新一代信息技术教案 第4章 万物互联

教案首页课题名称第4章万物互联（2）——4.4~4.5课次9授课类型理论□实践□理实一体□其他学时2授课日期授课班级授课地点教学目的与要求知识目标：1.了解物联网的工作方式和体系架构；2.了解物联网的应用场景。能力目标：能够清晰物联网的体系架构；能简单描述物联网的应用场景。素质目标：1.了解伦理道德准则，规范日常信息行为；2.了解相关法律法规并自觉遵守；3.具备信息安全意识和相关防护能力。课程思政目标：增强民族自豪感，学习大国工匠精神，树立科技报国思想。教学重点物联网的体系架构物联网的应用场景教学难点物联网的体系架构教学方法与手段教学方法：课件讲解、举例说明、对比分析、启发引导学生学法：预习—听讲---讨论---复习—自学扩展设计意图：激发学生学习兴趣、提高课堂学习效率教学资源：课件、视频资料课程思政要素要点通过对物联网的应用场景的介绍，和我国物联网技术应用情况的介绍，增强学生的民族自豪感，树立学生科技报国志向。课外作业补充作业教学反思物联网的体系结构学生较难理解，尽量用浅显易懂的实例说明。教案纸第4章万物互联（2）——4.4-4.5一、整体设计1.复习引入（10分钟）2.新知识讲解（80分钟）4.4物联网的体系架构4.5物联网实现的世界3.总结与布置作业（10分钟）二、复习引入1.上节课内容回顾：（1）物联网的基本概念（2）物联网的体系架构的发展史2.新课引入物联网的体系架构是怎样的？三、新知识讲解1.物联网的体系架构3层技术架构根据技术框架，物联网通常可分为3层：感知层、网络层和应用层。感知层相当于人体的皮肤和五官，网络层相当于人体的神经中枢和大脑，应用层相当于人的社会分工。感知层包括条码和扫描器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、传感器网络等，其中条码和RFID标签显示身份，传感器捕捉状态，摄像头记录图像，GPS进行跟踪定位，最终实现识别物体、采集信息的目标。（1）感知层：物联网的皮肤和五官感知层是物联网的核心，是物联网全面感知的基础，实现信息采集的关键部分。感知层位于物联网结构中的最底层，以RFID、传感器、二维码等为主，利用传感器收集设备信息，利用RFID技术在一定范围内实现发射和识别。主要是通过传感器识别物体，从而采集数据信息。条码：物联网的第一代身份证电子标签：物联网的第二代身份证RFID技术是指利用无线电波对记录媒体进行读写的一种自动识别技术。RFID技术和其他识别技术相比，具有无需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应多种工作环境、可实现高速识别和多标签同时识别等特点，在物流和供应链管理、门禁安防系统、道路自动收费、航空行李处理、文档追踪图书馆管理、电子支付、生产制造和装配、物品监视、汽车监控以及动物身份标识等领域都有着广泛的应用前景。传感器：物联网的神经元传感器是物联网的感觉器官，可以感知、探测、采集和获取目标对象各种形态的信息，是物联网全面感知的主要部件，是信息技术的源头，也是现代信息社会赖以生存和发展的技术基础。（2）网络层：物联网的神经中枢和大脑网络层是物联网架构的中间环节，是基于现有的通信网络和互联网基础上建立起来的，是架设在感知层与应用层之间的桥梁，主要负责信息接入、传输与承载，例如对传感器采集的信息进行安全无误的传输，并对收集到的信息传输给应用层。同时，网络层“云计算”技术的应用确保建立实用、适用、可靠和高效的信息化系统和智能化信息共享平台，实现对各种信息的共享和优化管理。网络层的主要核心技术包括：WSN、4G/5G、低速近距离无线通信、ZigBee、IP承载技术以及M2M技术等。互联网——IPv6技术IPv6是lnternet工程任务组(IETF)用于替代现行版本IPv4的下一代IP协议，地址长度从32位拓展到128位，可以解决IPv4地址不足的问题。现有的互联网是在IPv4协议的基础，其地址空IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，而地址空间不足必将影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，可通过IPv6重新定义地址空间。移动通信网——4G/5G技术1G的意义在于将人们从固定电话带人移动通信时代；2G的意义在于将所有用户视为漫游用户，并将其从模拟移动通信带入数字移动通信时代，推动了移动通信的大范围普及；3G的意义在于带动了数据通信的蓬勃发展，塑造了移动互联网产业；4G的意义在于将承载数据业务的无线宽带作为通信基础设施，标志着数据业务接替语音业务成为主流；5G的意义在于除了满足人类移动通信需求之外，开始大力发展面向物体的通信解决方案，构建物联网的基础设施；6G的意义在于有望实现陆地通信、水下通信、卫星通信与平流层通信等技术的融合。ZigBee除了Wi-Fi、蓝牙之外，ZigBee是目前最重要的无线通信协议之一，主要应用于物联网和智能硬件等领域。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率及低成本的双向无线通信协议，其具有的上述特点使它能在智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理及个人健康等领域有所作为；主要用于距离短、功耗低日传输速率不高的各种电子设备之间的数据传输以及典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据的传输。（3）应用层：物联网的“加工厂”应用层主要解决信息处理和人机界面的问题，也即输入输出控制终端。例如，手机、智能家居的控制器等等，主要通过数据处理及解决方案来提供人们所需的信息服务。应用层是物联网和用户的接口，并与行业需求紧密结合，实现物联网的智能应用，针对的是直接用户，为用户提供丰富的服务及功能，用户也可以通过终端在应用层定制自己需要的服务：比如查询信息、监视信息、控制信息等等。应用层涉及的关键技术可分为应用设计、应用支撑、终端设计3个子类，核心技术主要包括：中间件技术、智能技术以及云计算技术等。2．物联网的应用场景智慧生活智能生活平台可以自由的与主流智能家居品牌产品互通，任何时候，任何场合，家庭用户可以自由的通过无线链接Internet，通过主流的互联网与物联网通信渠道，配合丰富的智能家居产品终端，构建享受智能家居控制系统带来的新的生活方式，多方位、多角度地呈现家庭生活中更舒适、更方便、更安全和更健康的具体场景，进而共同打造出具备共享智慧生活理念的智能社区，从生活资讯，到健康诊疗，从远程门锁控制，到合理家庭用电策略建议部署，从严谨的家庭安防，到细微的家庭环境质量分析建议部署，全方位的体现智能生活的精彩。（1）物联网与无人超市无人超市从兴起到现在经历了开放式货架、半开放式货架、全封闭式货架三个阶段的无人便利店模式。（2）物联网与共享单车共享单车是指企业在校园、地铁站点、公交站点、居民区、商业区、公共服务区等提供自行车单车共享服务，是种分时租赁模式和一种新型环保共享经济。物联网系统通常分为三个层次：①感知层，利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；②网络层，通过各种电信基础网络与互联网的融合，实现对物体信息的实时准确传递；③应用层，对感知层得到的信息进行处理，实现对物体的识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。（3）物联网与智能家居在家电和家具中嵌入物联网智能感知终端节点，使家电通过无线网络融人家庭物联网中，将会为住户提供更加舒适宜人、智能化的家居环境。利用远程监控系统，主人可以对家电进行远程遥控。例如，在寒冷的冬天或炎热的夏天，我们回家前半小时打开空调，这样到家的时候我们就可以立刻享受舒适的室温了。其他的家电，例如电饭锅、微波炉、电冰箱、电话机、电视机等，都可以按照我们自己的遥控指令在网络中实现对家中的电器的控制。（4）物联网与智慧医疗智慧医疗通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，从而使患者只要用较短的等疗时间，支付基本的医疗费用，就可以享受安全、便利、优质的诊疗服务。随着技术的进步，在不久的将来医疗行业将融入人工智能(AI)，使智慧医疗走进寻常百姓的生活，从根本上解决“看病难、看病贵”等问题，真正做到“人人健康，健康人人”，让医疗服务走向真正意义的智能化与人性化。四、总结及布置作业1.总结本节课我们从物联网的概念、诞生及发展历史入手，学习了物联网的工作方式。2.布置作业：查阅物联网相关资料五、板书设计第4章万物互联一、复习回顾1.物联网的概念2.物联网的工作方式二、物联网的前世今生1.感知层：物联网的皮肤和五官条码：物联网的第一代身份证电子标签：物联网的第二代身份证传感器：物联网的神经元2.网络层：物联网的神经中枢和大脑互联网——IPv6技术移动通信网——4G/5G技术ZigBee3.应用层：物联网的“加工厂”三、物联网的应用场景1.物联网