資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
物聯網相關技術教學設計
課題 物聯網相關技術（第二課時） 單元 走進物聯網 學科 初中信息科技 年級 八年級
教材分析 教材深入介紹了物聯網中的定位技術，特別是全球定位系統和北斗衛星導航系統。內容詳盡，從系統構成到功能特性，再到應用領域，都做了細致闡述。通過日常生活中的實例，將高科技與實際應用相結合，使讀者更易理解。項目實踐部分設計巧妙，讓學生通過自主研究，比較不同無線通信技術的優劣，并探討北斗衛星系統的未來應用，既培養了學生的研究能力，也加深了他們對知識的理解和運用。整體而言，教材既具有知識性，又富有實踐性，有助于提升學生的學習興趣和實際操作能力。
學習目標 信息意識：學生能夠認識到定位技術在物聯網時代的重要性，了解其在日常生活中的應用場景。計算思維：學生能夠理解并分析定位技術的基本原理和工作方式，如GPS和北斗衛星導航系統的運作機制。數字化學習與創新：學生能夠通過數字化工具（如互聯網搜索引擎、專業數據庫等）自主查找和學習定位技術的相關知識。信息社會責任：使學生意識到在享受技術帶來的便利時，也應關注其可能帶來的社會問題，如隱私泄露等，并探討合理的解決方案。
重點 介紹和理解物聯網中的定位技術，特別是GPS和北斗衛星導航系統的工作原理及應用。學生需要掌握這些技術的核心概念和基本功能，了解它們在現代生活中的重要作用。
難點 如何讓學生深入理解定位技術的內部機制，以及如何通過項目實踐活動，讓學生自主比較不同無線通信技術的特點，并探討北斗衛星系統的未來應用。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 上次課我們學習了物聯網相關技術，包括感知識別技術如條碼識別、射頻識別和傳感器技術，這些技術讓物品能“開口說話”。此外，還學習了短距離無線通信技術，如Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee，它們實現了小范圍內的無線通信，使設備協同工作更便捷。這些技術廣泛應用于智能家居、移動支付等領域，為人們的生活帶來便利。本次課，我們將學習物聯網中的定位技術。 回顧上節課學習的主要內容。 通過帶領學生回顧上次課學習內容，鞏固學習效果，同時引出本次課學習主題。
講授新課 三、定位技術在未來復雜的異構網絡環境下，要實現全面、靈活及可靠的人與物通信、物與物通信，就需對物進行精準的定位、跟蹤和操控。定位是指通過聲光以及無線電等方式獲取目標當前位置的信息。這里的位置信息并不僅僅是單純的物理空間坐標，還涉及處在該位置的時間等。常見的定位技術有GPS衛星定位技術、北斗衛星導航系統、Wi-Fi定位技術及藍牙定位技術等。拓展閱讀——異構網絡異構網絡指在不同制造商生產的計算機、網絡設備和系統組成的網絡中，使用不同的協議，運行不同的應用。思考活動請同學們結合日常生活的經驗，交流討論定位技術在生活中是如何應用的。下面主要介紹衛星定位技術。(一)全球定位系統全球定位系統即GPS,是美國從20世紀70年代開始研制，并于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位功能的新一代衛星導航與定位系統。GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科，給測繪領域帶來了一場深刻的技術革命。GPS主要由空間部分、地面監控部分和用戶部分組成，如圖2-10所示。1.空間部分GPS的空間部分由24顆工作衛星組成，位于距離地表20200km的上空，均勻分布在6個軌道面上，軌道傾角為55°。此外，還有4顆有源備用衛星在軌運行。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛星，并能保持良好的定位解算精度，提供了在時間上連續的全球導航能力。2.地面監控部分地面監控部分由1個主控站、5個全球監測站和3個地面控制站組成。全球監測站將取得的衛星觀測數據經過初步處理后，傳送到主控站。主控站從各全球監測站收集跟蹤數據。計算出衛星的軌道和時鐘參數，然后將結果送到3個地面控制站。地面控制站在每顆衛星運行至上空時，把這些導航數據及主控指令注入衛星。3.用戶部分用戶部分即GPS接收機，其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤衛星信號后，即可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。在日常生活中，GPS主要的應用方向有車輛跟蹤、出行路線規劃和導航服務、信息查詢及緊急援助等。(二)北斗衛星導航系統中國北斗衛星導航系統(BeiDouNavigationSatelliteSystem,簡稱BDS)是中國自行研制的全球衛星導航系統，如圖2-11所示，北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并且具備短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度為分米、厘米級別，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。北斗衛星導航系統空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，根據總體規劃，在2020年前后覆蓋全球。系統的主要功能包括：（1）短報文通信。用戶終端具有雙向報文通信功能，民用可以一次傳送40～60個漢字的短報文信息，軍用可以一次傳送120個漢字信息，在遠洋航行中有重要的應用價值。(2)精密授時。北斗系統具有精密授時功能，可向用戶提供20～100納秒(ns)時間同步精度。(3)定位精準。水平精度為100m,設立標校站之后為20m,工作頻率為2491.75MHz。(4)系統容納的最大用戶數：540000戶/時。北斗衛星導航系統應用范圍廣泛，主要應用領域包括氣象應用、道路交通管理、海運和水運、航空運輸、應急救援等。拓展學習——物聯網定位技術的多樣化應用智能交通：物聯網定位技術在智能交通領域有廣泛應用。例如，通過GPS和北斗衛星導航系統，車輛可以實現精確定位和導航，提供實時交通信息，助力駕駛員規劃最佳路線，有效緩解交通擁堵。智能物流：在物流領域，物聯網定位技術可以實現對貨物的精確追蹤和管理。通過定位技術，物流公司可以實時掌握貨物的位置和狀態，提高物流效率和準確性，降低物流成本。智能家居：在智能家居領域，物聯網定位技術可以實現家電設備的自動識別和定位。用戶可以通過智能手機等終端設備進行遠程控制，實現智能化管理，提升居住舒適度和便捷性。公共安全：物聯網定位技術還在公共安全領域發揮著重要作用。例如，警方和消防部門可以利用定位技術迅速找到事故或犯罪現場，提高應急響應速度。拓展學習——物聯網定位技術的發展趨勢高精度定位：隨著技術的進步，物聯網定位技術的精度不斷提高。未來，高精度定位將成為主流，為各種應用提供更加準確的位置信息。室內外一體化定位：目前，許多定位技術主要集中在室外環境。未來，隨著技術的發展，室內外一體化定位將成為可能，為用戶提供更加連續和無縫的定位體驗。多源數據融合：未來的物聯網定位技術將更加注重多源數據的融合，如將衛星定位、無線通信網絡定位、慣性導航等技術相結合，以提高定位的準確性和穩定性。隱私保護：隨著物聯網定位技術的廣泛應用，用戶隱私保護將成為關注的焦點。未來，物聯網定位技術將更加注重用戶隱私的保護，確保用戶信息的安全。項目實踐（1）根據本課內容和網上查找的最新資料，對目前幾種主要的短距離無線通信技術進行比較，分析在智能家居中采用哪項技術最合適，填寫下表。短距離無線通信技術分析比較名稱藍牙NFCWi-FiZigBee傳輸速度通信距離安全性主要應用功耗(2)請同學們查閱資料，交流探討未來北斗衛星系統的應用。 學習定位技術的重要作用和概念。了解異構網絡的含義。全面學習全球定位系統。學習我國自主研發的北斗衛星導航系統。了解并思考物聯網定位技術的多樣化應用。了解并思考物聯網定位技術的發展趨勢。結合本課學習內容，小組合作完成項目實踐。 讓學生了解定位技術的重要性及應用，特別是在未來復雜異構網絡環境下。通過介紹不同定位技術，拓寬學生視野，并啟發他們思考定位技術在日常生活中的應用，從而深化對現代科技與生活緊密聯系的認識。通過介紹全球定位系統GPS的構成及應用，幫助學生全面了解GPS的工作原理和實用價值，激發學生對現代科技的興趣。通過介紹中國北斗衛星導航系統的構成、功能及應用領域，幫助學生了解國家自主研制的科技成果，激發學生對國家科技發展的自豪感，同時拓展科技應用領域的知識。通過展示物聯網定位技術在多個領域中的實際應用，幫助學生理解定位技術的重要性和實用性，激發學生對物聯網技術的興趣，并拓展其科技視野。讓學生了解物聯網定位技術的未來趨勢，激發學生對技術前沿發展的興趣，同時強調隱私保護的重要性，培養學生對技術應用的全面認識。通過項目實踐，讓學生深入研究并比較不同的短距離無線通信技術，同時探討北斗衛星系統的未來應用，以增強學生的實踐能力和對科技發展趨勢的理解。
課后練習 請調查你所在城市的一個公共場所（如購物中心、公園等），了解其是否應用了定位技術來提升服務質量或管理效率。如果應用了，請詳細描述該技術的具體應用方式及其帶來的好處；如果沒有應用，請你設想一種可能的定位技術應用場景，并說明其潛在的優勢。 結合本課學習內容，獨立完成課后練習。 考查學生對定位技術的理解與應用拓展能力。以此培養學生的前瞻性思維與創新能力。
課堂小結 組織學生分小組總結本課學習內容，請每個小組代表說說自己小組總結的結果。教師做最后的補充。參考：本課我們深入學習了物聯網中的定位技術，重點探討了GPS全球定位系統和北斗衛星導航系統。通過了解這些技術的原理和應用，我們認識到定位技術在現代生活中的不可或缺性。通過項目實踐，同學們還自主比較了不同的短距離無線通信技術，并探討了北斗衛星系統的廣闊應用前景。希望同學們能將所學知識與實際生活相結合，不斷創新思考，為推動物聯網技術的發展貢獻自己的力量。 在小組討論基礎上，推選代表總結本課學習內容。其他小組做補充總結。 學生自己總結學習內容是一種學習方法，每次課可以梳理出學習了哪些知識、技能方法和思維方式，在頭腦中形成本課程的學科結構。
板書 從教師板書上歸納本課學習內容的重點。 通過板書，幫助學生形成本課學習內容思維導圖。
21世紀教育網www.21cnjy.com精品試卷·第2頁（共2頁）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共30張PPT)
第2課
物聯網相關技術
八年級
上
（第二課時）
01
學習目標
內容總覽
02
新知導入
03
定位技術
04
定位技術的多樣化應用
05
定位技術的發展趨勢
06
課后練習
07
課堂小結
08
板書設計
教學目標
意識到在享受技術帶來的便利時，也應關注其可能帶來的社會問題，如隱私泄露等，并探討合理的解決方案。
信息社會責任
能夠認識到定位技術在物聯網時代的重要性，了解其在日常生活中的應用場景。
信息意識
能夠理解并分析定位技術的基本原理和工作方式，如GPS和北斗衛星導航系統的運作機制。
計算思維
能夠通過數字化工具（如互聯網搜索引擎、專業數據庫等）自主查找和學習定位技術的相關知識。
數字化學習與創新
新知導入
上次課我們學習了物聯網相關技術，包括感知識別技術如條碼識別、射頻識別和傳感器技術，這些技術讓物品能“開口說話”。此外，還學習了短距離無線通信技術，如Wi-Fi、藍牙、NFC和ZigBee，它們實現了小范圍內的無線通信，使設備協同工作更便捷。這些技術廣泛應用于智能家居、移動支付等領域，為人們的生活帶來便利。本次課，我們將學習物聯網中的定位技術。
探究新知
一、定位技術
在未來復雜的異構網絡環境下，要實現全面、靈活及可靠的人與物通信、物與物通信，就需對物進行精準的定位、跟蹤和操控。定位是指通過聲光以及無線電等方式獲取目標當前位置的信息。這里的位置信息并不僅僅是單純的物理空間坐標，還涉及處在該位置的時間等。常見的定位技術有GPS衛星定位技術、北斗衛星導航系統、Wi-Fi定位技術及藍牙定位技術等。
探究新知
一、定位技術
異構網絡指在不同制造商生產的計算機、網絡設備和系統組成的網絡中，使用不同的協議，運行不同的應用。
拓展閱讀——異構網絡
思考活動
請同學們結合日常生活的經驗，交流討論定位技術在生活中是如何應用的。
思考活動
參考
在日常生活中，定位技術的應用已經無處不在。例如，當我們使用導航軟件時，GPS定位幫助我們規劃最佳路線，避開擁堵，順利到達目的地。此外，共享單車和打車軟件也利用定位技術，讓我們輕松找到附近的車輛，提高出行效率。同時，在社交應用中，我們也可以通過位置共享功能，讓朋友輕松找到我們的位置，方便聚會和見面。定位技術還為運動健身應用提供了精準的運動軌跡記錄，幫助我們更好地了解自己的運動狀態。總之，定位技術已經深入我們生活的方方面面，為我們的生活帶來了極大的便利。
探究新知
一、定位技術
全球定位系統即GPS,是美國從20世紀70年代開始研制，并于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位功能的新一代衛星導航與定位系統。GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科，給測繪領域帶來了一場深刻的技術革命。
(一)全球定位系統
探究新知
一、定位技術
GPS主要由空間部分、地面監控部分和用戶部分組成，如圖所示。
(一)全球定位系統
探究新知
一、定位技術
1.空間部分
GPS的空間部分由24顆工作衛星組成，位于距離地表20200km的上空，均勻分布在6個軌道面上，軌道傾角為55°。此外，還有4顆有源備用衛星在軌運行。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛星，并能保持良好的定位解算精度，提供了在時間上連續的全球導航能力。
(一)全球定位系統
探究新知
一、定位技術
2.地面監控部分
地面監控部分由1個主控站、5個全球監測站和3個地面控制站組成。全球監測站將取得的衛星觀測數據經過初步處理后，傳送到主控站。主控站從各全球監測站收集跟蹤數據。計算出衛星的軌道和時鐘參數，然后將結果送到3個地面控制站。地面控制站在每顆衛星運行至上空時，把這些導航數據及主控指令注入衛星。
(一)全球定位系統
探究新知
一、定位技術
3.用戶部分
用戶部分即GPS接收機，其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤衛星信號后，即可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。在日常生活中，GPS主要的應用方向有車輛跟蹤、出行路線規劃和導航服務、信息查詢及緊急援助等。
(一)全球定位系統
探究新知
一、定位技術
中國北斗衛星導航系統(BeiDouNavigationSatelliteSystem,簡稱BDS)是中國自行研制的全球衛星導航系統，如圖所示，北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并且具備短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度為分米、厘米級別，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。
(二)北斗衛星導航系統
探究新知
一、定位技術
北斗衛星導航系統空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，根據總體規劃，在2020年前后覆蓋全球。系統的主要功能包括：
(二)北斗衛星導航系統
（1）短報文通信。用戶終端具有雙向報文通信功能，民用可以一次傳送40～60個漢字的短報文信息，軍用可以一次傳送120個漢字信息，在遠洋航行中有重要的應用價值。
探究新知
一、定位技術
(2)精密授時。北斗系統具有精密授時功能，可向用戶提供20～100納秒(ns)時間同步精度。
(二)北斗衛星導航系統
(3)定位精準。水平精度為100m,設立標校站之后為20m,工作頻率為2491.75MHz。
(4)系統容納的最大用戶數：540000戶/時。
探究新知
一、定位技術
北斗衛星導航系統應用范圍廣泛，主要應用領域包括氣象應用、道路交通管理、海運和水運、航空運輸、應急救援等。
(二)北斗衛星導航系統
探究新知
拓展學習——物聯網定位技術的多樣化應用
在物流領域，物聯網定位技術可以實現對貨物的精確追蹤和管理。通過定位技術，物流公司可以實時掌握貨物的位置和狀態，提高物流效率和準確性，降低物流成本。
物聯網定位技術在智能交通領域有廣泛應用。例如，通過GPS和北斗衛星導航系統，車輛可以實現精確定位和導航，提供實時交通信息，助力駕駛員規劃最佳路線，有效緩解交通擁堵。
智能交通
智能物流
探究新知
拓展學習——物聯網定位技術的多樣化應用
物聯網定位技術還在公共安全領域發揮著重要作用。例如，警方和消防部門可以利用定位技術迅速找到事故或犯罪現場，提高應急響應速度。
在智能家居領域，物聯網定位技術可以實現家電設備的自動識別和定位。用戶可以通過智能手機等終端設備進行遠程控制，實現智能化管理，提升居住舒適度和便捷性。
智能家居
公共安全
探究新知
拓展學習——物聯網定位技術的發展趨勢
隨著技術的進步，物聯網定位技術的精度不斷提高。未來，高精度定位將成為主流，為各種應用提供更加準確的位置信息。
高精度定位
目前，許多定位技術主要集中在室外環境。未來，隨著技術的發展，室內外一體化定位將成為可能，為用戶提供更加連續和無縫的定位體驗。
室內外一體化定位
探究新知
拓展學習——物聯網定位技術的發展趨勢
未來的物聯網定位技術將更加注重多源數據的融合，如將衛星定位、無線通信網絡定位、慣性導航等技術相結合，以提高定位的準確性和穩定性。
多源數據融合
隨著物聯網定位技術的廣泛應用，用戶隱私保護將成為關注的焦點。未來，物聯網定位技術將更加注重用戶隱私的保護，確保用戶信息的安全。
隱私保護
項目實踐
（1）根據本課內容和網上查找的最新資料，對目前幾種主要的短距離無線通信技術進行比較，分析在智能家居中采用哪項技術最合適，填寫下表。
名稱 藍牙 NFC Wi-Fi ZigBee
傳輸速度
通信距離
安全性
主要應用
功耗
項目實踐
參考
名稱 藍牙 NFC Wi-Fi ZigBee
傳輸速度 中等 低 高 低
通信距離 中等 短 遠 中等
安全性 高 高 中等 高
主要應用 數據傳輸、音頻傳輸 身份識別、支付 高速數據傳輸、上網 低速數據傳輸、傳感器網絡
功耗 中等 低 高 低
項目實踐
(2)請同學們查閱資料，交流探討未來北斗衛星系統的應用。
項目實踐
參考
未來北斗衛星系統的應用將更加廣泛和深入。以下是對其幾個可能的應用領域的探討：（1）智能交通，北斗系統可進一步提高車輛定位的精準度，助力智能交通系統的發展，優化交通流量管理，減少擁堵。（2）環境監測，北斗可用于環境監測，如對森林、草原等自然資源進行實時監控，及時發現并應對環境問題。（3）公共安全，在災害應對和緊急救援中，北斗的短報文通信功能將發揮巨大作用，提高救援效率。
課堂總結
本課我們深入學習了物聯網中的定位技術，重點探討了GPS全球定位系統和北斗衛星導航系統。通過了解這些技術的原理和應用，我們認識到定位技術在現代生活中的不可或缺性。通過項目實踐，同學們還自主比較了不同的短距離無線通信技術，并探討了北斗衛星系統的廣闊應用前景。希望同學們能將所學知識與實際生活相結合，不斷創新思考，為推動物聯網技術的發展貢獻自己的力量。
課后作業
請調查你所在城市的一個公共場所（如購物中心、公園等），了解其是否應用了定位技術來提升服務質量或管理效率。如果應用了，請詳細描述該技術的具體應用方式及其帶來的好處；如果沒有應用，請你設想一種可能的定位技術應用場景，并說明其潛在的優勢。
板書
29
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
讓備課更有效
www.21cnjy.com
Thanks!

展開更多......

收起↑