教案 单元5 5.4 了解物联网技术

3/13课题名称5.4了解物联网技术授课类型理实一体授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析本课程授课对象为高职各专业大一学生，课程开设在大一第一学期，学生情况在知识储备、学习特点和信息素养的情况如下。1.知识储备学生在高职或高中已经学习了信息技术课程，具备了基础的信息技术知识和技能。2.学习特点授课对象都是零零后的学生，在学习方面表现出如下特点。（1）喜欢实践动手操作，厌烦枯燥乏味的理论讲解；（2）喜欢任务式引导，情境设定，参与其中，厌烦平淡无极的说教；（3）乐于接受可视化教学资源，反感静态纸质学习材料；（4）偏爱颗粒化、模块化的学习过程，排斥时间冗长的教学过程；（5）对挑战性的题目感兴趣，对基础性题目求知欲偏低；（6）喜好电脑与互联网的应用，线上操作所见即所得可以引发学习兴趣。3.信息素养学生通过高职或高中信息技术课程的学习，具备了基础的信息技术学科素养，但是在数字化学习与创新方面仍需加强二、教学内容=1.知识目标2.能力目标主要技术特点感受物联网技术的魅力，拓展视野和思维3.素养目标通过小组学习，培养与人沟通、协同工作、口才表达等能力1.教学重点的基本概念、主要特点和5G技术的优势八、教学环节教学环节教学内容教学活动策略与意图环节一课程导入与学习任务(10分钟)1.问题导入：同学们，你了解物联网吗？在你的日常生活和学习中的使用过物联网吗？物联网是新一代信息技术之一，是非常热门的科技词汇，简单的说物联网就是物和物互联的网络，它利用并融合感知技术、识别技术、网络技术、通讯技术和云计算等技术，把控制器、传感器、人和物等连接起来，实现物和物，人与物的连接，最终得到智能化的网络。物联网被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面，其应用正在迅速向各个领域蔓延，从家居、医疗、物流、交通、零售、金融，从工业到农业，物联网的应用无处不在。了解和学习物联网知识不仅是工作的需要，也是现代生活的必需。本单元介绍物联网技术的基本概念、技术特点、典型应用、技术融合等内容。【学习任务】通过本节内容的学习，完成下列学习任务：

1.在学习过程中认真复习，梳理记录好学习笔记；2.了解物联网的定义和基本特征，初步接触物联网在生活中的一些运用；3.了解物联网发展的主要历程，知道我国物联网的发展态势；4.初步理解物联网的体系架构，理解感知层、网络层和应用层的关键技术特点；5.了解物联网在智慧物流、智能交通、智能安防、智慧能源环保、智能医疗、智慧建筑、智能制造智能家居、智能零售和智能农业等典型应用场景，能够举例说出物联网的应用实例；6.感受物联网的魅力，激发对物联网的兴趣，拓展视野和思维；7.通过小组学习，培养与人沟通、协同工作、口才表达等能力；8.完成单元考核评价中的相关任务。教师活动1.通过设问，讨论分析物联网在我们日常生活和学习中的应用。2.介绍物联网技术学科及发展态势。3.介绍了解物联网技术小节的学习任学生活动2.积极思考，回答问题。3.明确本小节的学习任务4.思考记录1.问题教学法，问题导入课程，激发学生对物联网技术技术的好奇心与学习愿望。2.讲授教学法，介绍物联网技术概述、本节知识图谱及学习任务，使学生了解本节教学内容的全貌教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二理解物联网的基本概念(10分钟)1.什么是物联网“物联网”（英文InternetofThings简称IOT）指的通过射频识别（RFID）(RFID+互联网）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。图5-53物联网就是“物物相连的互联网顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。2.物联网的基本特征从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传输和智能处理。全面感知—利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备随时随地感知（获取和采集）获取物体的各类信息。可靠传输—通过对互联网和无线网络的融合，将物体的信息实时、准确地传送，以便信息交流、分享。智能处理—使用各种智能技术，对感知和传送到的海量数据和信息进行分析处理，实现监测与控制的智能化。3.5G移动通信的技术特点。你知道“感知中国”吗？是中国发展物联网的一种形象称呼，就是中国的物联网。通过在物体上植入各种微型感应芯片使其智能化，然后借助无线网络，实现人和物体“对话”，物体和物体之间“交流”。教师活动1.讲授物联网的概念、定义及特征知识。2.通过设问你知道感知中国吗？，通过讨论分析，进一步加深对物联网的理解。学生活动2.积极思考，回答问题。3.参与互动讨论，理解物联网的概念。1.讲授教学法，介绍物联网的定义、基本特征等概念，使学生掌握物联网的概念。2.问题教学法，互动讨论你知道感知中国吗？促进学生对物联网概念的理解。教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三了解物联网的发展历程(15分钟)物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书，在《未来之路》中，比尔盖茨已经提及物联网概念

。1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想。1999年，美国麻省理工学院Auto-ID实验室的Ashton教授在美国召开的移动计算和网络国际会议上提出物联网的概念，该实验室基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用RFID技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。2008年11月，IBM提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此做为经济振兴战略。如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。2009年6月，欧盟委员会提出物联网行动计划。我国物联网的发展历程中国科学院在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。中国物联网发展的主要历程2016年，NB-IoT（基于蜂窝的窄带物联网）规模商用。2017年，中国国家标准化管理委员会颁布30余项涉及物联网技术相关标准。2021年7月13日，中国互联网协会发布了《中国互联网发展报告（2021）》，物联网市场规模达1.7万亿元，人工智能市场规模达3031亿元。教师活动1.讲授物联网的发展历程。2.讲授中国物联网的快速发展情况。学生活动2.积极思考，回答问题。3.了解物联网的发展历程。1.讲授教学法，通过介绍物联网发展的主要历程，使学生了解物联网发展的标志性成果，知道物联网的发展脉络2.案例分析法，通过介绍中国物联网的发展概况，进一步激发学生爱国情怀。教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四理解物联网的技术特点(20分钟)物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、无线传感器网络（WSN）、红外感应器、全球定位系统、Internet与移动网络，网络服务，行业应用软件等。1．物联网的体系架构物联网共分为3层，分别是感知层、网络层和应用层。物联网的层次结构如图5-55所示。5-55物联网的体系架构2．物联网感知层关键技术（1）RFID技术射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是一种非接触式的自动识别技术，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID技术由标签和读写器两部分组成，每个标签具有唯一的电子编码，读写器是读取标签信息的设备，例如ETC不停车电子收费系统、地铁卡等都是RFID技术的典型应用。（2）条形码技术条形码是一种信息的图形化表示方法，可以将信息制作成条形码，然后通过相应的扫描设备将其中的信息输入计算机中。条形码分为一维条形码和二维条形码。一维条形码是将宽度不等的多个黑条和空按一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符；二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。超市条形码属于一维条形码，手机上的二维码属于二维条形码。（3）传感器技术传感器是指能感知预定的被测指标，并按照一定规律转换成可用信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。如图5-56所示的是各种类型传感器的照片。5-56各种类型传感器例如，楼道里的声控灯用到了光学传感器和声音传感器，空调的温度调节用到了温度传感器，自动门用到了红外传感器，电子秤利用力学传感器来测量物体质量，手机背光亮度的自动调节用到了手机正前方的环境光传感器。物联网中，在传感器基础上增加了协同、计算、通信功能，构成了具有感知、计算和通信能力的传感器节点。智能化是传感器的重要特点，嵌入式智能技术是实现传感器智能化的重要手段。3．物联网网络层关键技术（1）ZigBeeZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。其名称来源于蜜蜂的八字舞，蜜蜂是靠飞翔和“嗡嗡”地抖动翅膀的“舞蹈”来传递花粉所在方位信息给同伴的，也就是说，蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee技术主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。（2）Wi-FiWi-Fi是一种无线网络通信技术，由Wi-Fi联盟负责运营和维护，Wi-Fi具有无线电波的覆盖范围广、传输速度快、厂商进入该领域的门槛比较低等优势。（3）蓝牙蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10米以内）的无线电技术，能够在移动电话、掌上电脑、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙技术的优势是稳定、全球可用、设备范围广、易于使用、采用了通用规格。（4）卫星导航系统卫星导航系统是利用定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。全球四大卫星导航系统包括美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的“格洛纳斯”系统（GLONASS）、欧洲的“伽利略”系统（GSNS）和中国的“北斗”系统（BDS）。（5）NFC-近场通信近场通信（NearFieldCommunication，简称NFC），是一种新兴的技术，使用了NFC技术的设备可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来的，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。（6）WSN技术无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。4．物联网应用层关键技术物联网应用层关键技术主要包含云计算所涉及的关键技术，主要分为最底层的基础设施即服务（IaaS）、中间层的平台即服务（PaaS）和最顶层的软件即服务（SaaS）。①基础设施即服务位于最底层，该层提供的是最基本的计算和存储能力，其中，自动化和虚拟化是核心技术。②平台即服务位于3层服务的中间，该层涉及两个关键技术：基于云的软件开发、测试及运行技术和大规模分布式应用运行环境。③软件即服务位于最顶层，该层涉及的关键技术有Web中的Mashup、应用多租户、应用虚拟化等。教师活动1.讲授物联网的体系架构。2.讲授物联网的关键技术，包括RFID技术、条形码技术、传感器技术、ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、卫星导航系统、NFC-近场通信和WSN技术。学生活动2.积极思考，回答问题。3.了解物联网的体系架构，理解物联网的关键技术特点。4.思考记录1.讲授教学法，通过介绍物联网的体系架构，使学生了解物联网的三层体系架构2.讲授教学法，通过介绍物联网的关键技术，使学生理解其特点3.案例分析法，通过介绍物联网关键技术的应用案例，进一步加强学生对物联网关键技术特点的理解。环节五了解物联网的典型应用场景(20分钟)物联网在工作和生活中的应用随处可见，物联网已经逐步开启人类智慧的新生活。物联网产业的应用领域主要物流、交通、安防、能源、医疗、建筑、制造、家居、零售和农业等，下边分别讲述了物联网技术如何应用于这十大领域：1.智慧物流智慧物流指的是以物联网、大数据、人工智能等信息技术为支撑，在物流的运输、仓储、运输、配送等各个环节实现系统感知、全面分析及处理等功能。当前，应用于物联网领域主要体现在三个方面，仓储、运输监测以及快递终端等，。图5-57智慧物流2.智能交通智能交通是物联网的一种重要体现形式，利用信息技术将人、车和路紧密的结合起来，改善交通运输环境、保障交通安全以及提高资源利用率。物联网在智能交通中的应用包括车辆定位与调度、交通状况感知、交通智能化管控、智能公交车、共享单车、车联网、充电桩监测、智能红绿灯以及智慧停车等领域，如图5-58所示。图5-58智慧交通3.智能安防目前，智能安防最核心的部分在于智能安防系统，该系统是对拍摄的图像进行传输与存储，并对其分析与处理。一个完整的智能安防系统主要包括三大部分，门禁、报警和监控，如图5-59所示。图5-59智能安防4.智慧能源环保智慧能源环保属于智慧城市的一个部分，其物联网应用主要集中在水能，电能，燃气、路灯等能源以及井盖、垃圾桶等环保装置。如智慧井盖监测水位以及其状态、智能水电表实现远程抄表、智能垃圾桶自动感应等。将物联网技术应用于传统的水、电、光能设备进行联网，通过监测，提升利用效率，减少能源损耗。图5-60智慧能源监控调度中心5.智能医疗物联网在智能医疗中的应用包括远程监控、家庭医疗、健康咨询管理等。例如，通过在病人身上安装医疗传感设备，医生可以通过手机、平板计算机等实时掌握病人的各项生理指标数据，从而更科学、合理地制订诊疗方案或者进行远程诊疗，如图5-61所示。此外，我们在医院看病时利用就诊卡挂号、分诊、付费、取化验单、取药等，也是利用物联网技术（就诊卡中内嵌有电子标签芯片）实现的。除此之外，通过RFID技术还能对医疗设备、物品进行监控与管理，实现医疗设备、用品可视化，形成数字化医院。图5-61智慧医疗6.智慧建筑当前的智慧建筑主要体现在节能方面，将设备进行感知、传输并实现远程监控，不仅能够节约能源同时也能减少楼宇人员的运维，如图5-62所示。图5-62智能建筑7.智能制造物联网在智能制造中的应用包括生产过程控制、供应链跟踪、产品质量检测、生成设备监控、生产环境监测等。例如，钢铁企业利用传感器和通信网络，在生产过程中对产品的宽度、厚度、温度等进行实时监控，可以提高产品质量，优化生产流程，如图5-63所示。图5-63钢铁企业智能制造8.智能家居物联网应用于智能家居领域，能够对家居类产品的位置、状态、变化进行监测，分析其变化特征，同时根据人的需要，在一定的程度上进行反馈，如图5-64所示。智能家居行业发展主要分为三个阶段，单品连接、物物联动和平台集成。目前，知名智能家居企业都向系统平台方向发展。图5-64智能家居9.智能零售行业内将零售按照距离，分为了三种不同的形式：远场零售、中场零售、近场零售，三者分别以电商、商场／超市和便利店／自动售货机为代表。物联网技术可以用于近场和中场零售，且主要应用于近场零售，即无人便利店和自动（无人）售货机，如图5-65所示。智能零售通过将传统的售货机和便利店进行数字化升级、