资源简介

项目3 车载导航指引路线
——物联网定位技术
教学设计
一、教材分析
定位技术是物联网数据采集的重要组成部分，在生活中也有非常广泛的应用，如共享单车、智能公交系统、车载智能导航等。本项目选择车载导航作为项目情境，一方面车载导航在生活中运用非常广泛，有利于学生开展体验、探究活动。另一方面，车载导航能够很好地凸显定位技术在物联网中的应用特点，便于学生理解定位技术如何采集数据、采集什么数据、如何应用采集的数据等核心问题，能很好地帮助学生理解概念及原理。
二、学情分析
通过本单元前两个项目的学习，学生对物联网中数据采集技术有了一定的了解。在教学过程中，要以项目式教学为抓手，融入学生生活中的真实情境，不断探索物联网在学生生活中的实际应用，解决生活中遇到的真实问题，这不仅能提高学生的学习参与度，激发他们的学习内驱力，还能有效引发新的学习思考，使学生从被动接受转变为主动探究。这样，学生会产生更多的知识需求， 明确下一步学习的方向，从而赋予知识新的意义。
三、教学目标
1．素养目标
（1）了解物联网中的定位技术。
（2）理解定位采集的数据类型及其应用。
2．项目目标
探究定位与距离、时间、速度的关系，理解车载导航的工作原理。
四、教学重难点
1．教学重点
（1）了解物联网中的定位技术。
（2）理解定位采集的数据类型及其应用。
2．教学难点
理解定位与距离、时间、速度的关系，理解车载导航的工作原理。
五、教学设计思路
首先创设一个真实的项目活动情境，引入课题、明确项目目标，即探究车载导航是如何获取车辆位置，又是如何准确指引车辆到达目的地的。在实施项目前，让学生以手机导航为例，将“家”设置为起点，“学校”设置为终点，体验导航使用， 了解手机导航的功能。在此基础上，通过视频、动画让学生了解智能车载导航系统由设备（物）、通信网络和应用服务等 3 部分组成。其中，定位设备获取位置信息，通过通信网络传给云平台，云平台对收集到的数据进行处理，再通过导航软件为用户提供导航服务。将核心问题聚焦到“位置、路线、路况 ”上，并围绕“我在哪？离目的地多远？路上堵不堵？”确定车载导航原理探究的方案，展开项目探究。
六、教学准备
（1）分小组，建议分 6～8 组，每组 6～8 人。
（2）按小组准备电脑、智能终端（手机），安装导航软件。
七、评价建议
学习评价可以从项目达成、概念理解与素养提升三个维度进行设计。如在检测学生对核心概念的理解时，可以让学生找一找定位技术在生活中其他物联网场景（共享单车、智慧公交）中的应用。在检测学生素养提升时，可以让学生选择生活中的一些物品，找出日常生活中存在的问题，为这些物品赋予定位功能后，思考可以产生什么功能，能解决生活中的哪些难题。引导学生学以致用，提高提出问题、分析问题和运用所学知识解决问题的能力。
维度 评价指标 评价结果
项目达成 你能正确使用车载导航吗？ 车载导航中定位传感器的作用是什么？ 你能描述导航中定位对规划路线、预测路况的影响与作用吗？ ☆☆☆☆☆
概念理解 定位技术使用的设备是： 定位采集的数据类型是： 定位数据应用的场景有： ☆☆☆☆☆
素养提升 信息意识：能够了解定位技术及其应用，能根据物联网场景判断定位技术的使用及作用；能根据问题准确分析信息需求，判断信息获取方式，辨别信息可靠性。 计算思维：能够剖析“车载导航系统”工作的过程，理解定位技术在物联网应用中的作用，能够在学习过程中提出问题、分析问题、解决问题。 数字化学习与创新：能正确使用手机、车载导航功能，利用软硬件平台探究知识、验证原理。 信息社会责任：定位技术对物联网发展的影响， 自主可控的重要性。 ☆☆☆☆☆
八、教学过程
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
创设情境明确目标 1． 阅读案例 在智能汽车上使用导航，规划好路线，不仅能将我们带到目的地，还可以在旅游途中了解同行车辆的位置信息，与千千万万的车友共享路况。 2．聚焦问题 车载导航是如何获取车辆位置？又是如何准确指引车辆到达目的地的？学生讨论，并围绕核心问题，提出自己的猜想。 3． 明确目标 （1）了解物联网中的定位技术；理解定位采集的数据类型及其应用。 （2）探究车载导航定位与距离、时间、速度的关系，理解车载导航的工作原理。 教师准备车载导 航出行的视频， 创设真实情境。 引导学生思考， 通过对应用场景 进行分析，将问 题聚焦到“定位” 关键技术上。 引入课题“车载 导航指引路线”， 让学生明确学习 目标。 引入情境问题，激发学生的学习兴趣，从而引出本课的实验探究主题。
项目准备分析规划 1．体验导航功能 打开智能终端上的导航软件，将“学校”设置为起点，“家”设置为终点，体验导航使用，完成下表内容。 导航软件 操作步骤填写正确的步骤顺序:( ) 打开导航软件( ) 选择路线( ) 设置目 的地( ) 开始导航
引导学生体验、了解导航软件的使用方法及主要功能。 引导学生自主 学习，结合物联 网系统，思考导 航系统的组成 及导航的工作 过程。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目准备分析规划 导航软件 功能选一选: 口确定定位 口其他 路线规则 口 路况提醒
2．分组定位实验 每小组分别按照学习任务单的要求，开展定位测试，并进行实验结果记录。 （1）电脑导航： □起点 □终点 （2）智能手机导航： □起点 □终点 （3）手机定位关闭有何提示： （4）电脑和智能手机导航的区别： 3． 了解导航的工作过程 观看微课，了解导航系统包括设备、通信网络和应用服务等三个部分。学生讨论并解释问题： （1）为什么在智能手机导航时，需要开启定位功能？ （2）为什么电脑导航需要设置起点，而智能手机导航不用设置起点？ （3）智能手机是如何获取位置数据的？ （4）获取的位置数据对导航有什么作用？ 4．确定导航原理探究方案 根据导航的使用流程，设计导航原理探究方案。 引导学生开展实 验，并完成记录、 汇报。 结合微课，聚焦 本 课 核心 概念 “ 定位技术 ”， 并通过问题链的 方式，引导学生 思考。 引导学生根据导 航软件的使用步 骤，确定探究方 案，并提出感兴 趣的问题。 小组讨论，思考 教师提出的问 题，梳理导航的 关键问题，培养 学生的自主学 习能力。 引导学生能够 根据场景及核 心问题，提出合 理方案，提高分 析问题、解决问 题的能力。
(
探究方案
) 确定位置 (
规划路线
) 预测路况 我在哪 离 目 的地多远 路上堵不堵
活动探究理解原理 1．运用定位确定位置 使用导航软件时，地图中都会出现类似的标识，它会随着我们的移动而发生方向和位置的变化。 （1）明确定位采集的数据。结合学习任务单，了解导航定位获取的数据类型及特点。 定位对象： □ 人 □ 车 □ 手机 信息类型： □ 文字 □ 图片 □ 位置 与实际距离是否有偏差： □ 有 □ 没有 （2）寻找影响定位的因素。使用导航时，定位会受到诸多 引导学生了解定位技术采集的数据类型及特点。 引导学生思考使用导航时，定位 明确定位技术在导航时起到了关键作用。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
活动探究理解原理 因素的影响，阅读“卫星定位技术”相关知识，分析列举的问题原因。 序号问题情境原 因关闭手机定位服务 , 为什么无法获取位置信息 在封闭的地下室 , 为什么提示 " 卫星信号弱 " 3在城市高架桥上 , 为什么显示在地面
（3）讨论归纳研究结论。 探究结论 1： 智能终端上安装了位置传感器，通过接收卫星信号，可以获取 信息，使用导航时必须要开启智能终端中的 服务。
会受到哪些因素影响，运用所学知识迁移解决生活中的问题。 引导学生得出探 究结论：导航时 定位技术起到关 键作用。 组织学生小组合 作，根据出发地 和目的地规划路 线，归纳导航时 只要根据起点和 终点位置就能确 定行程的路线。 引导学生对情境 进行分析，并融 合数学问题解决 问题。 通过卫星信号 获取位置等信 息，使用导航时 必须要开启定 位服务。 通过探究不同 路线，明确根据 起点和终点位 置就能确定行 程的路线，理解 定位在导航路 线规划过程中 的作用。 理解定位与路 程及时间的关 系。
2．运用定位规划路线 导航确定位置后，还需要把城市道路信息提取出来，根据出发地和目的地，寻找之间的最优路线，最终沿着规划的路线走。 （1）探究定位与路程的关系。在导航中输入要去的终点位置，看看有几条路线，选择一条最优路线。 活动记录 定位位置： 终点位置： 路线（1）： 路线（2）： 总结： 通过 位置和 位置，就可以确定行程的 。 （2）探究定位与时间的关系。根据导航场景：车辆上午 9:00从 B 点出发到A 点，如果这条路限速 60 公里/小时，预测大约何时到达。通过分析情境中的已知条件，结合距离、速度和路程的关系，完成学习任务单。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
活动探究理解原理 (
>
已知条件：
AB
间路程
1.2
公里
预计速度
60
公里
/
小时
>
时间：
预计到达时间：
) （3）讨论归纳研究结论。 引导学生得出探 究结论，理解导 航过程中定位与 时间、距离的关 系。 通过提供视频， 分析具体情境， 引导学生理解定 位与路 况 的 关 系，并告知学生 在现实导航中， 对于路况预测是 非常复杂的，还 需加入交管部门 的数据及各种算 法。 引导学生得出探 究结论，判断定 位数据与路况的 关系。 通过比较不同 时段的路况预 测，培养学生的 观察分析能力 以及解决真实 问题的能力。
探究结论 2： 通过 位置和 位置，就可以确定行程的 ，也可以预计 的时间 。
3．运用定位预测路况 当导航系统收集到足够的交通数据时，它便可以利用各种算法来检测和预测交通拥堵，并重新规划路线，以避开拥堵区域，节省时间和燃料。 （1）探究定位如何预测道路拥堵。 观看视频，分析情境：使用 A 导航软件的车有 100 辆，使用 B 导航软件的车只有 2 辆，显示的路况信息会一样吗？为什么？ （2）运用定位数据预判路况。 行驶过程中，每一辆使用导航的车，都会实时更新位置信息，并发送给服务器，所有车辆构成了一个交通网络。判断定位数据与路况的关系。 定位 数据路况 预测显示 颜色到达 时间某个路段收集用户数据的速度突然变慢拥堵红色延迟某个路段收集用户数据的速度逐渐正常
探究结论 3： 行驶过程中，每一辆使用 的车，都会实时更新 信息，并发送给服务器，所有车辆构成了一个交通网络。 当某个路段收集用户数据的速度突然变慢，地图上该路线显示颜色为 ，说明路况 ，预计到达时间 。 当某个路段收集用户数据的速度逐渐正常，地图上该路线显示颜色为 ，说明路况 ，预计到达时间 。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
记录数据实验结论 (
结
论
)1．展示汇报 小组汇报项目成果，展示本组路线规划和路况预测，并说明理由，得出实验结论。 (
在导航系统中，
感知层通过
技术
获取车辆的
信息，通过网络传
给云平台。云平台对数据进行处理，
不
仅
可
以 计 算
出
当
前
位
置
与 目
的
地
的
、估算预计到达
，还可以
预判道路的
，提供导航服务。
) 学习过程：完成实验手册中实验结论的填写。 2．作业设计 （1）基础性作业。 定位技术除了在手机导航中应用外，在生活中还有哪些应用，请查阅资料，举例说明定位技术在生活中的应用。 （2）综合性作业。 选择生活中的一些物品，基于日常生活中存在的问题，为这些物品赋予定位功能，可以产生什么功能？能解决生活中的哪些难题？ 名称问题功能防丢钥匙经常找不到 、容易丢失丢失以后 , 手机查找 , 显示位置并 自动发出声音或光线
组织学生展示成 果，并简要说明 小组 探究 的过 程，以及定位技 术在智能导航中 的作用。 对课堂所学知识 点进 行 归纳 总 结。 组织不同层次的 学生完成作业， 让所有学生完成 基础性作业，让 学有余力的学生 完成 综 合 性 作 业。 通过展示交流， 培养学生的语 言表达能力。 帮助学生总结 梳理知识结构、 强化重难点。 通过布置分层 作业，帮助学生 巩固所学知识， 拓展提升，让不 同层次的学生 都能有所提高。
九、板书设计
十、教学反思
项目准备阶段，教师可以提前让学生体验生活中手机导航的使用，了解手机导航的使用步骤，包括打开导航软件→ 设置目的地→选择路线→ 开始导航。手机导航的功能有确定定位、路线规划和路况提醒等。提出问题：手机导航是如何知道用户当前位置的？引出手机中的定位传感器设备及定位技术。在了解卫星定位技术的基础上，思考定位传感器是如何获取数据的，定位传感器获取的数据对导航有什么作用，引发学生思考。
项目实施阶段，围绕“我在哪（确定位置）→ 离目的地距离（规划路线）→ 路上堵不堵（预测路况）”展开活动探究。 “ 运用定位确定位置”环节，可以引导学生从定位对象（手机）、收集的信息类型（位置和方向）、与实际位置是否有偏差等方面进行实践、观察并记录结果。并通过对定位原理的介绍，让学生了解定位需要的设备、采集的数据类型。引导学生运用学到的知识解释生活中的现象，以检测学习效果。例如，关闭手机定位服务，为什么无法获取位置信息？在封闭的地下室，为什么提示“卫星信号弱 ”？在城市高架桥上，为什么显示在地面？最后归纳手机中安装了位置传感器，通过接收卫星信号，可以获取位置和方向等信息，使用手机导航时必须要开启手机中的定位服务。“运用定位规划路线”环节，分为定位与距离、定位与时间 2 个任务展开探究，可以通过设置模拟地图、建筑和线路，让学生规划路线和估算时间。 “ 运用定位预测路况 ”环节，要让学生理解当导航系统收集到足够的交通数据时，它可以利用各种算法来检测和预测交通拥堵，并重新规划路线， 以避开拥堵区域，节省时间和燃料。总之，通过项目学习，要让学生理解在导航系统中，感知层利用定位技术获取车辆的位置信息，通过网络传给云平台。云平台对数据进行处理，不仅可以计算出当前位置与目的地的距离，预测到达时间，还可以预判道路的拥堵状况，提供导航服务，了解定位技术在车载导航系统中的作用，理解车载导航的工作原理。

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