新一代信息技術教案 第4章 萬物互聯(lián)

教案首頁課題名稱第4章萬物互聯(lián)（2）——4.4~4.5課次9授課類型理論□實踐□理實一體□其他學時2授課日期授課班級授課地點教學目的與要求知識目標：1.了解物聯(lián)網(wǎng)的工作方式和體系架構；2.了解物聯(lián)網(wǎng)的應用場景。能力目標：能夠清晰物聯(lián)網(wǎng)的體系架構；能簡單描述物聯(lián)網(wǎng)的應用場景。素質目標：1.了解倫理道德準則，規(guī)范日常信息行為；2.了解相關法律法規(guī)并自覺遵守；3.具備信息安全意識和相關防護能力。課程思政目標：增強民族自豪感，學習大國工匠精神，樹立科技報國思想。教學重點物聯(lián)網(wǎng)的體系架構物聯(lián)網(wǎng)的應用場景教學難點物聯(lián)網(wǎng)的體系架構教學方法與手段教學方法：課件講解、舉例說明、對比分析、啟發(fā)引導學生學法：預習—聽講---討論---復習—自學擴展設計意圖：激發(fā)學生學習興趣、提高課堂學習效率教學資源：課件、視頻資料課程思政要素要點通過對物聯(lián)網(wǎng)的應用場景的介紹，和我國物聯(lián)網(wǎng)技術應用情況的介紹，增強學生的民族自豪感，樹立學生科技報國志向。課外作業(yè)補充作業(yè)教學反思物聯(lián)網(wǎng)的體系結構學生較難理解，盡量用淺顯易懂的實例說明。教案紙第4章萬物互聯(lián)（2）——4.4-4.5一、整體設計1.復習引入（10分鐘）2.新知識講解（80分鐘）4.4物聯(lián)網(wǎng)的體系架構4.5物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的世界3.總結與布置作業(yè)（10分鐘）二、復習引入1.上節(jié)課內容回顧：（1）物聯(lián)網(wǎng)的基本概念（2）物聯(lián)網(wǎng)的體系架構的發(fā)展史2.新課引入物聯(lián)網(wǎng)的體系架構是怎樣的？三、新知識講解1.物聯(lián)網(wǎng)的體系架構3層技術架構根據(jù)技術框架，物聯(lián)網(wǎng)通?？煞譃?層：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層相當于人體的皮膚和五官，網(wǎng)絡層相當于人體的神經(jīng)中樞和大腦，應用層相當于人的社會分工。感知層包括條碼和掃描器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、傳感器網(wǎng)絡等，其中條碼和RFID標簽顯示身份，傳感器捕捉狀態(tài)，攝像頭記錄圖像，GPS進行跟蹤定位，最終實現(xiàn)識別物體、采集信息的目標。（1）感知層：物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎，實現(xiàn)信息采集的關鍵部分。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)結構中的最底層，以RFID、傳感器、二維碼等為主，利用傳感器收集設備信息，利用RFID技術在一定范圍內實現(xiàn)發(fā)射和識別。主要是通過傳感器識別物體，從而采集數(shù)據(jù)信息。條碼：物聯(lián)網(wǎng)的第一代身份證電子標簽：物聯(lián)網(wǎng)的第二代身份證RFID技術是指利用無線電波對記錄媒體進行讀寫的一種自動識別技術。RFID技術和其他識別技術相比，具有無需接觸、自動化程度高、耐用可靠、識別速度快、適應多種工作環(huán)境、可實現(xiàn)高速識別和多標簽同時識別等特點，在物流和供應鏈管理、門禁安防系統(tǒng)、道路自動收費、航空行李處理、文檔追蹤圖書館管理、電子支付、生產(chǎn)制造和裝配、物品監(jiān)視、汽車監(jiān)控以及動物身份標識等領域都有著廣泛的應用前景。傳感器：物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)元傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的感覺器官，可以感知、探測、采集和獲取目標對象各種形態(tài)的信息，是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的主要部件，是信息技術的源頭，也是現(xiàn)代信息社會賴以生存和發(fā)展的技術基礎。（2）網(wǎng)絡層：物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)架構的中間環(huán)節(jié)，是基于現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)基礎上建立起來的，是架設在感知層與應用層之間的橋梁，主要負責信息接入、傳輸與承載，例如對傳感器采集的信息進行安全無誤的傳輸，并對收集到的信息傳輸給應用層。同時，網(wǎng)絡層“云計算”技術的應用確保建立實用、適用、可靠和高效的信息化系統(tǒng)和智能化信息共享平臺，實現(xiàn)對各種信息的共享和優(yōu)化管理。網(wǎng)絡層的主要核心技術包括：WSN、4G/5G、低速近距離無線通信、ZigBee、IP承載技術以及M2M技術等?；ヂ?lián)網(wǎng)——IPv6技術IPv6是lnternet工程任務組(IETF)用于替代現(xiàn)行版本IPv4的下一代IP協(xié)議，地址長度從32位拓展到128位，可以解決IPv4地址不足的問題。現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)是在IPv4協(xié)議的基礎，其地址空IPv4定義的有限地址空間將被耗盡，而地址空間不足必將影響互聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展。為了擴大地址空間，可通過IPv6重新定義地址空間。移動通信網(wǎng)——4G/5G技術1G的意義在于將人們從固定電話帶人移動通信時代；2G的意義在于將所有用戶視為漫游用戶，并將其從模擬移動通信帶入數(shù)字移動通信時代，推動了移動通信的大范圍普及；3G的意義在于帶動了數(shù)據(jù)通信的蓬勃發(fā)展，塑造了移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)；4G的意義在于將承載數(shù)據(jù)業(yè)務的無線寬帶作為通信基礎設施，標志著數(shù)據(jù)業(yè)務接替語音業(yè)務成為主流；5G的意義在于除了滿足人類移動通信需求之外，開始大力發(fā)展面向物體的通信解決方案，構建物聯(lián)網(wǎng)的基礎設施；6G的意義在于有望實現(xiàn)陸地通信、水下通信、衛(wèi)星通信與平流層通信等技術的融合。ZigBee除了Wi-Fi、藍牙之外，ZigBee是目前最重要的無線通信協(xié)議之一，主要應用于物聯(lián)網(wǎng)和智能硬件等領域。ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率及低成本的雙向無線通信協(xié)議，其具有的上述特點使它能在智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護理及個人健康等領域有所作為；主要用于距離短、功耗低日傳輸速率不高的各種電子設備之間的數(shù)據(jù)傳輸以及典型的周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)的傳輸。（3）應用層：物聯(lián)網(wǎng)的“加工廠”應用層主要解決信息處理和人機界面的問題，也即輸入輸出控制終端。例如，手機、智能家居的控制器等等，主要通過數(shù)據(jù)處理及解決方案來提供人們所需的信息服務。應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，并與行業(yè)需求緊密結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用，針對的是直接用戶，為用戶提供豐富的服務及功能，用戶也可以通過終端在應用層定制自己需要的服務：比如查詢信息、監(jiān)視信息、控制信息等等。應用層涉及的關鍵技術可分為應用設計、應用支撐、終端設計3個子類，核心技術主要包括：中間件技術、智能技術以及云計算技術等。2．物聯(lián)網(wǎng)的應用場景智慧生活智能生活平臺可以自由的與主流智能家居品牌產(chǎn)品互通，任何時候，任何場合，家庭用戶可以自由的通過無線鏈接Internet，通過主流的互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)通信渠道，配合豐富的智能家居產(chǎn)品終端，構建享受智能家居控制系統(tǒng)帶來的新的生活方式，多方位、多角度地呈現(xiàn)家庭生活中更舒適、更方便、更安全和更健康的具體場景，進而共同打造出具備共享智慧生活理念的智能社區(qū)，從生活資訊，到健康診療，從遠程門鎖控制，到合理家庭用電策略建議部署，從嚴謹?shù)募彝グ卜?，到細微的家庭環(huán)境質量分析建議部署，全方位的體現(xiàn)智能生活的精彩。（1）物聯(lián)網(wǎng)與無人超市無人超市從興起到現(xiàn)在經(jīng)歷了開放式貨架、半開放式貨架、全封閉式貨架三個階段的無人便利店模式。（2）物聯(lián)網(wǎng)與共享單車共享單車是指企業(yè)在校園、地鐵站點、公交站點、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、公共服務區(qū)等提供自行車單車共享服務，是種分時租賃模式和一種新型環(huán)保共享經(jīng)濟。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常分為三個層次：①感知層，利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息；②網(wǎng)絡層，通過各種電信基礎網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，實現(xiàn)對物體信息的實時準確傳遞；③應用層，對感知層得到的信息進行處理，實現(xiàn)對物體的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等實際應用。（3）物聯(lián)網(wǎng)與智能家居在家電和家具中嵌入物聯(lián)網(wǎng)智能感知終端節(jié)點，使家電通過無線網(wǎng)絡融人家庭物聯(lián)網(wǎng)中，將會為住戶提供更加舒適宜人、智能化的家居環(huán)境。利用遠程監(jiān)控系統(tǒng)，主人可以對家電進行遠程遙控。例如，在寒冷的冬天或炎熱的夏天，我們回家前半小時打開空調，這樣到家的時候我們就可以立刻享受舒適的室溫了。其他的家電，例如電飯鍋、微波爐、電冰箱、電話機、電視機等，都可以按照我們自己的遙控指令在網(wǎng)絡中實現(xiàn)對家中的電器的控制。（4）物聯(lián)網(wǎng)與智慧醫(yī)療智慧醫(yī)療通過打造健康檔案區(qū)域醫(yī)療信息平臺，利用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)患者與醫(yī)務人員、醫(yī)療機構、醫(yī)療設備之間的互動，從而使患者只要用較短的等療時間，支付基本的醫(yī)療費用，就可以享受安全、便利、優(yōu)質的診療服務。隨著技術的進步，在不久的將來醫(yī)療行業(yè)將融入人工智能(AI)，使智慧醫(yī)療走進尋常百姓的生活，從根本上解決“看病難、看病貴”等問題，真正做到“人人健康，健康人人”，讓醫(yī)療服務走向真正意義的智能化與人性化。四、總結及布置作業(yè)1.總結本節(jié)課我們從物聯(lián)網(wǎng)的概念、誕生及發(fā)展歷史入手，學習了物聯(lián)網(wǎng)的工作方式。2.布置作業(yè)：查閱物聯(lián)網(wǎng)相關資料五、板書設計第4章萬物互聯(lián)一、復習回顧1.物聯(lián)網(wǎng)的概念2.物聯(lián)網(wǎng)的工作方式二、物聯(lián)網(wǎng)的前世今生1.感知層：物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官條碼：物聯(lián)網(wǎng)的第一代身份證電子標簽：物聯(lián)網(wǎng)的第二代身份證傳感器：物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)元2.網(wǎng)絡層：物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦互聯(lián)網(wǎng)——IPv6技術移動通信網(wǎng)——4G/5G技術ZigBee3.應用層：物聯(lián)網(wǎng)的“加工廠”三、物聯(lián)網(wǎng)的應用場景1.物聯(lián)網(wǎng)