第三单元 第一节 物联网的通信技术 教案 川教版（2024）信息技术八年级上

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第3.1课《物联网的通信技术》教学设计
课题 物联网的通信技术 单元 第三单元 学科 信息技术 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能够了解物联网通信的双向过程，涵盖感知层到应用层、应用层到感知层的不同数据传输阶段。计算思维：能够学会通过绘制示意图、对比分析等方法探究通信流程，发现技术特点与场景的关联，优化对物联网通信的理解。数字化学习与创新：能够探索网络检索、案例分析等数字化手段在研究物联网通信技术、绘制通信过程中的应用，创新技术认知的学习形式。信息社会责任：能够认识到物联网通信技术在智慧城市、智慧农业等领域的价值，理解其对生活便利和社会发展的推动作用。
教学重点 能够探索网络检索、案例分析等数字化手段在研究物联网通信技术、绘制通信过程中的应用，创新技术认知的学习形式。
教学难点 能够认识到物联网通信技术在智慧城市、智慧农业等领域的价值，理解其对生活便利和社会发展的推动作用。
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3.1课 物联网的通信技术单元导入项目主题 智能消防系统项目背景校园生活中，教室、实验室、宿舍等人员密集场所均存在火灾风险，如何对这些重要场所进行火灾监测，在异常情况发生时及时通知校园安全中心 当火灾发生时，若人们无法及时赶往火灾现场，能否远程打开消防设备 让我们一起借助物联网技术，设计搭建一个智能消防系统吧!项目目标1.通过分析案例、查阅资料，了解物联网的通信过程与常见通信技术、通信平台与协议。2.通过搭建智能消防系统，了解物联网系统中数据的传输，汇集、处理与反馈的过程。学习过程（观看图片）学习目标1.通过分析身边的物联网应用，了解物联网的通信过程。2.通过查阅资料、对比分析，了解物联网常见通信技术及其特点。新知导入欢欢：博士爷爷，在智能消防系统中当传感器监测到了环境异常情况时，如何远程报警呢 博士爷爷：这就涉及物联网的通信过程以及通信过程中采用的各种通信技术了，让我们一起来探究吧!（观看视频） 观看视频明确目标，思考智能消防系统远程报警原理。 激发探究兴趣，让学生初步感知物联网通信核心。
讲授新课 新知讲解：一、物联网的通信过程物联网的通信过程由两部分组成:一是从感知层到应用层的通信过程，此过程中，首先由感知层中的各种感知设备采集数据，然后将数据通过网络层传输至平台层，平台层对数据进行存储、处理后，将处理后的数据传输至应用层。二是从应用层到感知层的通信过程，此过程中，首先由应用层根据实际需求发送指令或数据至平台层，然后由网络层进行数据传输，最后控制感知层中的各类执行设备。 1、探究活动一阅读下面这段材料，分析共享单车系统中人与共享单车之间是如何通信的。请参考图3-1-1绘制共享单车开锁过程通信示意图。共享单车改变了我们的出行方式，使我们的生活更加便捷。共享单车系统是如何运行的呢 以共享单车开锁的过程为例:用手机应用扫描共享单车二维码后，借助5G技术向云端发起解锁请求(请求中携带了单车信息、用户信息);云端发起解锁请求(请求中携带了单车信息、用户信息)；云端对用户信息、单车信息审核通过后，将授权信息发送给手机端；手机端通过蓝牙通信技术将授权信息和解锁指令发送给共享单车车的智能锁，智能锁核验授权信息后解锁，并将解锁成功的信息发送给手机端;手机端将解锁成功的信息再发送给云端，云端开始计时或计费工作。流程如下：手机应用端 → 借助蓝牙技术 → 共享单车智能锁（发送授权信息 + 解锁指令）共享单车智能锁 → 借助蓝牙技术 → 手机应用端（发送解锁成功信息）手机应用端 → 借助5G 技术 → 物联网云端平台（发送解锁成功信息，云端开始计时 / 计费）2、远程控制小组讨论、分析身边的其他物联网应用的通信过程，选择某个应用绘制其通信过程示意图。“智能温控空调” 为例绘制通信过程示意图手机应用端 → 借助Wi-Fi 技术 → 物联网云平台（发送温度调节指令，如 “设置为 24℃”）物联网云平台 → 借助Wi-Fi 技术 → 智能空调（执行温度调节指令）智能空调 → 借助Wi-Fi 技术 → 物联网云平台 → 手机应用端（反馈温度调节完成状态） 二、物联网常见通信技术 物联网的通信技术分为有线通信技术和无线通信技术，其中无线通信技术根据距离可分为近距离无线通信技术和远距离无线通信技术，这些通信技术适用于不同的应用场景。近距离无线通信技术主要有Wi-Fi、蓝牙、近场通信(NFC)等，远距离无线通信技术主要有窄带物联网(NB-oT)、移动通信:卫星通信等。 1、近距离无线通信技术 (1)Wi-Fi Wi-Fi是一种基于IEEE802.11标准的无线局域网技术其传输距离一般为10~300m，常用于各种场所(家庭、交通枢纽、学校、医院、酒店、景区等)的无线网络搭建。(2)蓝牙 蓝牙是一种基于IEEE802.15标准的短距离无线通信技术，其传输距离一般为10m左右，常用于手机、电脑、汽车等设备的数据和语音传输。(3)近场通信(NFC) NFC是由RFID演变而来的，其传输距离一般小于10cm常用于移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等。2、远距离无线通信技术(1)移动通信 移动通信构建于蜂窝网络，历经1G至5G等多代技术发展，目前6G正在探索和研发中。其中，5G指第五代移动通信标准，常用于智慧城市、工业自动化、自动驾驶、远程医疗等领域。(2)窄带物联网(NB-IoT) 窄带物联网是一种专门为物联网设计的低功耗、广覆盖大规模连接的远距离无线通信技术，常用于智能家居、智慧城市、智慧农业、医疗健康等领域。(3)卫星通信 卫星通信是一种通过卫星系统进行数据传输和通信的技术。该技术使用卫星作为中继器来实现远距离的数据传输和通信，常用于移动通信、航空航海通信、灾害应急通信、广播和电视传输、环境监测等领域。3、探究活动三分小组查阅资料、交流分享，进一步了解上述物联网通信技术的特点与应用场景。你还知道哪些物联网通信技术呢 它们的特点与应用场景是什么 填写在下表中。（观看表格）4、拓展阅读无人机互联表演无人机互联表演是一种将多个无人机组成群体进行协同飞行和表演的技术，通过精密的编排和协同动作，无人机可以在空中形成各种形状、图案和灯光效果，创造出美轮美奂的舞台效果。在无人机互联表演中，物联网通信技术主要采用了 Wi-Fi、移动网络(如 5G 网络)、Mesh 网络等。物联网通信技术的主要作用为:(1)实现无人机之间的数据共享和同步。每架无人机都需借助物联网通信技术将自身的位置、速度、姿态等信息与其他无人机实时共享，以实现高度协同的飞行编排。(2)实现无人机的集中控制和监控。借助物联网通信技术，地面控制站可以随时监测无人机状态和性能，确保无人机互联表演的安全性和可靠性。三、课堂练习完成课堂练习27-28页。六、拓展延伸1、 6G 物联网通信展望6G 作为下一代移动通信技术，在物联网领域聚焦 “全域智能互联”，目标实现 Tbps 级速率、亚毫秒级延迟，可支持全息物联网应用、空天地一体化覆盖。目前处于技术探索阶段，将推动物联网从 “万物互联” 向 “万物智联” 跨越，为远程手术、元宇宙物联网场景提供支撑。2、物联网 + 边缘计算融合边缘计算是在物联网设备附近的边缘节点处理数据，与物联网结合后，可减少数据向云端传输的带宽压力，提升实时响应能力。例如工业物联网中，边缘计算节点可在本地快速分析设备运行数据，实现生产线的毫秒级故障预警，既保障数据隐私，又优化了物联网系统的运行效率。3、 LPWAN 技术家族解析低功耗广域网（LPWAN）除窄带物联网（NB-IoT）外，还有 LoRa 技术。LoRa 传输距离可达十几公里，功耗极低但需自建网络；NB-IoT 依托运营商蜂窝网络，覆盖广且易部署。两者形成互补，LoRa 适用于智慧园区、农田监测等私有网络场景，NB-IoT 则在城市级智能电表、智慧路灯等公网场景中广泛应用。4、物联网通信安全防护 物联网设备数量庞大且分布分散，通信过程易遭受数据窃取、设备劫持等攻击。需通过加密算法（如 AES-128）、双向身份认证等技术保障安全。比如智能门锁的蓝牙通信需加密传输解锁指令，智能家居中枢需对接入设备进行身份校验，这些安全措施是物联网大规模普及的核心保障之一。 分析共享单车开锁流程，绘制通信过程示意图。选定物联网应用，小组协作绘制其通信示意图。了解 Wi-Fi 传输距离与场景，列举生活应用实例。了解 5G 等技术发展，知晓其在智慧城市等领域应用。阅读资料，了解通信技术在无人机表演中的作用。独立完成练习，巩固本课核心知识点。学习了解拓展知识 让学生直观理解物联网双向通信的传输逻辑。锻炼学生团队协作，深化对通信流程的认知。让学生掌握 Wi-Fi 技术特点及适用场景。让学生感受移动通信技术的广泛影响力。让学生感受物联网通信的创新应用价值。检测学生知识掌握情况，及时查漏补缺。拓展学生知识面
课堂小结 《物联网的通信技术》课程小结：我们跟着博士爷爷和熊猫，探秘物联网的通信 “过程与技术”。先弄清了通信过程的两部分，从感知层到应用层的数据传输，再从应用层到感知层的指令控制，智能消防系统的烟雾传感与远程喷淋就是生动例子。还认识了近远程无线通信技术的 “家族成员”。通过探究共享单车开锁通信、绘制示意图，好奇这些技术还能在哪些场景创造惊喜，满心期待发现它的更多 “通信魔法”！ 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、寻找身边 3 种物联网设备，判断其通信技术并和同学分享发现。 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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