人教版2024新版八年級全一冊信息技術(shù)第6課 數(shù)據(jù)傳輸方式多 教學(xué)設(shè)計

第第頁人教版(2024新版）\o"八年級全一冊"八年級全一冊信息技術(shù)第二單元\o"第2單元萬物互聯(lián)有協(xié)議"萬物互聯(lián)有協(xié)議第6課數(shù)據(jù)傳輸方式多教學(xué)設(shè)計一、學(xué)情分析學(xué)生在日常生活中已經(jīng)接觸到了各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍?，如通過網(wǎng)絡(luò)下載文件、使用藍牙傳輸照片等。但對于不同的數(shù)據(jù)傳輸方式的特點和適用場景缺乏系統(tǒng)的認識。學(xué)生具有一定的信息技術(shù)操作基礎(chǔ)和探索欲望，能夠在教師的引導(dǎo)下進行自主學(xué)習(xí)和實踐操作。二、教材分析本單元圍繞萬物互聯(lián)有協(xié)議展開，第六課主要介紹數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喾N方式。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生將了解不同數(shù)據(jù)傳輸方式的原理、特點和應(yīng)用，為后續(xù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三、核心素養(yǎng)教育目標1.信息意識：讓學(xué)生認識到數(shù)據(jù)傳輸在信息時代的重要性，能夠根據(jù)實際需求選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸方式。2.計算思維：培養(yǎng)學(xué)生分析問題、比較不同數(shù)據(jù)傳輸方式的能力，以及設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸方案的思維。3.數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：引導(dǎo)學(xué)生利用信息技術(shù)手段探索不同數(shù)據(jù)傳輸方式的應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。4.信息社會責(zé)任：教育學(xué)生在數(shù)據(jù)傳輸過程中遵守法律法規(guī)，注意數(shù)據(jù)安全和隱私保護。四、教學(xué)重點與難點教學(xué)重點1.掌握物聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶瓦^程。2.理解物聯(lián)網(wǎng)中不同通信協(xié)議的特點。教學(xué)難點1.區(qū)分各種數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議的適用場景。2.深入理解數(shù)據(jù)傳輸過程中的技術(shù)實現(xiàn)。五、教學(xué)準備1.收集物聯(lián)網(wǎng)中不同數(shù)據(jù)傳輸方式的實物或模型，如有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。2.制作PPT課件，展示各種數(shù)據(jù)傳輸方式的圖片、原理圖和應(yīng)用案例。3.準備一些簡單的物聯(lián)系統(tǒng)演示道具，用于課堂演示數(shù)據(jù)傳輸過程。4.設(shè)計一些與數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議相關(guān)的問題卡片，用于課堂互動。六、教學(xué)過程（一）導(dǎo)入新課師：同學(xué)們，我們已經(jīng)知道了物聯(lián)網(wǎng)是由各種設(shè)備連接而成的龐大網(wǎng)絡(luò)，那么這些設(shè)備之間的數(shù)據(jù)是如何傳輸?shù)哪?？今天，我們就一起來探索物?lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膴W秘，了解不同的數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議。（展示一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭赢嫽蛞曨l，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。）（二）新課講解1.物聯(lián)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸過程（1）數(shù)據(jù)產(chǎn)生師：在物聯(lián)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是由各種傳感器和設(shè)備產(chǎn)生的。例如，溫度傳感器會測量環(huán)境溫度并產(chǎn)生溫度數(shù)據(jù)，攝像頭會拍攝圖像并產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是物聯(lián)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它們反映了物聯(lián)系統(tǒng)所監(jiān)測的對象的狀態(tài)和變化。（展示一些傳感器和設(shè)備產(chǎn)生數(shù)據(jù)的示意圖，讓學(xué)生直觀地了解數(shù)據(jù)的產(chǎn)生過程。）（2）數(shù)據(jù)采集師：產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要被采集到物聯(lián)系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)采集可以通過有線或無線的方式進行。有線方式通常使用電纜或光纖等物理連接，將傳感器和設(shè)備與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接起來。無線方式則使用無線電波、紅外線、藍牙等技術(shù)，將數(shù)據(jù)從傳感器和設(shè)備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集設(shè)備。（展示有線和無線數(shù)據(jù)采集的示意圖，講解它們的工作原理和特點。）（3）數(shù)據(jù)傳輸師：采集到的數(shù)據(jù)需要被傳輸?shù)轿锫?lián)系統(tǒng)的其他部分，如服務(wù)器、控制器或其他設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸可以使用有線或無線的方式，也可以使用近距離通信或遠距離通信。有線傳輸通常使用以太網(wǎng)、串口等技術(shù)，具有穩(wěn)定、高速的特點，但需要物理連接，限制了設(shè)備的移動性。無線傳輸則使用WiFi、藍牙、ZigBee、LoRa等技術(shù)，具有靈活、方便的特點，但可能受到干擾和距離限制。近距離通信通常用于設(shè)備之間的短距離數(shù)據(jù)傳輸，如藍牙、ZigBee等。遠距離通信則用于設(shè)備與服務(wù)器之間的長距離數(shù)據(jù)傳輸，如WiFi、移動網(wǎng)絡(luò)等。（通過示意圖和實例，詳細講解不同的數(shù)據(jù)傳輸方式和它們的特點。）（4）數(shù)據(jù)處理師：傳輸?shù)轿锫?lián)系統(tǒng)其他部分的數(shù)據(jù)需要進行處理和分析。數(shù)據(jù)處理可以在服務(wù)器、控制器或其他設(shè)備上進行。數(shù)據(jù)處理的目的是提取有用的信息，做出決策，并控制物聯(lián)系統(tǒng)的運行。數(shù)據(jù)處理可以使用各種算法和技術(shù)，如數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)、人工智能等。（展示數(shù)據(jù)處理的流程圖，講解數(shù)據(jù)處理的過程和方法。）（5）數(shù)據(jù)存儲師：處理后的數(shù)據(jù)可以被存儲在物聯(lián)系統(tǒng)中，以便后續(xù)查詢和分析。數(shù)據(jù)存儲可以使用數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)等技術(shù)。數(shù)據(jù)存儲的目的是保留物聯(lián)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，以便進行趨勢分析、故障診斷等。（展示數(shù)據(jù)存儲的示意圖，講解數(shù)據(jù)存儲的方式和特點。）2.物聯(lián)網(wǎng)中的有線傳輸（1）以太網(wǎng)定義：以太網(wǎng)是一種基于總線型或星型拓撲結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)技術(shù)，使用雙絞線、光纖等物理介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸。工作原理：以太網(wǎng)采用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測）協(xié)議，允許多個設(shè)備共享同一物理介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸。當一個設(shè)備想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會先監(jiān)聽物理介質(zhì)是否空閑。如果空閑，設(shè)備就會發(fā)送數(shù)據(jù)。如果物理介質(zhì)正在被其他設(shè)備使用，設(shè)備就會等待一段時間，然后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上傳輸時，其他設(shè)備會監(jiān)聽物理介質(zhì)上的數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與自己的地址匹配，設(shè)備就會接收數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與自己的地址不匹配，設(shè)備就會忽略數(shù)據(jù)。特點：以太網(wǎng)具有高速、穩(wěn)定、可靠的特點，適用于需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀５?，以太網(wǎng)需要物理連接，限制了設(shè)備的移動性。應(yīng)用場景：以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于企業(yè)、學(xué)校、家庭等場所的局域網(wǎng)建設(shè)，以及工業(yè)自動化、智能交通等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。（展示以太網(wǎng)的實物和圖片，講解其工作原理和特點。）（2）串口通信定義：串口通信是一種基于串行通信協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸方式，使用串口線將兩個設(shè)備連接起來進行數(shù)據(jù)傳輸。工作原理：串口通信采用異步通信方式，發(fā)送方和接收方通過約定的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸。當發(fā)送方想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行比特流，并按照約定的參數(shù)將比特流發(fā)送到串口線上。接收方則會按照約定的參數(shù)從串口線上接收比特流，并將比特流轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。特點：串口通信具有簡單、可靠、成本低的特點，適用于設(shè)備之間的短距離數(shù)據(jù)傳輸。但是，串口通信的速度相對較慢，不適合大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?yīng)用場景：串口通信廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、儀器儀表、智能家居等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。（展示串口通信的實物和圖片，講解其工作原理和特點。）3.物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳輸（1）WiFi定義：WiFi是一種基于IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)技術(shù)，使用無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸。工作原理：WiFi采用CSMA/CA（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免）協(xié)議，允許多個設(shè)備共享同一無線信道進行數(shù)據(jù)傳輸。當一個設(shè)備想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會先監(jiān)聽無線信道是否空閑。如果空閑，設(shè)備就會發(fā)送數(shù)據(jù)。如果無線信道正在被其他設(shè)備使用，設(shè)備就會等待一段時間，然后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。為了避免沖突，設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前會先發(fā)送一個請求發(fā)送（RTS）信號，接收方在收到RTS信號后會發(fā)送一個允許發(fā)送（CTS）信號。發(fā)送方在收到CTS信號后才會發(fā)送數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)在無線信道上傳輸時，其他設(shè)備會監(jiān)聽無線信道上的數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與自己的地址匹配，設(shè)備就會接收數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與自己的地址不匹配，設(shè)備就會忽略數(shù)據(jù)。特點：WiFi具有高速、靈活、方便的特點，適用于家庭、辦公室、公共場所等場所的無線局域網(wǎng)建設(shè)。但是，WiFi的覆蓋范圍有限，信號容易受到干擾。應(yīng)用場景：WiFi廣泛應(yīng)用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦等移動設(shè)備的無線接入，以及智能家居、智能辦公等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。（展示W(wǎng)iFi的實物和圖片，講解其工作原理和特點。）（2）藍牙定義：藍牙是一種基于短距離無線通信技術(shù)的標準，使用無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸。工作原理：藍牙采用跳頻擴頻（FHSS）技術(shù)，將2.4GHz的頻段分成79個信道，每個信道的帶寬為1MHz。藍牙設(shè)備在通信時會在這79個信道中隨機跳頻，以避免干擾和沖突。藍牙設(shè)備之間的通信采用主從模式，一個設(shè)備作為主設(shè)備，其他設(shè)備作為從設(shè)備。主設(shè)備負責(zé)發(fā)起通信、控制信道的分配和數(shù)據(jù)的傳輸。從設(shè)備則負責(zé)響應(yīng)主設(shè)備的請求、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。特點：藍牙具有低功耗、低成本、短距離通信的特點，適用于設(shè)備之間的近距離數(shù)據(jù)傳輸。但是，藍牙的傳輸速度相對較慢，不適合大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?。?yīng)用場景：藍牙廣泛應(yīng)用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦、無線耳機、無線音箱等移動設(shè)備的無線連接，以及智能家居、智能穿戴等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。（展示藍牙的實物和圖片，講解其工作原理和特點。）（3）ZigBee定義：ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標準的低功耗、低成本、短距離無線通信技術(shù)，使用無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸。工作原理：ZigBee采用網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，每個設(shè)備都可以作為路由器，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其他設(shè)備。ZigBee設(shè)備之間的通信采用自組織網(wǎng)絡(luò)（Adhocnetwork）模式，設(shè)備可以自動發(fā)現(xiàn)附近的其他設(shè)備，并建立通信連接。ZigBee設(shè)備在通信時會采用低功耗模式，只有在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才會喚醒無線模塊，以降低功耗。特點：ZigBee具有低功耗、低成本、短距離通信、自組織網(wǎng)絡(luò)的特點，適用于智能家居、智能農(nóng)業(yè)、智能工業(yè)等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。但是，ZigBee的傳輸速度相對較慢，不適合大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?yīng)用場景：ZigBee廣泛應(yīng)用于智能家居、智能農(nóng)業(yè)、智能工業(yè)等領(lǐng)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以及無線遙控器、無線抄表等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。（展示ZigBee的實物和圖片，講解其工作原理和特點。）（4）LoRa定義：LoRa是一種基于擴頻技術(shù)的長距離、低功耗無線通信技術(shù)，使用無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸。工作原理：LoRa采用線性調(diào)頻擴頻（CSS）技術(shù)，將信號擴展到很寬的頻帶上，以提高抗干擾能力和傳輸距離。LoRa設(shè)備之間的通信采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，一個LoRa網(wǎng)關(guān)作為中心節(jié)點，多個LoRa終端設(shè)備作為從節(jié)點。LoRa終端設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到LoRa網(wǎng)關(guān)，LoRa網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器或其他設(shè)備。特點：LoRa具有長距離、低功耗、抗干擾能力強的特點，適用于物聯(lián)網(wǎng)中的遠距離數(shù)據(jù)傳輸。但是，LoRa的傳輸速度相對較慢，不適合大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?。?yīng)用場景：LoRa廣泛應(yīng)用于智能城市、智能物流、智能農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的遠距離數(shù)據(jù)傳輸，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。（展示LoRa的實物和圖片，講解其工作原理和特點。）4.物聯(lián)網(wǎng)中的通信協(xié)議（1）MQTT定義：MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport）是一種基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級消息傳輸協(xié)議，適用于物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備間通信。工作原理：MQTT采用客戶端/服務(wù)器模式，設(shè)備作為客戶端連接到MQTT服務(wù)器?？蛻舳丝梢园l(fā)布消息到特定的主題，其他訂閱了該主題的客戶端可以接收到這些消息。MQTT協(xié)議具有簡單、高效、低帶寬的特點，適用于資源受限的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。特點：輕量級、低帶寬、發(fā)布/訂閱模式、支持QoS（服務(wù)質(zhì)量）等級。應(yīng)用場景：智能家居、智能工業(yè)、智能交通等領(lǐng)域的設(shè)備間通信。（展示MQTT的原理圖和應(yīng)用案例，講解其工作原理和特點。）（2）CoAP定義：CoAP（ConstrainedApplicationProtocol）是一種專門為資源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計的協(xié)議，基于RESTful架構(gòu)。工作原理：CoAP采用客戶端/服務(wù)器模式，設(shè)備作為客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器響應(yīng)請求并返回結(jié)果。CoAP協(xié)議具有簡單、高效、低功耗的特點，適用于物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備間通信和設(shè)備與服務(wù)器之間的通信。特點：簡單、高效、低功耗、支持RESTful架構(gòu)、支持多播。應(yīng)用場景：智能家居、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療等領(lǐng)域的設(shè)備間通信和設(shè)備與服務(wù)器之間的通信。（展示CoAP的原理圖和應(yīng)用案例，講解其工作原理和特點。）（3）HTTP定義：HTTP（HypertextTransferProtocol）是一種用于傳輸超文本的協(xié)議，廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)中的Web服務(wù)。工作原理：HTTP采用客戶端/服務(wù)器模式，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器響應(yīng)請求并返回結(jié)果。HTTP協(xié)議具有簡單、通用、易于實現(xiàn)的特點，適用于物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備與服務(wù)器之間的通信。特點：簡單、通用、易于實現(xiàn)、支持多種數(shù)據(jù)格式。應(yīng)用場景：物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備與服務(wù)器之間的通信，如設(shè)備向服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)、服務(wù)器向設(shè)備下發(fā)指令等。（展示HTTP的原理圖和應(yīng)用案例，講解其工作原理和特點。）（三）鞏固練習(xí)1.數(shù)據(jù)傳輸方式分類（1）將學(xué)生分成若干小組，每個小組發(fā)放一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的圖片和說明。（2）學(xué)生根據(jù)圖片和說明，將這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備按照數(shù)據(jù)傳輸方式進行分類，分為有線傳輸和無線傳輸、近距離通信和遠距離通信。（3）每個小組推選一名代表進行發(fā)言，介紹本小組的分類結(jié)果和理由。（4）教師對學(xué)生的發(fā)言進行點評，總結(jié)不同數(shù)據(jù)傳輸方式的特點和適用場景。（通過分類活動，鞏固學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式的認識，提高學(xué)生的分析和歸納能力。）2.通信協(xié)議對比（1）教師準備一些關(guān)于不同通信協(xié)議的問題，如MQTT、CoAP、HTTP的特點和應(yīng)用場景等。（2）學(xué)生分成小組，進行討論和回答問題。每個小組推選一名代表進行發(fā)言，闡述本小組的觀點。（3）教師對學(xué)生的發(fā)言進行點評，總結(jié)不同通信協(xié)議的優(yōu)缺點和適用范圍。（通過對比分析不同通信協(xié)議，加深學(xué)生對通信協(xié)議的理解，提高學(xué)生的比較和評價能力。）3.物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計（1）教師提出一個物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)，如設(shè)計一個智能家居系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)等。（2）學(xué)生分成小組，進行物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計。學(xué)生需要考慮物聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議的選擇，以及系統(tǒng)的功能和性能要求。（3）學(xué)生在小組內(nèi)進行討論和設(shè)計，繪制物聯(lián)系統(tǒng)的架構(gòu)圖，撰寫設(shè)計說明。（4）每個小組推選一名代表進行發(fā)言，展示本小組的物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計方案。（5）其他小組的學(xué)生對展示的方案進行評價，提出優(yōu)點和不足之處。（6）教師對每個小組的方案進行點評，評選出最佳設(shè)計方案。（通過物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計活動，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)生將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際問題中。）（四）課堂小結(jié)師：同學(xué)們，今天我們一起學(xué)習(xí)了物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶屯ㄐ艆f(xié)議。我們了解了物聯(lián)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸過程，包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生、采集、傳輸、處理和存儲。我們還學(xué)習(xí)了物聯(lián)網(wǎng)中的有線傳輸和無線傳輸、近距離通信和遠距離通信，以及不同的通信協(xié)議的特點和應(yīng)用場景。通過學(xué)習(xí)，我們知道了物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾院蛷?fù)雜性，也了解了如何選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議來滿足不同的應(yīng)用需求。希望同學(xué)們在今后的學(xué)習(xí)和生活中，能夠關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，積極探索物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，為推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做出自己的貢獻。（五）作業(yè)布置1.查閱資料，了解更多關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式和通信協(xié)議的知識