第2单元第4课第一节《认识物联网之“物”》教案【河北大学版】《信息科技》 八年级

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第2.4课《认识物联网之“物”》教学设计
课题 何为物联网 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能感知到信息在物联网系统中的存在与价值。主动去关注信息的来源、流向和作用，提升对信息的敏感度与捕捉能力。计算思维：把复杂的物联网系统工作原理简化为可理解、可分析的步骤，培养运用计算机科学的思想方法去解决问题的能力。数字化学习与创新：认识物联网系统中的基本设备与部件，学会分析信息在物联网系统中的流动路径。信息社会责任：要合理、规范地使用物联网设备，保障信息的安全与隐私，推动其健康、可持续发展，承担起信息社会中的责任。
教学重点 常见物联网设备的工作原理和用途
教学难点 物联网设备信息流动和协同工作机制。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.4课 何为物联网1、单元引入第二单元：物联网系统所需设备与通信过程随着家电产品与物联网、人工智能技术结合得越来越紧密，智能家电的智能化水平逐步由单机智能、协作智能发展到场景智能，由用户下达指令升级为机器主动决策和提供智能服务。你是否了解，这些物联网产品由哪些部分组成，它们如何联网，又是如何工作的 2、观看视频3、学习目标（1）了解常见智能家居产品的硬件结构，认识物联网系统中的基本设备与部件，学会分析信息在物联网系统中的流动路径。（2）了解常见传感器、控制器、执行器等硬件设备的功能与特性。（3）熟悉物联网系统的工作过程，了解服务器在物联网功能实现及信息传输过程中的作用。4、单元主题近几年，智能插座、智能音箱、智能电饭煲、扫地机器人等智能家电产品出现在我们身边，这些物联网产品为我们的生活带来了便利。大家是否好奇，这些产品的内部是什么样的 它们的“智能”是如何实现的 让我们从身边常见的物联网产品入手，尝试分析物联网实例，逐步梳理“简单物联网系统是如何工作的”这一问题的核心内容。请你尝试沿着信息流动的路径，了解物联网系统的基本组成结构和设备、网络接入协议、服务内容以及工作过程。5、问题情境物联网产品就在我们身边，图2-1所示的两种物联网产品你用过吗？仔细观察它们，再试着分析它们是如何处理信息（数据）的。 课程新知导入。学习本单元及本课学习目标。 帮助学生初步理解本课研究内容。帮助学生学习更有目标性。
讲授新课 新知讲解：实践探究智能插座实现电器远程通断电，物联网可用互联网部分技术。智能温湿度计实时传数据，助用户控制空调等设备。智能设备有多种功能，助物联网系统实现联动。（详细内容见教材p23页）一、物联网系统中的信息流动在物联网系统的工作过程中，信息是如何被采集的？信息在系统内的传输过程中经过了怎样的处理？让我们从身边常见的物联网产品人手，了解物联网系统是如何工作的。试一试观察图2-2所示智能插座的内部结构，认识智能插座的组成部件。智能插座内部通常会有一块布满元器件的电路板，如图2-3所示，尝试分析它是如何处理信息的。智能插座电路板处理信息的流程如下： 1.电源转换：电源转换器件把交流电转低压直流电，供控制芯片和无线网络模块用电。 2.接收指令：无线网络模块接收外部控制指令。 3.解析与驱动：控制芯片解析指令，驱动继电器动作。 4.控制通断：继电器像开关，控制电器插座通断，实现对电器的开关控制。智能插座电路板上的各个部件有着不同的用途，具体如表2-1所列表2-1 智能插座电路板各部件的用途部件用途无线网络模块(部分元器件)实现无线网络连接，接收控制指令控制芯片根据收到的指令驱动继电器完成开关动作继电器相当于开关，控制插座输出的通断电器插座(输出)连接被控制的电器电源转换器件将交流电转换为低压直流电供控制芯片及无线网络模块工作使用试一试参考表2-1，尝试分析信息在智能插座内外部是按照怎样的路径流动的，并在图2-4中用“ ”加以标注。首先，用户在智能手机的智能插座控制面板上操作（如点击 “开” 或 “关”），生成控制指令。然后，控制指令通过网络进行传输。智能插座内部的集成无线网络模块接收到来自网络的控制指令。集成无线网络模块将控制指令传递给控制芯片。控制芯片根据收到的指令，驱动继电器完成开关动作，从而控制插座输出的通断，实现对连接在电器插座（输出）上的电器的控制。无线网络模块是一个“倾听者”,筛选本设备数据包 。控制芯片是一个“破译者”，解析数据并传控制指令给继电器。继电器是智能插座中的“执行者”，实现对插座所连电器的控制。如图2-5所示。（详细内容见教材p26页）提示信息最初来源于智能插座外部，通常是由用户在手机应用软件或相应服务平台网页上完成操作，形成控制指令，控制指令信息以数据包的形式通过网络发送至智能插座。试一试参考图2-6和图2-7，观察智能温湿度计的内部结构。同学们一起分析这个智能产品的核心部件有哪些 分别起到什么作用 智能温湿度计的核心部件及其作用如下：传感器：感知温湿度信息。控制芯片（集成网络功能）：处理、传输温湿度数据。液晶屏驱动芯片：驱动屏幕显示温湿度。射频天线：实现数据无线传输。电池座：安装电池，提供电能。智能温湿度计的组成部件以电路板和显示屏为核心，其电路板的组成与智能插座电路板的组成有部分相似之处，两者都有控制芯片和用于网络连接的无线网络模块。 试一试根据表2-2对智能温湿度计电路板各个部件用途的不同，尝试分析智能温湿度计工作过程中信息在设备内外的流动路径，并在图2-8中用“ ”加以标注。表2-2 智能温湿度计电路板各部件的用途部件用途屏幕接点连接屏幕，传输显示信息传感器采集温湿度等环境信息液晶屏驱动芯片驱动液晶屏显示信息射频天线收发无线网络信号集成网络功能的控制芯片实现无线网络模块和控制芯片的功能电池座连接电池，为智能温湿度计提供电源设备内部信息显示路径：传感器采集温湿度等环境信息后，将信息传递给集成网络功能的控制芯片，控制芯片对信息进行处理，然后通过相关连接，把温湿度信息传输到液晶显示屏进行显示。设备与外部用户终端信息交互路径：传感器采集的信息传递给集成网络功能的控制芯片，控制芯片处理后，通过集成无线网络模块，借助射频天线收发无线网络信号，将信息通过网络传输到用户终端，使用户能在手机上查看温湿度等信息。智能插座与智能温湿度计功能、结构不同，但内部信息流动均依次经历信息产生、处理与传输、应用过程，涉及的硬件构成物联网设备基本框架。如图2-9所示。（详细内容见教材p28页）四、课堂练习请以智能手表为例，详细说明其信息产生、信息处理与传输、信息应用的过程，要求结合核心部件的作用进行阐述，可辅以简单的流程图。信息产生：传感器（如心率传感器、加速度传感器等）感知人体生理数据、运动状态等，产生信息。信息处理与传输：控制芯片对传感器采集的信息进行处理，再通过无线通信模块（如蓝牙模块），将信息传输到手机等设备，或接收手机等设备的指令。信息应用：处理后的信息在手表屏幕显示（如显示心率、步数），或同步到手机 APP，用于健康监测、运动分析等。五、拓展延伸1、物联网系统信息流动的技术支撑物联网系统中，信息采集依赖多种传感器和智能设备，这些设备就像 “物联网的眼睛和耳朵”。传感器技术：不同类型的传感器负责采集不同类型的信息。比如温度传感器能感知环境温度变化，光线传感器可检测光照强度，湿度传感器用于监测空气湿度等。智能终端设备：像智能摄像头，不仅能采集图像信息，还能通过内置的芯片进行简单的图像分析，如识别人脸；智能手表可以采集用户的心率、步数等健康信息。2、物联网系统中信息的安全传输在物联网系统信息流动过程中，信息安全至关重要。由于物联网设备通常通过网络进行信息传输，面临着被非法拦截、篡改、窃取的风险。加密技术：对传输的信息进行加密处理。发送方将信息加密后传输，接收方只有使用对应的密钥才能解密获取真实信息，防止信息在传输过程中被非法读取。身份认证：在信息传输前，对通信双方的身份进行验证。例如使用数字证书，确保发送信息的设备和接收信息的设备是合法的、可信任的，避免非法设备接入物联网系统进行恶意操作。安全协议：运用专门的物联网安全协议，如 CoAP（Constrained Application Protocol）的安全扩展版本，为物联网设备之间的信息传输提供安全保障，包括数据完整性校验、防重放攻击等机制，确保信息在传输过程中不被篡改且是新鲜有效的。3、改变生活的物联网 初步认识物联网的设备阅读材料文字。完成试一试观看表格完成试一试学习相关知识阅读相关提示。完成试一试学习相关知识完成试一试学习相关知识。完成课堂联系进行知识拓展。观看拓展视频 认识本课主要研究内容，帮助学生初步了解物联网设备引发学生对物联网系统中信息采集和传输处理过程的思考，激发学生的学习兴趣与探究欲望在课堂练习中逐步了解物联网设备是如何处理信息的。通过表格能直观、系统地认识智能插座内部核心部件及其用途加深对智能插座工作原理中信息流转机制的认识，提升对物联网设备信息处理流程的理解能力。清晰把握智能插座内部信息流动的逻辑与机制，从而加深对智能设备工作原理的认识。完善对智能插座信息流动全过程的认知，帮助更好地理解后续内部信息处理等环节。引导学生通过内部结构示意图加深工作原理的理解，掌握核心部件的作用。理解智能设备的基本架构与工作原理的共通逻辑。加深对智能温湿度计信息处理与传输机制的理解，同时培养学习者分析智能设备信息流动过程的能力把握智能设备信息流动的共性规律，建立对物联网设备基本架构的认知。提升学生分析具体智能设备工作原理，考察学生学以致用的能力，深化对本课知识内容的理解和掌握。拓宽学生知识面。让学生们了解到物联网带来的便捷。
课堂小结 认识物联网之“物’第一节1.学习单元引入2.物联网系统中的信息流动3.完成课堂练习4.进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 请同学们结合所学内容，分析智能门锁其信息产生、信息处理与传输、信息应用的过程，并用图文结合的方式呈现出来。要求：清晰描述设备的核心部件及各部件在信息流动不同阶段的作用。准确梳理信息在设备内外的流动路径。图文排版清晰、美观，便于理解。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
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