新一代信息技術(shù)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(xué)時2授課日期授課班級授課地點教學(xué)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(gòu)；2.了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景。能力目標：能夠清晰物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)；能簡單描述物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景。素質(zhì)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(guān)法律法規(guī)并自覺遵守；3.具備信息安全意識和相關(guān)防護能力。課程思政目標：增強民族自豪感，學(xué)習(xí)大國工匠精神，樹立科技報國思想。教學(xué)重點物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景教學(xué)難點物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：課件講解、舉例說明、對比分析、啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)法：預(yù)習(xí)—聽講---討論---復(fù)習(xí)—自學(xué)擴展設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高課堂學(xué)習(xí)效率教學(xué)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(yīng)用場景的介紹，和我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用情況的介紹，增強學(xué)生的民族自豪感，樹立學(xué)生科技報國志向。課外作業(yè)補充作業(yè)教學(xué)反思物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)學(xué)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(shè)計1.復(fù)習(xí)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(gòu)4.5物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的世界3.總結(jié)與布置作業(yè)（10分鐘）二、復(fù)習(xí)引入1.上節(jié)課內(nèi)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(gòu)的發(fā)展史2.新課引入物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)是怎樣的？三、新知識講解1.物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)3層技術(shù)架構(gòu)根據(jù)技術(shù)框架，物聯(lián)網(wǎng)通?？煞譃?層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層相當于人體的皮膚和五官，網(wǎng)絡(luò)層相當于人體的神經(jīng)中樞和大腦，應(yīng)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(luò)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(chǔ)，實現(xiàn)信息采集的關(guān)鍵部分。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的最底層，以RFID、傳感器、二維碼等為主，利用傳感器收集設(shè)備信息，利用RFID技術(shù)在一定范圍內(nèi)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(shù)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(shù)。RFID技術(shù)和其他識別技術(shù)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(yīng)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(yīng)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(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)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(shù)的源頭，也是現(xiàn)代信息社會賴以生存和發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。（2）網(wǎng)絡(luò)層：物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的中間環(huán)節(jié)，是基于現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來的，是架設(shè)在感知層與應(yīng)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(yīng)用層。同時，網(wǎng)絡(luò)層“云計算”技術(shù)的應(yīng)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(luò)層的主要核心技術(shù)包括：WSN、4G/5G、低速近距離無線通信、ZigBee、IP承載技術(shù)以及M2M技術(shù)等?；ヂ?lián)網(wǎng)——IPv6技術(shù)IPv6是lnternet工程任務(wù)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(chǔ)，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(shù)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(wù)的無線寬帶作為通信基礎(chǔ)設(shè)施，標志著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接替語音業(yè)務(wù)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(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)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(shù)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(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)和智能硬件等領(lǐng)域。ZigBee是一種近距離、低復(fù)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(lǐng)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(shè)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(yīng)時間數(shù)據(jù)的傳輸。（3）應(yīng)用層：物聯(lián)網(wǎng)的“加工廠”應(yīng)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(wù)。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，并與行業(yè)需求緊密結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，針對的是直接用戶，為用戶提供豐富的服務(wù)及功能，用戶也可以通過終端在應(yīng)用層定制自己需要的服務(wù)：比如查詢信息、監(jiān)視信息、控制信息等等。應(yīng)用層涉及的關(guān)鍵技術(shù)可分為應(yīng)用設(shè)計、應(yīng)用支撐、終端設(shè)計3個子類，核心技術(shù)主要包括：中間件技術(shù)、智能技術(shù)以及云計算技術(shù)等。2．物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)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(gòu)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(zhì)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(wù)區(qū)等提供自行車單車共享服務(wù)，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(luò)層，通過各種電信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)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(luò)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(diào)，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(luò)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(shù)，實現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機構(gòu)、醫(yī)療設(shè)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(zhì)的診療服務(wù)。隨著技術(shù)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(wù)走向真正意義的智能化與人性化。四、總結(jié)及布置作業(yè)1.總結(jié)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(xué)習(xí)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(guān)資料五、板書設(shè)計第4章萬物互聯(lián)一、復(fù)習(xí)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(luò)層：物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦互聯(lián)網(wǎng)——IPv6技術(shù)移動通信網(wǎng)——4G/5G技術(shù)ZigBee3.應(yīng)用層：物聯(lián)網(wǎng)的“加工廠”三、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景1.物聯(lián)網(wǎng)