資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
八年級信息科學教學設計
課題 第一單元 從感知到物聯 第1課 開啟物聯網之門
核心素養目標 信息意識：初步認識物聯網，知道物品聯網的基本條件，物聯網與互聯網之間的關系。了解我國物聯網發展歷程，感受數字中國的成就。信息社會責任：激發學生對信息技術的興趣，認識到物聯網在現代社會中的重要性。在物聯網應用中，知道數據安全防護的常用方法和策略，保護個人隱私，尊重他人隱私。
教學重點 了解我國物聯網的發展。
教學難點 知道物聯網與互聯網之間的關系。
教學方法 講解，演示法
學習方法 探索，討論
教學用具 計算機，互聯網
主備人 Xinxijishu886
教 學 過 程
導入新課 通過手機或者計算機，可以了解千里之外某件物品的狀態或某個人的活動情況；刷臉可以進入家門，相應的燈也會打開。這些什么的作用？學生自愿回答。學生回答以上問題后教師匯總，這些不是科幻電影中才有的場景，而是今天我們所學的物聯網在人們生活中的應用。
教學過程 尋找身邊能聯網的物品在生活中，很多物聯產品也稱為智能產品。在本模塊統稱為物聯產品。例如，把智能家居稱為物聯家居，把智能停車稱為物聯停車，等等。物聯網是internet of things的直譯，意思是“物品的互聯網”,也就是“將物品用互聯網連接起來”。物聯網中的“物”泛指各種物品，所以物聯網也經常被解釋為“萬物互聯”。 計算機接入互聯網要有自己的身份，物品要連接互聯網也不例外。一般來說，滿足以下條件的物品就可以接入互聯網。有名字：有可被識別的唯一編碼。可感知：能提供物品本身的數據。能傳輸：可與其他物品交換數據。現階段物聯網中的“物”，主要是指那些裝有傳感器并且能與互聯網相連的物品。生活中物聯網的應用比較廣泛，教師可以通過一段貼近學生生活的物聯網案例視頻，如物聯家居、物聯班牌、物聯燈光系統等，作為本課的教學引入。通過討論、分析、感受身邊的物聯產品，引導學生感受到物聯網已經滲透到社會生活的方方面面，初步理解萬物互聯給人類社會帶來的影響，進而激發學生對物聯網的學習興趣。教學中，需要注意和互聯網應用與創新模塊的銜接。讓所有的物品都連接互聯網，就要對每個物品進行唯一的標識。這里可以引導學生回顧IP的相關知識，幫助學生進一步理解從IPv4 轉向IPv6的意義，并意識到互聯網“升級”是物聯網和數字化轉型的基礎。學習活動1除了臺式計算機、平板計算機、手機，還有哪些物品連接了互聯網？它們接入互聯網后帶來了什么好處？開展本學習活動時，教師可以結合圖1.1 常見的物品引導學生列舉物品。然后引導學生探究這些物品接入互聯網后帶來了哪些好處。例如，電視接入互聯網后，節目資源更加豐富；汽車接入互聯網后，功能更加多樣。教師可以制作表格，引導學生填寫。教師可以根據本地實際情況開展教學。如果學校已經安裝了物聯燈光系統，可以以此為例，帶領學生討論物聯燈光系統和傳統燈光系統的不同之處；如果學校還沒有安裝物聯燈光系統，可以引導學生從控制燈的開關、節能等方面思考燈接入互聯網的好處。有基礎的學校，可以進一步引導學生思考，世界上有那么多物品需要上網， IP地址夠用嗎？如果要給每個聯網的物品都分配一個 IP地址，大概需要多少個IP地址？二、探索物聯網與互聯網的關系物聯網的核心和基礎仍然是互聯網。最初的互聯網，實現的是計算機與計算機的連接；21世紀初，由于手機等智能終端上網得到普及，人們可以隨時隨地上網，實現了人與人的互聯；現在，隨著傳感技術和網絡技術的飛速發展，越來越多的物品可以接入網絡，互聯網就發展成了物聯網（圖1.2）。圖1.2 物聯網的發展學習活動2咖啡壺事件是早期“實用化”物聯思想的故事，上網查找相關資料，進一步了解物聯網與互聯網的關系。傳感器的應用是物聯網與互聯網的最大區別所在。互聯網是基于人的網絡，數據在某種意義上是靠人來采集的。教學中可以參考下面的案例講解物聯網與互聯網的不同。電器壞了，你可以用手機在網上報修，之后工人上門維修，如果不能現場修理，工人會將電器取走返修，或快遞人員上門取走電器寄回工廠返修，這是互聯網的應用。而物聯網時代，在人不參與的情況下，如何實現讓電器自主完成整個返修過程呢？當電器損壞之前，安裝在電器里面的傳感器已經檢測到了異常，會主動發出報修信息。在技術足夠成熟的前提下，家用機器人和快遞無人機能取走電器，并同時安裝好備用電器。以上這些步驟都不需要你知情，你只會得到電器返修的通知，并正常使用跟以往的電器一樣好用的備用電器。了解我國物聯網的發展我國的物聯網起步很早，最開始被稱為傳感網，中國科學院于1999年開始了相關研究；2009年，“感知中國”的概念被提出，物聯網迎來了快速發展；2023年，我國三家基礎電信企業發展蜂窩物聯網終端用戶 23.32 億戶（圖1.3）。當前我國物聯網產業保持高速增長，正邁入“跨界融合，集成創新、規模化發展”的新階段，相關政策聚焦車聯網、工業物聯網等重點領域應用，生態布局進一步優化。物聯網應用正從閉環、碎片化走向開放、規模化，5G、人工智能、區塊鏈等技術與物聯網加速融合，開啟了“萬物智聯”的新時代。我國物聯網的良好發展態勢，主要得益于以下三方面因素。一是國家高度重視物聯網發展。黨中央、國務院高度重視物聯網新型基礎設施建設發展，黨的十九屆五中全會提出“系統布局新型基礎設施”；國家“十四五”規劃綱要提出推動物聯網全面發展，將物聯網納入7大數字經濟重點產業，并對物聯網接入能力、重點領域應用等作出部署；黨的二十大報告指出，要加快發展物聯網。二是各行各業為物聯網發展提供了廣泛的應用場景。經過多年努力，我國已建成世界上最為完整的產業體系，是全世界唯一擁有聯合國產業分類中全部工業門類的國家。各行各業在數字化轉型過程中，加快與物聯網結合，產業界形成了豐富的應用實踐，推動了物聯網連接數的快速增長。三是覆蓋廣泛的移動通信網絡為物聯網發展提供了堅實的網絡底座。根據《第53次中國互聯網絡發展狀況統計報告》，截至2023年12月，移動通信基站達1 162萬個，我國三家基礎電信企業（中國電信、中國聯通、中國移動）發展蜂窩物聯網終端用戶 23.32 億戶。目前，我國建成了全球規模最大的移動通信網絡，覆蓋廣度和深度持續提升，初步形成窄帶物聯網（NB-IoT）、4G和5G多網協同發展的格局，能夠提供不同速率等級的連接能力，滿足各行業物聯網業務和應用場景要求。
課堂小結 1．物聯網（Internet of Things )是物品的互聯網，是指萬物互聯。2．物聯網是互聯網的發展，互聯網是物聯網的基礎。3．物聯網中的數據可以由傳感器感知并自動采集。4．我國物聯網發展迅速。
分層作業 1．如果把洗衣機或冰箱聯網，可以共享哪些數據？與誰共享數據？ 　　 2．如果你家的洗衣機和冰箱的數據在互聯網上人人可見，可能會帶來哪些安全隱患？
板書設計 第一單元 從感知到物聯 第一課開啟物聯網之門一、查找身邊能聯網的物品二、探索物聯網與互聯網的關系三、了解我國物聯網的發展
課后反思
組長審批、
簽字 年 月 日
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八年級信息科學教學設計
課題 第一單元 從感知到物聯 第2課 傳感之古今未來
核心素養目標 信息意識：了解傳感器的由來及發展趨勢，感受信息科技給生活帶來的益處。知道傳感器的基本工作原理，認識傳感器的作用。信息社會責任：通過對信息媒體，能夠直觀、生動地表達信息，把很多抽象的問題和事實形象化。
教學重點 認識傳感器。
教學難點 了解傳感器優勢。
教學方法 講解，演示法
學習方法 探索，討論
教學用具 計算機，互聯網
主備人 Xinxijishu886
教 學 過 程
導入新課 人在感知外界信息時，需要用到視覺、味覺、嗅覺、觸覺、聽覺等感官系統，通過感官獲取外界信息后，由大腦進行分析判斷和處理。物聯網也能感知世界嗎？舉個例子？學生回答以上問題后教師匯總，用提問法來引入新課，問物聯網也能感知世界的話，那么物聯網的感官是什么呢？學生已經接觸過的傳感器就是物聯網的感官。
教學過程 感知在物聯網中起著決定性的作用。傳感器是物聯網的感覺器官（圖2.1），就如同人的眼、耳、口、鼻、舌等，用于獲取目標對象的各種數據。在過程與控制模塊，學生已經接觸了傳感器。這里可以結合人體的感知系統來類比傳感器，以此來降低傳感器的神秘感。傳感器被稱為人類的“電五官”，它能模仿我們的五官獲取數據，如光敏傳感器就像我們的眼睛，聲音傳感器就像我們的耳朵，氣味傳感器就像我們的鼻子，溫度傳感器就像我們的皮膚……教學時，可以將常見的光敏傳感器、聲音傳感器、氣味傳感器、溫度傳感器等與人類的五大感覺器官進行類比，幫助學生更好地理解。一、傳感器的起源人類文明進步的重要標志是制造和使用工具。傳感器其實由來已久，我國古代的偉大發明指南針（圖2.2）、日晷（圖2.3）、沙漏等都可以視為最古老的傳感器，因為它們具有一定的感知能力。但古代傳感器通常基于簡單的物理原理，依賴人們對周圍環境的長期觀察和經驗積累而設計，精度相對較低。圖2.2 圖2.3傳感器發展的漫長歷史見證了人類科技的不斷進步。古代中國在這一領域貢獻突出。指南針在古代叫作司南，利用地球的磁場來確定方向。圭表是古代測量日影長度以定方向、節氣和時刻的天文儀器。日晷是古代利用日影測得時刻的一種計時儀器，由指針和圓盤組成，其原理就是利用太陽投射的影子來測定并劃分時刻。沙漏是古代通過控制沙粒掉落的速度來測量時間的裝置。水鐘是古代利用水的流動來測量時間的計時裝置。這些發明不僅展示了中國古代人民的智慧，還推動了傳感技術的演進。教學中，教師可以以某個古代傳感器為例，結合“輸入—計算—輸出”介紹其工作原理。在此基礎上，引導學生了解中國在傳感器領域的貢獻，以激發他們對傳感技術的興趣，培養學生的創新意識和民族自豪感。古代傳感器通常基于簡單的物理原理，依賴人們對周圍環境的長期觀察和經驗積累而設計，精度相對較低。除了前面介紹的傳感器，古代還有測風器、測雨器等裝置。教學中，重點要放在實現了什么感知功能，以及實現的輸入和輸出。學習活動1上網查找材料，說一說古代還有哪些傳感器。它們分別實現了什么感知功能？它們的輸入和輸出分別是什么？認識傳感器傳感器是一種能將感應到的數據按照一定規律轉換成可用信號的器件或裝置，以滿足數據的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。例如，聲音傳感器將聲波轉換為相應的信號（圖2.4）。圖2.4 傳感器的基本結構與工作原理機械擴展了人類的體力，計算機擴展了人類的智力，無處不在的傳感器則擴展了人類的感知能力。常見的傳感器有溫度傳感器、土壤濕度傳感器、加速度傳感器、光敏傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器、紅外傳感器、氣壓傳感器等，它們廣泛應用于生活中的各類設備。傳感器的定義不需要學生死記硬背，但要讓學生了解其實質是將不易測量的物理量轉化成容易測量的量，如電學量。教學中，為了降低難度，這里將傳感器中的敏感元件和轉換元件抽象為計算。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分，用來感知環境數據、接收輸入信號。轉換元件的功能是將敏感元件的變化轉換成適合傳輸和度量的信號，從而實現信號的輸出。學習活動21. 洗衣機、冰箱、空調等常見的家用電器中是否有傳感器？如果有傳感器，這些傳感器有哪些功能和作用？2. “祝融號”火星探測車可能安裝了哪些傳感器？分別有什么作用？教師引導學生理解傳感器不僅能實現人類自身擁有的感知，還擴展了人類身體不具有的感知。當前，還有很多需要探索的未知領域，如太空、深海、深地等，因此需要開發種類更多、功能更強大的傳感器。大多數家用電器中都有傳感器。教學中，除了洗衣機、冰箱、空調，教師可根據本地實際情況，選擇電飯煲、熱水器、電烤箱、榨汁機、電熨斗、吸塵器等學生常見的家用電器。隨著科技的進步，越來越多的家用電器都集成了多種傳感器，家用電器的智能化程度與其所搭載的傳感器數量往往呈正相關。在探究家用電器的傳感器后，教師可以將討論拓展至太空探索領域。“祝融號”火星車成功在火星表面著陸，并執行了多項科學探測任務，其背后離不開眾多傳感器的支持，如用于分析火星大氣和土壤成分的光譜儀、監測地殼運動的地震儀，以及探測周圍環境溫濕度變化的傳感器等，共同構成了“祝融號”強大的感知系統。此外，教師還可以將傳感器的應用場景延伸至學生熟悉的其他領域，帶領學生深入分析功能實現的過程。這樣的討論不僅有助于提升學生對傳感器的認識，還能激發他們對跨學科知識應用的思考。三、傳感器的發展趨勢傳感器作為物聯網的基礎，應用越來越廣泛。物聯網的發展又對傳感器提出更高的要求，如體積更小、功能更強、價格更低、檢測更準確、使用更靈活、產品更節能等。以計步功能為例，從簡單的計步器到物聯手表，集成的傳感器也越來越多，對運動的感知能力越來越強，如圖2.5所示。圖2.5 計步設備的發展 現在，傳感器已經從簡單的電子零件逐步變成具有感知、計算、存儲、傳輸等功能的集成化裝置。傳感器的發展和傳感器的應用需求密切相關，應用越廣泛，需求就會越細，要求就會越高。正是由于傳感器集成化、智能化、無線化的發展，傳感器的作用越來越大。教學中，要讓學生理解應用需求是促使傳感器向這些方向發展的原因，體會傳感器不僅是物聯網的基礎，也是大數據、人工智能等技術的基礎。在傳感器發展的過程中，出現了很多新的名詞，如無線傳感器、智能傳感器等。教學中，不必讓學生認識和區分智能傳感器、無線傳感器等概念，只需強調傳感器正朝著更智能、更便捷、更集成的方向發展即可。傳感器的種類多達幾萬種，但和芯片技術一樣，國內有部分高精尖的傳感器依賴進口。隨著自主研發技術的增強，國產傳感器近些年已經有了長足的發展。教學中，可適時引導學生思考，傳感器的國產化對促進我國科技自主可控的意義。相比家用電器，手機中的傳感器更多。教學中，教師可以讓學生分組討論，先引導學生討論手機常見的功能；然后，分析實現這些功能需要的傳感器。例如，光敏傳感器隨時檢測環境的光強度數據，使得手機能夠根據周圍光強度數據自動調節屏幕亮度；加速度傳感器可以檢測物體在x、y、z軸三個方向上的加速度，讓手機知道人們的運動方向。
課堂小結 1．傳感器是物聯系統的基礎，是物聯網實現全面感知的關鍵 。2．傳感器是一種能將感應到的數據按照一定規律轉換成可用信號的器件或裝置。3．傳感器延伸了人類的感知。4．傳感器向著網絡化、集成化、微型化、智能化的方向發展。
分層作業 智能手機集成了哪些傳感器？這些傳感器有什么作用？手機中的哪些應用中使用了這些傳感器？
板書設計 第一單元 從感知到物聯 第二課 傳感之古今未來一、傳感器的起源 二、認識傳感器 三、傳感器的發展趨勢
課后反思
組長審批、
簽字 年 月 日
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