合实践活动 年级 九年级
学习目标 价值体认：认识物联网对生活的改变，体会其带来的便捷与智能，感受科技发展的价值。责任担当：意识到物联网应用中信息安全的责任，合理设计应用以保障数据安全。解决问题：能从生活发现问题，运用物联网知识分析、设计并解决实际问题。创意物化：发挥创意设计物联网应用模型，通过实践将创意转化为实际成果。
重点 1.理解物联网的基本原理，包括设备信息的感知、传递和处理。2.掌握设计制作简单物联网应用模型的过程，即分析设计、系统搭建、程序实现、调试完善。3.认识常见传感器及其在物联网应用中的作用，学会选择合适的传感器进行信息感知。
难点 1.准确分析物联网应用需求，做出合理且具有创新性的初步设计。2.灵活运用不同信息传输方法，根据实际场景选择合适的传输方式完成系统搭建。3.将多个智能设备通过物联网连接起来，实现更复杂的功能，如汽车导航与智能车库的连接。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 同学们，在我们的日常生活里，物联网应用早已无处不在，它极大地改变了我们的生活方式。就拿智慧交通中的ETC系统来说吧，当车辆驶入ETC车道，车载电子标签和路侧单元会借助微波通信迅速交换车辆信息。紧接着，路侧单元会把这些信息传递给收费站计算机系统，而计算机系统则会进一步与银行系统进行交互，从而完成扣费流程。在这一系列过程中，设备之间实现了无缝连接与信息共享。那么，在这个场景里，设备究竟是如何达成“互联互通”的呢？它们之间信息传递的原理和方式又是怎样的呢？今天，就让我们一起走进《体验物联网》这堂课，去揭开物联网设备互联互通的神秘面纱。出示课题 思考课件展示的几个问题，小组之间讨论分享自己的感受。 通过欣赏视频，设置疑问活动，激发学生兴趣，引出本课教学主题。
讲授新课 一、探究新知（一）活动准备在物联网应用中，设备信息的感知、传递和处理构成了物联网的基本要素。如共享单车是通过GPS等定位技术来感知单车的位置变化，通过移动互联网来传递信息，控制中心实现计费、反馈等功能。感知 传递 处理★议一议上网查找相关资料，说一说，下面这几种物联网应用是如何感知信息、传递信息和处理信息的？（1）扫描设备（以超市扫码器为例）感知信息：扫描设备通常使用光学传感器，如激光扫描器或摄像头。当扫描商品条形码时，激光扫描器会发射激光束并接收反射回来的光信号，通过分析光信号的变化来识别条形码的黑白条纹图案；摄像头则通过图像采集，利用图像识别技术来读取条形码或二维码信息。传递信息：扫描设备一般通过有线连接（如USB接口）或无线连接（如蓝牙）将感知到的信息传递给与之相连的计算机系统或其他终端设备。处理信息：连接到扫描设备的计算机系统接收到信息后，会进行解码处理，将条形码或二维码中的数字、字母等信息转换为商品的具体信息（如商品名称、价格、库存等），然后在销售点管理系统（POS）中进行后续的交易处理，如记录销售数据、更新库存等。（2）ETC系统感知信息：ETC（电子不停车收费系统）主要依靠车载电子标签（OBU）和路侧单元（RSU）之间的通信来感知车辆信息。车载电子标签中存储了车辆的相关信息，如车辆身份识别码等。当车辆进入ETC车道时，路侧单元会发射微波信号，车载电子标签接收到信号后被激活，并将车辆信息发送给路侧单元。传递信息：车载电子标签和路侧单元之间通过微波通信（通常为5.8GHz频段）进行信息传递。路侧单元将接收到的车辆信息传输到收费站的计算机系统，同时收费站计算机系统也会与银行或支付系统进行网络通信，完成费用的扣除等操作。处理信息：收费站的计算机系统接收到车辆信息后，会根据车辆的行驶里程、车型等信息计算出应收取的费用，并通过网络与银行系统交互，完成费用的结算。同时，系统会记录车辆的通行信息，如通行时间、地点等，用于交通流量统计和管理。（3）无人驾驶汽车感知信息：无人驾驶汽车配备了多种传感器来感知周围环境信息，包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波传感器等。激光雷达通过发射激光束并测量反射时间来创建周围环境的三维点云图；摄像头用于捕捉图像信息，识别道路标志、交通信号灯、行人和其他车辆等；毫米波雷达利用毫米波频段的电磁波来检测目标的距离、速度和角度；超声波传感器则主要用于近距离检测，如停车时的障碍物检测。传递信息：各个传感器将感知到的信息通过汽车内部的通信总线（如CAN总线）传输到中央处理单元。同时，无人驾驶汽车还可能通过无线通信技术（如4G/5G、V2X通信）与外部的交通基础设施、其他车辆等进行信息交互，获取实时的交通信息、路况等。处理信息：中央处理单元接收到各种传感器的信息后，会进行融合处理，综合分析周围环境的情况。然后，根据预设的规则和算法，制定车辆的行驶策略，如路径规划、速度控制、转向控制等，并将控制指令发送给车辆的执行机构（如发动机控制系统、制动系统、转向系统等），实现车辆的自主行驶。（二）活动实施了解了物联网基本原理，我们可以尝试设计制作一个简单的物联网应用模型，其一般过程如下：分析设计 系统搭建 程序实现 调试完善1.物联网应用模型需求分析与设计我们要善于从生活中发现问题。如小区停车位非常紧张，经常出现车开进来但找不到车位的情况。能否在进车库之前就知道停车位情况，如果有车位就打开道闸放汽车入内，反之就关闭道闸？我们可以尝试设计一个简单的模型来解决这一问题，实现过程可以用下图来表示：做中学从日常生活中发现类似的问题，并分析需求，做出初步设计。需求分析： 教室光线过暗时灯自动亮起，光线充足时自动关闭，节省电能且保护视力。初步设计 ：用光传感器感知教室光线强度，通过Arduino主板处理信息，控制灯光的开关；若光线低于设定值，触发开关开灯，高于设定值则关灯。2.系统搭建与程序实现明确基本需求和实现流程后，我们可以从信息感知、信息传递和信息处理三个方面考虑如何搭建系统模型。例如：在这个模型中，我们要感知车位上是否停有汽车，可用红外传感器或超声波传感器。我们可用舵机实现开闸、关闸的效果。小锦囊：常见的传感器有如下几种：红外传感器光传感器声音传感器烟雾传感器在设置了车位传感器后，可以通过有线或无线的方式来发送车位信息到中央控制单元。我们可以在Arduino平台中实现信息处理。Arduino是一款便捷灵活、简单易学的开源平台，由硬件（各种型号的Arduino主板）和软件（Arduino IDE）两部分组成。Arduino通过各种传感器和其他的装置来采集信息、处理信息和控制反馈。Arduino平台处理信息舵机控制道闸自动车库模型示意图编写控制程序，见下图。★做中学小组合作，尝试改进这个模型，增加更多的功能。车库车位模型系统改进功能方案监测是否有车辆靠近道闸显示剩余车位数量车位被占用时发送提醒在道闸附近增加一个红外传感器添加LED显示屏，通过Arduino传输剩余车位数据并显示通过无线模块连接手机，车位占用后向管理员手机发送通知3.物联网应用的实现如果仅仅实现前面提到的那些功能，只是搭建了一个具有反馈功能的智能车库，还不能体现物联网的优势。假设有这样的场景：我们开车去市中心购物，汽车的导航系统能自动引领我们去一个有停车位的停车场。要实现这样的功能，从原理上说就是把许多个智能车库通过物联网连接起来，并实现与汽车导航系统的连接，这样就可以自动引导我们去停车。将来如果加入无人驾驶技术，就能更好地发挥物联网的优势。Cloud物联网小锦囊：物联网产品开放平台能帮助开发者实现设备的接入和设备的连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。（三）交流评价分小组介绍自己设计的物联网创意。 本小组设计智能教室环境调控系统，针对教室温湿度、空气质量、光线等影响学生学习与健康的问题，以 Arduino 主板为核心，连接温度、空气质量、光传感器采集环境数据；通过 Arduino IDE 编写程序设定阈值，数据超出阈值时自动触发空调、风扇、空气净化器、灯光等执行机构调节环境；系统增设网络模块，支持老师和管理人员远程查看环境数据、操控调节设备。给你留下最深刻印象的创意是：“智能教室环境调控系统”给我留下了最深刻的印象。因为它紧密结合了我们的校园生活，切实解决了教室环境可能影响学生学习和健康的问题。通过物联网技术，实现了教室环境的自动调节和远程监控，不仅提高了教室环境的舒适度，还体现了科技在日常生活中的有效应用，让我们看到了物联网为教育环境带来的积极改变。（四）拓展提升我还想完成以下任务： 设计一个校园气象站。 设计智能家居。 设计校园智能门禁系统（识别学生身份后自动开门）。 设计家庭智能灌溉系统（检测土壤湿度自动浇水）。（五）信息园地物联网中，信息传输的方法有很多，在不同的情况下可以灵活选择不同的方法进行信息传输。物联网信息常见传输方法及特点移动网络数据单点传输；速度较快；传输距离远；耗电多。Wi-Fi可单点工作；速度快；距离较短；功耗较大；传输数据量大。多方协作，自组网；速度一般；可传输数据量较小；距离较短；低功耗。ZigBee需要双方配对协议；速度较快；距离短；功耗比Wi-Fi小；传输数据量较大。蓝牙可单点传输数据；传输距离远，覆盖范围广；数据传输实时性不高；终端功耗低；网络信号穿透力强。LPWAN（低功耗广域网）数据单点传输；速度较快；传输距离远；耗电多。二、知识拓展 1.物联网信息传输有多种方法，请列举出三种常见的物联网信息传输方法，并简要说明它们各自的特点。Wi - Fi：可单点工作，传输速度快，能传输的数据量大，但传输距离较短，功耗较大。ZigBee：需要双方配对协议，传输速度较快，传输数据量较大，不过传输距离短，功耗比Wi - Fi小。蓝牙：可单点传输数据，终端功耗低，网络信号穿透力强，但传输距离相对较短，覆盖范围有限，数据传输实时性不高。2.某小组设计 “校园智能门禁系统（识别学生身份后自动开门）”，请结合物联网原理，简要说明该系统的实现流程（需包含感知、传递、处理三个环节）。感知：通过身份识别设备（如射频识别传感器、摄像头图像识别）感知学生身份信息（如校园卡信息、人脸信息）；传递：通过 Wi-Fi 或蓝牙将感知到的身份信息传输到系统控制单元（如 Arduino 主板）；处理：控制单元对接收到的身份信息进行验证，若为已注册学生身份，发送控制指令给门禁执行机构（如舵机），驱动门自动打开；若身份未通过，门禁保持关闭并可记录信息。3.结合文本中物联网的应用场景，分析物联网技术对我们的生活和社会发展有哪些积极影响？（至少答出两点）①提升生活便捷性：如 ETC 实现不停车收费、智能家居自动调节环境、智能车库快速找车位，减少人工操作，节省时间；②优化资源利用与管理：如智能灌溉根据土壤湿度自动浇水，节省水资源；校园智能门禁规范人员进出，便于校园管理；交通物联网统计流量，缓解拥堵；②保障健康与安全：如智能教室调控温湿度、空气质量，保护学生健康；烟雾传感器检测火灾隐患，及时预警，提升居住和学习环境安全性。 了解物联网应用中信息感知、传递、处理的基本要素，通过上网查找资料，分析超市扫码器、ETC 系统、无人驾驶汽车三类物联网应用分别在信息感知、传递、处理环节的具体实现方式。 学习物联网应用模型的需求分析与设计思路，从日常生活中发现类似 “小区停车位紧张”“教室光线不适” 的问题，对发现的问题进行需求分析，并完成物联网应用模型的初步设计（明确感知、处理、控制等核心环节）。学习从信息感知、传递、处理维度搭建物联网系统模型 ，了解常见传感器类型及 Arduino 平台的组成与功能；以小组合作的形式改进车库车位模型，设计新增 “监测车辆靠近道闸”“显示剩余车位数量”“车位占用时发送提醒” 等功能的优化方案。阅读物联网在智能车库的拓展应用相关内容，理解其实现原理、应用场景及物联网产品开放平台的作用。小组介绍自身设计的物联网创意，并倾听、评价其他小组的创意（如 “智能教室环境调控系统”）。 明确拓展提升任务，构思校园气象站、智能家居等四个物联网相关设计项目。学习物联网中常见信息传输方法及特点。 小组讨论、思考、然后回答 。 引导学生了解物联网基础架构与运行原理，通过常见实例培养资料查阅与信息提炼能力，为后续深入学习物联网知识奠定基础。引导学生从生活实际出发，通过小区停车位问题案例，培养其观察生活、挖掘问题的能力，掌握物联网应用模型需求分析方法，并初步尝试进行简单模型设计 。引导学生掌握物联网系统模型的搭建逻辑，熟悉传感器、Arduino 平台等核心软硬件的应用方法，培养小组协作能力与物联网系统功能优化思维，提升物联网技术落地实践的能力。引导学生理解物联网连接多设备、实现数据交互的潜力，借助小锦囊让学生了解物联网产品开发平台的作用，拓宽其物联网应用视野 。 引导学生将物联网技术与生活场景结合，深化对物联网应用价值的理解，提升创意设计与表达交流能力。通过提出设计校园气象站、智能家居等拓展任务，进一步激发学生对物联网应用设计的兴趣与探索欲，培养其创新实践能力，鼓励学生在更广泛领域开展物联网相关设计与思考 。让学生了解物联网中多种常见信息传输方法，并清晰掌握各传输方法的特点，以便在实际物联网应用场景中能依据不同需求灵活、合理地选择合适的信息传输方式 。通过列举物联网信息传输方法及特点，巩固学生对传输知识的掌握；以校园智能门禁系统为例让学生运用物联网原理阐述实现流程，强化知识运用能力；分析物联网积极影响，拓宽学生对物联网价值认知，培养综合分析与知识迁移能力 。
课堂练习 一、选择题1. 下列设备中，主要用于物联网“信息感知”环节的是（ ） A. Arduino主板 B. 蓝牙模块 C. 光传感器 D. 舵机 ETC系统中，车载电子标签与路侧单元之间的信息传递采用的技术是（ ） A. 激光扫描 B. 微波通信 C. 蓝牙通信 D. 4G/5G 3. 关于Arduino平台的描述，错误的是（ ） A. 包含硬件主板和软件IDE B. 可连接传感器采集信息 C. 只能实现有线数据传输 D. 可控制执行机构实现反馈 二、填空题1. 物联网是通过信息传感器、定位识别技术采集信息，通过网络连接实现______、______的泛在连接，进而实现智能化感知、识别和管理。 2. 无人驾驶汽车感知周围环境时，激光雷达用于创建______，摄像头用于识别______、交通信号灯等信息。 3. 设计物联网应用模型的一般过程为：______、______、程序实现、调试完善。 三、判断正误题（对的打“√”，错的打“×”）1. 超市扫码器通过光学传感器感知商品信息，再通过Wi-Fi直接传递到银行系统处理。（ ）2. ZigBee传输方式具有低功耗、自组网的特点，适合用于传输大量数据的物联网设备。（ ） 3. 智能教室环境调控系统中，Arduino主板主要承担信息处理的任务，根据传感器数据控制执行机构。（ ） 想一想，做一做，完成课堂练习。 帮助学生及时巩固知识与技能。
课堂小结 通过这堂课的学习，我们不仅理解了算法是程序的灵魂，掌握了计算机解决问题的一般流程（问题分析→算法设计→画流程图→程序实现→调试验证），还学会了用流程图表示算法逻辑，培养了逻辑思维和问题优化意识。 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
板书 体验物联网一、探究新知1.活动准备2.活动实施①物联网应用模型需求分析与设计②系统搭建与程序实现③物联网应用的实现3.交流评价4.拓展提升5.信息园地二、知识拓展 观看板书 回顾已讲知识点，观察学生对知识的掌握情况。
课后作业 观察生活中的一种物联网应用（如共享单车、智能门锁、快递柜等），详细分析其“感知信息、传递信息、处理信息”的具体方式，并对比本课所学的ETC或无人驾驶汽车，总结该应用的传输方式特点。（可图文结合说明，字数不少于150字） 实践、体验、记录感受。 强化对不同物联网传输方式特点的认知，提升知识迁移与对比分析能力，培养从生活发现科技、理解科技应用的思维习惯 。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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