资源简介

(共17张PPT)
第2课
物联网的特征与架构
八年级
上
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
物联网的特征
04
物联网的架构
05
实践活动
06
课堂练习
07
课堂小结
08
板书设计
教学目标
能够了解物联网技术在社会发展中的重要作用，认识到信息技术对社会的双重影响，增强社会责任感。
信息社会责任
能够认识到物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，对日常生活和社会发展的重要性。
信息意识
能够理解物联网的三大特征和三层架构（感知层、网络层、应用层）及其工作原理，培养抽象思维和系统思维能力。
计算思维
能够探索物联网技术的最新进展和应用实例，激发创新思维和创造力，尝试将物联网技术应用于实际生活中。
数字化学习与创新
探究新知
一、物联网的特征
小蓝把家中设备换成能接入物联网的设备后，上班和外出变得非常方便。他只需拿出手机打开客户端，就可以查看家中各个家用电器的状态；如果有异常，只需动动手指就能把它们关掉。这就是物联网的便捷之处——随时随地，远程掌控。
智能家居场景
探究新知
一、物联网的特征
请同学们思考：为什么小蓝需要更换设备？传统的家用电器为什么不能被远程操控呢？
传统家电只有电源开关，没有传感器和联网模块，不能感知状态，也不能与网络通信。而物联网设备嵌入了传感器和通信模块，能够自动采集信息并通过网络传输，从而实现远程监控和智能控制。
思考讨论
实践活动
实践一 家庭生活小调查
1. 水、电、燃气与我们生活息息相关。向家长了解：在没有互联网之前如何缴费？现在每家每户如何知道每天用了多少电？电表的工作原理是什么？
2. 记录家庭每日电费消耗，进行可视化分析，找出可以节省的地方。
3. 思考：断开家里Wi-Fi后，还能远程看到家电信息吗？为什么？
实践活动
讨论交流
根据调查，与同学交流讨论：
物联网工作必不可少的条件是什么？
（参考：要有传感器采集信息、要有网络传输信息、要有处理中心分析控制）
常见的家庭智能设备有什么功能？它们和传统家电的构造有何不同？是否更耗电？
（参考：智能设备内置传感器、Wi-Fi模块和微处理器，能自动感知和联网；待机功耗低，但功能更多）
探究新知
一、物联网的特征
要想实现一个物联网，主要包括以下三个步骤：
(1)对物体属性进行标识，包括静态属性和动态属性。静态属性可以直接存储在标签中，动态属性则需要传感器实时探测。
(2)由识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式。
(3)将物体信息通过网络传输到信息处理中心（可能是分布式的，如家中电脑、手机、边缘计算；也可能是集中式的，如大数据中心），由处理中心完成物体通信的相关计算。
构建物联网的三步骤
探究新知
一、物联网的特征
由此，可以概括出物联网的三大特征：全面感知、可靠传送、智能处理。物联网体系架构正是围绕这三个特征构建的。
物联网的三大特征
探究新知
一、物联网的特征
(1)全面感知：物联网利用射频识别、二维码、全球定位系统、摄像头、传感器、网络等感知、捕获、测量的技术手段，随时随地对物体进行信息的采集和获取。
物联网的三大特征
探究新知
一、物联网的特征
(2)可靠传送：物联网通过各种通信网、广电网与互联网的融合，将物体信息接入网络，随时随地进行信息的交互和共享。
物联网的三大特征
探究新知
一、物联网的特征
(3)智能处理：物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域，并从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。
物联网的三大特征
探究新知
二、物联网的架构
物联网的三层架构
探究新知
二、物联网的架构
1.感知层
感知层是物联网采集信息、识别物品的技术手段。它分为数据采集与执行、短距离无线通信两部分，运用智能传感技术、身份识别等技术对物品进行基础信息采集，同时接收上层控制信息完成执行动作。
例如：数码相机拍照上传网络就是感知层在获取信息；靠近扶梯扶梯启动（光电传感器）、空调根据室温自动开关（温度传感器），都是感知层在工作。
探究新知
二、物联网的架构
2.网络层
网络层解决的问题是将感知层获得的信息数据，通过互联网、4G/5G移动网络、企业内部网、小型局域网等手段传送到终端设备上。
网络层是物联网的中间层，相当于人体的神经中枢，负责传递和处理感知层获取的信息，实现两个端系统之间的数据透明传送。
探究新知
二、物联网的架构
3.应用层
应用层与各种行业需求相结合，实现物联网技术在现实世界中的应用。它包括公众服务和行业服务：公众服务面向普通用户，如智能家居、可穿戴设备；行业服务面向特定行业，如智能电网、智能灌溉、智能交通、智能医疗等。
探究新知
二、物联网的架构
实践二 小蓝外出度假，家中宠物无人照料。他新买的自动喂食机可以定时定量投放食物，还能通过传感器采集家中温湿度、光照，用户据此远程控制空调或窗帘，让宠物生活环境达到最优。
请根据三层架构对该智能家居系统进行分类：
感知层：温湿度传感器、光照传感器、食物余量传感器、摄像头
网络层：Wi-Fi连接、手机App远程通信
应用层：定时投喂、远程控制空调/窗帘、环境监测报警
实践二：智能家居分析物联网的特征与架构 教学设计
课题 物联网的特征与架构 单元 走进物联网
学科 初中信息科技 年级 八年级
教材 赣科版八年级上册 课时 第一课时
课型 新授课 主题 调查物联网对未来城市的影响
教材分析
本课在学生初步认识物联网概念和发展历程的基础上，进一步系统讲解物联网的三大特征和三层架构。教材以智能家居场景引入——小蓝通过手机远程控制家中电器，引导学生思考传统家电与物联网设备的本质区别；通过"家庭生活小调查"实践活动，让学生向家长了解水电气缴费方式的变迁，自主归纳物联网工作的三个必要条件（传感器、网络、处理中心）。在此基础上，教材讲解构建物联网的三个步骤，提炼出全面感知、可靠传送、智能处理三大特征，并详细介绍感知层、网络层、应用层三层架构的功能与典型设备。最后通过自动喂食机案例，让学生将具体智能家居系统对应到三层架构中，实现知识迁移。
学习目标
信息意识：学生能够认识到物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，对日常生活和社会发展的重要性。
计算思维：学生能够理解物联网的三大特征和三层架构（感知层、网络层、应用层）及其工作原理，培养抽象思维和系统思维能力。
数字化学习与创新：学生能够探索物联网技术的最新进展和应用实例，激发创新思维和创造力，尝试将物联网技术应用于实际生活中。
信息社会责任：学生能够了解物联网技术在社会发展中的重要作用，认识到信息技术对社会的双重影响，增强社会责任感。
重点
本课教学重点是物联网的三大特征和三层架构。学生需要深入理解全面感知、可靠传送、智能处理三大特征的含义，掌握感知层、网络层、应用层的功能分工及各层典型设备，能够将具体物联网系统正确分层。
难点
本课难点在于三层架构之间的数据流转关系理解和具体设备的分层归类。感知层、网络层、应用层各有侧重，学生容易混淆网络层与应用层的边界；同时需要学生具备一定的抽象思维，将现实中的智能家居设备抽象到架构模型中。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课
（情境导入） 1. 智能家居场景引入：小蓝把家中设备换成能接入物联网的设备后，上班和外出变得非常方便。他只需拿出手机打开客户端，就可以查看家中各个家用电器的状态；如果有异常，动动手指就能把它们关掉。这就是物联网的便捷之处——随时随地，远程掌控。
2. 提问思考：为什么小蓝需要更换设备？传统家用电器为什么不能被远程操控呢？
3. 引导分析：传统家电只有电源开关，没有传感器和联网模块，不能感知状态，也不能与网络通信。而物联网设备嵌入了传感器和通信模块，能够自动采集信息并通过网络传输，从而实现远程监控和控制。 听教师讲述小蓝的智能家居故事。
思考传统家电与物联网设备的区别。
回答：传统家电缺少传感器和联网模块，不能自动采集信息和联网。 以贴近生活的智能家居场景引入，让学生直观感受物联网带来的便利，通过对比传统家电与物联网设备，激发探究欲望。
实践一
家庭生活小调查 1. 布置调查任务：
（1）水、电、燃气与我们生活息息相关。向家长了解：在没有互联网之前如何缴费？现在每家每户如何知道每天用了多少电？电表的工作原理是什么？
（2）记录家庭每日电费消耗，进行可视化分析，找出可以节省的地方。
（3）思考：物联网工作必不可少的条件是什么？
2. 组织讨论交流：
物联网工作三要素：要有传感器采集信息、要有网络传输信息、要有处理中心分析控制。
常见家庭智能设备（智能灯泡、智能插座、智能音箱）内置传感器和Wi-Fi模块，与传统家电构造不同。 分享课前调查结果：以前排队交水电费，现在手机App远程缴费、远程抄表。
交流家庭电费记录，讨论节能方法。
归纳物联网三要素：传感器+网络+处理中心。
讨论智能设备是否更耗电。 通过家庭生活调查，让学生从自身体验出发理解物联网如何改变生活，自主归纳物联网工作条件，为学习三大特征做铺垫。
讲授新课
一、物联网的特征 1. 讲解构建物联网的三步骤：
（1）对物体属性进行标识，包括静态属性和动态属性。静态属性可以直接存储在标签中，动态属性则需要传感器实时探测。
（2）由识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式。
（3）将物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算。
2. 引出三大特征：由此可以概括出物联网的三大特征——全面感知、可靠传送、智能处理。物联网体系架构正是围绕这三个特征构建的。
3. 逐一讲解：
（1）全面感知：物联网利用射频识别、二维码、GPS、摄像头、传感器等感知、捕获、测量的技术手段，随时随地对物体进行信息采集和获取。
（2）可靠传送：物联网通过各种通信网、广电网与互联网的融合，将物体信息接入网络，随时随地进行信息交互和共享。
（3）智能处理：物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等技术，从海量信息中分析加工有意义的数据，适应不同用户需求。 记录构建物联网三步骤。
理解三大特征含义。
举例说明：
全面感知——共享单车GPS定位
可靠传送——手机远程控制家电
智能处理——人脸识别门禁、智能推荐 从构建步骤自然归纳出三大特征，由具体到抽象；结合生活实例帮助学生理解，避免死记硬背。
讲授新课
二、物联网的架构 1. 展示物联网三层架构图，讲解三层之间的关系。
2. 感知层：物联网采集信息、识别物品的技术手段，分为数据采集与执行、短距离无线通信两部分。运用智能传感技术、身份识别等对物品进行基础信息采集，同时接收上层控制信息完成执行动作。例如：数码相机拍照上传网络就是感知层在获取信息。
3. 网络层：解决将感知层获得的信息数据通过互联网、4G/5G移动网络、企业内部网、局域网等传送到终端设备。网络层是物联网的中间层，相当于人体的神经中枢，负责传递和处理信息，实现两个端系统之间的数据透明传送。
4. 应用层：与各种行业需求相结合，实现物联网在现实世界的应用。包括公众服务（智能家居、可穿戴设备）和行业服务（智能电网、智能灌溉、智能交通、智能医疗等）。 记录三层架构名称和功能。
用人体类比理解：
感知层=五官/皮肤（采集信息）
网络层=神经（传递信息）
应用层=大脑决策+服务用户
举例各层典型设备。 用人体神经系统类比三层架构，帮助学生建立系统思维；通过具体例子让每层功能可感知。
实践二
智能家居分析 1. 案例：小蓝外出度假，家中宠物无人照料。他新买的自动喂食机可以定时定量投放食物，还能通过传感器采集家中温湿度、光照，用户据此远程控制空调或窗帘，让宠物生活环境达到最优。
2. 任务：请根据三层架构对该智能家居系统进行分类。
3. 参考答案：
感知层：温湿度传感器、光照传感器、食物余量传感器
网络层：Wi-Fi模块将数据传到云端服务器
应用层：手机App远程查看、自动喂食程序、远程控制空调窗帘 小组讨论自动喂食机各部分分别属于哪一层。
回答分类结果，其他组补充。
教师纠正易错点。 通过具体案例让学生将抽象架构知识应用于实际，检验学习效果，巩固三层架构理解。
课后练习 1. 画出本课物联网三层架构思维导图，标注各层典型设备和三大特征。
2. 观察家中3个智能设备，分别说明它们属于哪一层，实现了什么特征。
3. 选做：调查一个智能小区或智慧校园的安防系统，分析其三层架构。 独立完成课后练习。
画出思维导图，观察家中智能设备。 通过思维导图和观察练习，巩固三大特征与三层架构知识，培养知识迁移能力。
课堂小结 组织学生分小组总结本课内容，教师补充。
参考：本课我们学习了物联网的三大特征——全面感知、可靠传送、智能处理，以及三层架构——感知层（采集信息）、网络层（传输信息）、应用层（处理与应用）。感知层是物联网的"五官"，网络层是"神经中枢"，应用层是"大脑决策与服务"。三大特征贯穿三层架构：感知层实现全面感知，网络层实现可靠传送，应用层实现智能处理。 小组代表总结本课内容，其他组补充。
在教师引导下梳理知识体系。 学生自己总结知识，在头脑中形成结构化认知。
板书 第2课 物联网的特征与架构
一、三大特征
全面感知 → 可靠传送 → 智能处理
二、三层架构
感知层（五官）→ 网络层（神经）→ 应用层（大脑）
感知层：传感器、摄像头、RFID
网络层：互联网、4G/5G
应用层：智能家居、智能交通 从板书上归纳本课重点。 通过板书帮助学生形成本课知识结构图。

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