2.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)-高中通用技術(shù)粵科版選擇性必修6智能家居應(yīng)用設(shè)計(jì)

普通高中教科書《通用技術(shù)》選擇性必修6：智能家居應(yīng)用設(shè)計(jì)第二章智能家居與物聯(lián)通信第一節(jié)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)背景清晨，天慢慢亮了，臥室自動(dòng)響起輕柔的音樂把你喚醒；房間亮起柔和的燈光；智能衛(wèi)浴會(huì)為你自動(dòng)調(diào)整洗浴水溫；智能廚房會(huì)為你自動(dòng)烹飪?cè)绮汀闶遣皇怯X得這樣的智能生活離我們還很遙遠(yuǎn)？實(shí)現(xiàn)人民對(duì)美好生活的向往是我們現(xiàn)代化建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。隨著國家堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國的進(jìn)程，我國的科學(xué)技術(shù)得到了高速的發(fā)展。這種帶有科幻色彩的生活場景，已經(jīng)逐漸走進(jìn)了人們的生活。小到智能電燈、智能門鎖，大到智能臥室、智能廚房，各種各樣的智能產(chǎn)品已經(jīng)漸漸地融入了我們的生活，這些就是同學(xué)們將在本書學(xué)習(xí)的內(nèi)容——智能家居。教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)與技能目標(biāo):1.理解物聯(lián)網(wǎng)的概念與特征。2.了解物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)構(gòu)成。3.了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，理解智能家居與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)性。教學(xué)內(nèi)容分析:第一章從與同學(xué)們生活密切相關(guān)的典型實(shí)例開始，通過調(diào)查、討論等活動(dòng)，使同學(xué)們了解智能家居的系統(tǒng)特征及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，感悟智能科技應(yīng)用對(duì)家庭生活方式的影響，形成親近、運(yùn)用智能科技的積極情感。第二章通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)構(gòu)成、結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及傳感器的介紹，使同學(xué)們了解物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用，并通過簡單的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，理解智能家居與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)性。第三章通過實(shí)例展示了各種智能家居產(chǎn)品，并讓同學(xué)們親歷一個(gè)智能家居產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，掌握簡易智能家居產(chǎn)品的安裝與調(diào)試，同時(shí)理解組網(wǎng)、通信和傳感器等的原理和功能。第四章是一個(gè)較為完整的智能家居的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與搭建過程，通過情景描述的方式，使同學(xué)們掌握與用戶進(jìn)行溝通的方法，并學(xué)會(huì)需求分析。通過本章的學(xué)習(xí)，同學(xué)們還會(huì)學(xué)到智能家居的設(shè)計(jì)原則及對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化的方法。學(xué)情分析:學(xué)生對(duì)智能家居認(rèn)識(shí)有限，他們需要感受先進(jìn)技術(shù)在家庭生活中的運(yùn)用，需要一個(gè)集通信、計(jì)算、控制等技術(shù)于一體的應(yīng)用性學(xué)習(xí)窗口。智能家居融合了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、生物技術(shù)、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，意在創(chuàng)設(shè)一種智慧感知、協(xié)調(diào)控制、智能互聯(lián)、方便快捷的家居生活環(huán)境。教學(xué)重難點(diǎn):理解物聯(lián)網(wǎng)的概念與特征。了解物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)構(gòu)成。了解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，理解智能家居與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)性。教學(xué)策略:始終強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，在書中設(shè)置了“討論”“分析”“思考”“知識(shí)窗”等欄目。這些欄目的設(shè)置，為同學(xué)們自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)提供了方便。教學(xué)準(zhǔn)備:展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。教學(xué)過程:情景導(dǎo)入:老師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)《通用技術(shù)》選擇性必修6：智能家居應(yīng)用設(shè)計(jì)第二章智能家居與物聯(lián)通信第一節(jié)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)將人與人通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，隨著射頻識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)，人們開始思考能否將物也連接到互聯(lián)網(wǎng)中，將物與物、物與人都通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，形成一種新興的網(wǎng)絡(luò)，這就是物聯(lián)網(wǎng)。以智能、平板電腦等為代表的移動(dòng)終端的出現(xiàn)，使互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)的新發(fā)展，加快了智能家居走向成熟的步伐。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，中國誕生了百度、阿里巴巴、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深刻地影響了人們的生活。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，人們預(yù)言物聯(lián)網(wǎng)將開啟一個(gè)新的時(shí)代。如今，無論是衣食住行，還是消費(fèi)購物或者通信溝通，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都已經(jīng)在由淺至深地實(shí)踐著。一、物聯(lián)網(wǎng)的概念和特征1．物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IOT），是物與物相連的互聯(lián)網(wǎng)。通過射頻識(shí)別、傳感器等設(shè)備采集物品的編碼等信息，按照約定的通信協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)連接，對(duì)物品進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，形成物聯(lián)網(wǎng)。案例特洛伊咖啡壺事件1991年，英國劍橋大學(xué)特洛伊計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，由于他們工作的地方和煮咖啡的地方不在同一樓層，因此工作時(shí)常需要到樓下查看煮咖啡的狀況和取咖啡，非常不方便。為了解決這個(gè)麻煩，他們編寫了一套程序，并在咖啡壺旁邊安裝了一個(gè)便攜式攝像機(jī)（圖21）。鏡頭對(duì)準(zhǔn)咖啡壺，利用計(jì)算機(jī)圖像捕捉技術(shù)，定時(shí)向?qū)嶒?yàn)室的計(jì)算機(jī)傳遞圖片，以方便他們隨時(shí)查看咖啡是否煮好，省去了上上下下的麻煩。1993年，這套簡單的本地“咖啡壺觀測”系統(tǒng)經(jīng)過更新，通過實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站連接到了互聯(lián)網(wǎng)上。沒想到的是，僅僅為了查看咖啡煮好了沒有，全世界互聯(lián)網(wǎng)用戶蜂擁而至，近240萬人點(diǎn)擊過這個(gè)“咖啡壺”網(wǎng)站。討論案例中的咖啡壺是如何實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的？知識(shí)窗物聯(lián)網(wǎng)概念的提出物聯(lián)網(wǎng)理念最早可追溯到比爾·蓋茨1995年出版的《未來之路》一書。在書中，比爾·蓋茨已經(jīng)提及“物”與“物”相連的物聯(lián)網(wǎng)雛形，只是當(dāng)時(shí)受限于無線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展，并未引起重視。1998年，美國麻省理工學(xué)院創(chuàng)造性地提出了物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想。1999年，基于物品編碼、射頻識(shí)別技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)，美國麻省理工學(xué)院的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心首先提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，但近年來才真正引起人們的關(guān)注。2005年11月17日，在信息社會(huì)世界峰會(huì)上，國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》。報(bào)告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨，世界上所有的物體，從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯(lián)網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行信息交換。射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，2022年11月9日，國家主席習(xí)近平向2022年世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)烏鎮(zhèn)峰會(huì)致賀信中指出，中國愿同世界各國一道，攜手走出一條數(shù)字資源共建共享、數(shù)字經(jīng)濟(jì)活力迸發(fā)、數(shù)字治理精準(zhǔn)高效、數(shù)字文化繁榮發(fā)展、數(shù)字安全保障有力、數(shù)字合作互利共贏的全球數(shù)字發(fā)展道路，加快構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間命運(yùn)共同體，為世界和平發(fā)展和人類文明進(jìn)步貢獻(xiàn)智慧和力量。2．物聯(lián)網(wǎng)的特征物聯(lián)網(wǎng)的特征主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）互聯(lián)網(wǎng)特征，即聯(lián)網(wǎng)的物在互聯(lián)網(wǎng)中互聯(lián)互通。（2）識(shí)別與通信特征，即聯(lián)網(wǎng)的物具備自動(dòng)識(shí)別與物物通信的功能。（3）智能化特征，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有自動(dòng)化、自我反饋與智能控制的特性。二、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)是物與信息世界的深度融合，涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域，也應(yīng)用于各行各業(yè)。不同領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)有不同特性，涵蓋的知識(shí)很多。因此，要認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)，必須從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)開始。案例某天，李濤到超市購物。經(jīng)過一番選購后，李濤來到收銀臺(tái)，拿出，連通網(wǎng)絡(luò)，登錄支付軟件，打開付款二維碼給超市收銀員進(jìn)行掃描（圖22），便完成了貨款的支付。討論1．李濤本次購物的付款方式與傳統(tǒng)的付款方式有何不同？2．不連接網(wǎng)絡(luò)能不能完成付款？3．支付軟件在本次付款中起什么作用？4．?dāng)?shù)字人民幣支付與支付軟件的支付方式有何不同？說一說數(shù)字人民幣的支付特征。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)通常分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，如圖23所示。1．感知層物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別在于物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信范圍。物聯(lián)網(wǎng)不局限于人與人之間的通信，還擴(kuò)展到人與物、物與物之間的通信。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，感知層的作用是用于感知物體，采集數(shù)據(jù)。感知層包括數(shù)據(jù)采集和傳感網(wǎng)兩個(gè)部分。其中，數(shù)據(jù)采集部分主要用于采集各類物理量，如音頻、視頻、溫度、濕度等數(shù)據(jù)。傳感網(wǎng)實(shí)現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)后的短距離傳輸、自組織組網(wǎng)以及多個(gè)傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的協(xié)同信息處理過程。感知層涉及的技術(shù)有傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、二維碼技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)等。知識(shí)窗嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡稱，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是一項(xiàng)融合計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)為一體的復(fù)雜技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)已有極廣泛的應(yīng)用，以嵌入式系統(tǒng)為特征的智能終端產(chǎn)品隨處可見，MP3、智能、電視機(jī)機(jī)頂盒、微波爐、全自動(dòng)洗衣機(jī)、路由器等都是典型的嵌入式設(shè)備。在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，所有的控制對(duì)象都要具備接收、傳遞與處理信息的能力，因此嵌入式技術(shù)的發(fā)展日顯重要。2．網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)真正的價(jià)值在于網(wǎng)，而不在于物。感知只是第一步，但是感知的信息，如果沒有一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)體系，不能進(jìn)行管理和整合，那么這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就沒有意義了。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的可靠保證，網(wǎng)絡(luò)層的作用是把感知到的信息進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)層能夠無障礙、高可靠性、高安全性地傳送感知到的信息，需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相互融合。經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?．應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是要把感知和傳輸來的信息更好地利用，應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，與行業(yè)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能管理。應(yīng)用層包括各類具體應(yīng)用，如綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。物聯(lián)網(wǎng)涉及的技術(shù)非常多，標(biāo)準(zhǔn)體系由感知層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、應(yīng)用層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和公共技術(shù)類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系組成。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)容豐富，所涉及的標(biāo)準(zhǔn)組織也較多，不同的標(biāo)準(zhǔn)組織基本上都按照各自的體系對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行研究。目前，介入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的主要組織有電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）、國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ITUT）等。立即行動(dòng)通過互聯(lián)網(wǎng)或圖書館查閱相關(guān)資料，說說表21中的產(chǎn)品分別屬于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的哪一層結(jié)構(gòu)。表21產(chǎn)品在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的層次產(chǎn)品感知層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層人體感應(yīng)傳感器路由器RFID讀寫器攝像頭云計(jì)算平臺(tái)智能電網(wǎng)三、物聯(lián)網(wǎng)與智能家居物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景非常廣闊，它將極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞?，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、交通、電網(wǎng)、環(huán)保、安防、醫(yī)療、家居生活等領(lǐng)域。發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，在5G時(shí)代，我國根據(jù)當(dāng)前的國情提出了要在智能制造、智慧農(nóng)業(yè)、智慧物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智慧城市、智慧醫(yī)療和智能家居等重點(diǎn)領(lǐng)域加大物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和應(yīng)用。知識(shí)窗物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代生活中有非常廣泛的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）物聯(lián)網(wǎng)在商品生產(chǎn)、銷售信息化管理中的應(yīng)用。倉庫的自動(dòng)化包括商品的自動(dòng)進(jìn)出和訂單自動(dòng)傳輸給供應(yīng)商，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，商品從生產(chǎn)到消費(fèi)將有望實(shí)現(xiàn)全程無人管理。（2）物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。在打擊假藥制造和提高藥物的使用效果上，RFID芯片已經(jīng)得到應(yīng)用。未來RFID芯片在醫(yī)藥領(lǐng)域的全面應(yīng)用將能減少因服用假藥、過量服藥或者服用相克藥物而失去生命的病例。（3）物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療方面的應(yīng)用。結(jié)合納米技術(shù)及芯片技術(shù)，未來將有望研究出新的高效診療手段。在藥物中嵌入微型治療設(shè)備，將能夠有效監(jiān)測和預(yù)防某些疾病的發(fā)生，還能夠?qū)崿F(xiàn)在人體內(nèi)對(duì)患病部位的精確定位治療。（4）物聯(lián)網(wǎng)在汽車中的應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，轎車中的傳感器將繼續(xù)增加，自動(dòng)收集環(huán)境信息越來越多，自動(dòng)規(guī)劃行駛路線、自動(dòng)保持車距、自動(dòng)巡航等技術(shù)日益完善，汽車的無人駕駛時(shí)代也將來臨。討論1．通過互聯(lián)網(wǎng)或圖書館等途徑查詢資料，或者根據(jù)自己的生活經(jīng)歷，談?wù)勎锫?lián)網(wǎng)將來還會(huì)應(yīng)用在哪些領(lǐng)域。2．5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生什么影響？在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中，智能家居成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的最好體現(xiàn)之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能家居的核心，有物聯(lián)網(wǎng)才有智能家居。生活節(jié)奏日益加快，人們迫切希望過上簡單快捷、健康舒適的家居生活。手握智能，即可輕松地自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備；有歹徒破門進(jìn)入家中行竊，家中的智能安防報(bào)警系統(tǒng)通過紅外檢測、視頻監(jiān)控及時(shí)發(fā)現(xiàn)盜賊；早上主人上班匆忙，離家時(shí)通過就可一鍵關(guān)閉家中的電器和電燈等。在物聯(lián)網(wǎng)中，連接上網(wǎng)絡(luò)的物都要有一個(gè)物品編碼，即身份識(shí)別碼。因此，智能家居的智能化產(chǎn)品，如智能電燈、智能插座、智能路由器、智能門鎖等，都必須在互聯(lián)網(wǎng)里有自己的身份識(shí)別碼，才能實(shí)現(xiàn)智能化的遠(yuǎn)程控制。案例某社區(qū)的住戶都安裝了智能家居系統(tǒng)，夏天下班到家前可用提前打開客廳空調(diào)，下雨天可通過查看家里窗戶是否關(guān)閉，等等。這不但提高了居民的生活品質(zhì)，也可以使居民的生命財(cái)產(chǎn)安全得到保障。某一天，該社區(qū)4樓的李先生正在上班，忽然發(fā)出劇烈的振動(dòng)和鈴聲，他打開查看監(jiān)控視頻，一個(gè)男子正在撬門，意圖非法闖入。李先生立即和社區(qū)物業(yè)聯(lián)系，要求派保安上門查看情況，幾分鐘后，保安趕到李先生家，在門口看到一個(gè)神色慌張的男子拿著鐵鉗正在撬門，保安立即將其制服并送到派出所。討論1．有人撬門時(shí)，李先生的為什么會(huì)發(fā)出劇烈的振動(dòng)和鈴聲？2．李先生如何通過知道有人正在撬他家的門？3．交流與分享：說說你家是通過什么措施實(shí)現(xiàn)防盜的。課后作業(yè)習(xí)題1．二維碼技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別技術(shù)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。通過互聯(lián)網(wǎng)或圖書館查閱相關(guān)資料，嘗試借助現(xiàn)有的軟件或網(wǎng)站，將“小明家的電冰箱是2022年在中國制造的?！钡奈淖中畔⑸啥S碼