【新教材核心素养】河北大学版信息技术八年级第3单元第7课《物联网的感官：感知层》教学课件+教学设计+素材

物联网的感官：感知层目录核心素养目标信息意识计算思维分析感知层各技术的工作逻辑时，运用分解、模式识别等方法，理解信息采集与处理的逻辑过程。数字化学习与创新可通过数字化资源学习感知层知识，并创新思考其在智能家居、农业等领域的拓展应用。信息社会责任明白感知层技术应用中需保障信息合法使用、数据安全，树立遵守信息伦理、承担社会责任的意识。能感知物联网感知层技术在智慧物流中采集物品信息的价值，主动关注技术如何识别、获取物流信息。新知导入第三单元 理解物联网的技术架构物联网的核心功能是实现设备间的互联互通以及数据的高效传输和处理。在物联网的工作全链条中，物联网技术黑盒里的数据是如何采集、处理的？物品的信息如何变为数据？数据是如何被传输的？物联网设备又是如何根据需要做出应答的？新知导入新知导入学习目标了解物联网的三层技术架构，熟悉每一层的作用。学习常见的数据采集方法，包括身份标识技术、定位技术、传感器技术的应用，了解常见传感器的功能。了解常见的物联网通信协议，包括蓝牙、Wi-Fi、NB-IoT等协议，并熟悉它们的特点。新知导入学习目标了解应用层的关键技术，包括大数据、云计算、智能机器人等技术。知道数据安全保护的常用方法和策略，懂得保护个人隐私、尊重他人隐私的重要性，了解自主可控对国家安全以及物联网未来发展的重要意义。新知导入单元主题物流是连接生产与消费两端的纽带。请同学们以“智慧物流”为主题，一起来探秘物联网的技术架构，了解各层的作用以及核心技术吧！新知导入在智慧物流系统中，实时采集物品的信息对存储、分拣和运输等环节至关重要。实时采集的快递物品保鲜信息如图所示。那么，如何实现对物品相关数据的实时采集呢？问题情境图3-1快递物品保鲜信息新知讲解生活中，我们用眼睛观察世界的样貌，用耳朵倾听周边的声音，用舌头品味食物的酸甜苦辣，用双手触摸感知物体的温度、硬度等。物联网系统也存在着“感官”，它的“感官”被称为感知层，用于识别物体和采集信息。感知层是物联网层次结构中的最底层。实践与探究新知讲解在智慧物流系统中：通过编码标识物品信息。卫星定位采集位置。温度传感器监测环境温度。感知层是物联网进行数据传输与处理的基础，是物联网技术架构的重要组成部分。新知讲解在快递物品的存储和运输过程中，需要采集哪些相关的信息呢?这些信息可以通过哪些方法被采集到呢?进行分析并填写表3-1。想一想新知讲解想一想表3-1 快递物品存储和运输过程中的信息采集新知讲解(一)物品的身份标识:条形码、二维码和电子标签2024 年全国邮政行业寄递业务量超 1936 亿件，要明确这些快递的物品信息、寄收地等，关键是通过条形码、二维码和电子标签对物品进行精确身份标识 。图3-2 物品的标识新知讲解在现实生活中，公民身份号码是公民身份的重要标识。在物流行业中每个包裹也有自己的标识，可以通过贴附条形码、二维码、电子标签(如射频识别标签)等方式对物品进行标识。图3-3 物品的标识方式二维码条形码电子标签新知讲解1.条形码物品外包装或快递单上黑白相间条纹组成的图形标识符。黑色 “条” 代表二进制“1”，白色 “空” 代表二进制 “0”，由物品信息标准化数字编码转换为特定条空组合而成。新知讲解利用 “条” 和 “空” 对光线的反射率、反射强度差异，通过激光扫描仪（如红色激光管）照射条形码，反射光被转换为数字信息。图3-4扫描条形码示意图新知讲解优点：制作成本低、方法简单，常用于商品基本信息编码（如超市商品条形码）。不足：数据存储有限（通常记录 13 个字符）、需依附物品外包装，易受损。新知讲解2.二维码二维码是生活中常见的编码方式，典型应用有微信名片二维码、手机付款码等。由黑色和白色小方块构成，黑块代表二进制 “1”，白块代表二进制 “0”。有三个 “码眼”，用于扫描时定位，支持多方向扫描。码眼信息储存区图3-5 二维码示例新知讲解与条形码的优势对比小知识新知讲解3.电子标签附着在物体上，用于存储和标识物体信息的电子器件，是射频识别（RFID）系统的重要组件。RFID 是一种非接触式自动识别技术。例如住宅小区的门禁系统常采用 RFID 技术。图3-6 RFID门禁识别新知讲解RFID系统的优势：芯片封装在电子标签内，不易损坏、可长期保存。适用于各种恶劣环境，对物体摆放位置和角度无要求。非接触式识别，效率高。图3-7 RFID系统新知讲解RFID系统的组成：电子标签：包含芯片、耦合元件等，具有唯一电子编码，附着在物品上实现电子标识。读写器：包含控制模块、电路等，用于读写标签信息，可制作成不同形态。天线：在电子标签和读写器之间传递信号。电子标签和读写器的天线通过发射电磁波，实现非接触式信息交互。新知讲解表3-2 RFID系统的应用查一查查阅资料，了解RFID系统在生活中的应用，并完成表3-2。新知讲解 (二)了解物品的位置信息:卫星定位物品实时位置可通过卫星定位系统确定，全球最主要的系统有：中国北斗卫星导航系统（BDS）美国全球定位系统（GPS）欧盟伽利略卫星导航系统（GALILEO）俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）新知讲解北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星定位系统，可提供实时、精准的定位 / 导航服务。原理：运输车上安装北斗接收模块，通过测量与多颗北斗卫星的距离，经公式计算确定位置。图3-8 北斗卫星导航系统应用新知讲解发展历程：2000 年首颗北斗卫星升空→2020 年全球组网，凝聚中国智慧。核心价值：让我国在通信调度、救灾抢险、军事指挥等领域摆脱外部技术依赖，实现科技自立自强。新知讲解(三)了解物品的状态信息：传感器物流常见传感器：压力传感器：测量物品重量。光电传感器：测量物品外观尺寸。温湿度传感器：在仓库、运输车、保温箱等处安装，实时采集并调控环境信息，避免物品损毁。图3-9 光电传感器应用新知讲解感知层包括条形码、二维码和扫描仪，电子标签和读写器，以及摄像头导航卫星、传感器等标识和设备。感知层通过这些标识和设备提供的数据实现识别物品、采集信息的目标。随着传感器技术、通信技术、数据处理技术的不断进步，感知层将变得更加智能、高效、可靠，为物联网的广泛应用提供更强大的支持。小知识新知讲解光电传感器的工作原理智慧物流自动分拣环节所用的光电传感器，基于 “光电效应” 工作。当物品经过检测区域时，会遮挡或反射传感器发射的光线，传感器感知光线的变化（如光的遮挡、反射强度改变），并将光信号转化为电信号，从而识别物品的外观尺寸等信息，辅助自动分拣系统把物品分配到合适的储存、运输单元。课堂练习下列设备中，不属于物联网感知层设备的是（ ）。A. 温度传感器 B. RFID 读写器 C. 路由器 D. 摄像头答案：C。路由器属于网络层设备，用于网络连接与数据转发 。物联网应用层的主要作用是（ ）。A. 温度传感器 B. RFID 读写器 C. 路由器 D. 摄像头答案：D。应用层结合行业需求开发智能应用服务，为用户提供服务 。CD课堂练习在智慧物流系统中，可通过哪些技术手段采集物品的位置信息？在智慧物流系统中，可利用卫星定位系统（如中国北斗卫星导航系统、美国全球定位系统（GPS）等）来采集物品的位置信息。具体来说，通过在运输车上安装卫星接收模块，测量其与多颗已知位置的卫星之间的距离，再根据相关公式进行计算，就能快捷方便地了解物品的位置。拓展延伸拓展与深化感知层技术发展助力智慧物流数据采集，除标识、传感器外，摄像头与图像识别技术也被应用：系统通过摄像头捕捉传送带物品图像，经处理识别获取物品尺寸、摆放形态等信息，为数据统计、智能分拣提供支撑。图3-10 图像识别拓展延伸上网查阅资料并与同学讨论，在智慧物流系统中，感知层还应用了哪些人工智能技术？查一查计算机视觉技术：实现货物识别等。多传感器融合技术：保障运输与货物环境。AI 类目标签技术：提升物流环节智能化。动作识别技术：降低货损、优化流程。视觉 SLAM 技术：用于叉车安全监测预警。拓展延伸感知层技术的 “隐形风险”电子标签开放性漏洞：智慧物流常用 RFID 标签因低成本采用被动开放协议，易被不法分子用普通读写器读改数据，致货物错发或被盗。传感器环境干扰风险：温湿度、振动等传感器易受环境影响，出现数据漂移或误报，影响物流决策准确性。拓展延伸物联网感知层关键技术课堂总结何为物联网1234物联网的感官：感知层板书设计物联网的感官：感知层1、感知层是什么2、感知层如何感知3、完成课堂练习4、进行知识拓展课后作业。1、阐述感知层技术在智慧物流中的应用。课后作业结合课文中智慧物流感知层的相关知识，以 “感知层技术让智慧物流更智能” 为主题，写一篇小短文（不少于 300 字）。要求：阐述感知层技术在智慧物流中的应用，说明这些技术如何使智慧物流变得更智能、高效。