信息技術(shù)基礎(chǔ) 教案-教學(xué)設(shè)計-5.2新一代信息技術(shù)應(yīng)用

《信息技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)設(shè)計單元名稱5.2新一代信息技術(shù)應(yīng)用學(xué)時2單元簡介新一代信息技術(shù)具有高效性、智能化和自動化特點，正在深刻地改變著我們的生產(chǎn)方式和生活方式。江南錫商科技有限公司為了讓員工了解以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實、區(qū)塊鏈等為代表的新一代信息技術(shù)和應(yīng)用，為更快實現(xiàn)“智慧地球”而努力。知識目標(biāo)1）了解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和應(yīng)用。2）了解大數(shù)據(jù)的基本概念和應(yīng)用。3）了解云計算的基本概念和應(yīng)用。4）了解人工智能的基本概念和應(yīng)用。5）了解虛擬現(xiàn)實的基本概念和應(yīng)用。6）了解區(qū)塊鏈技術(shù)的起源和應(yīng)用能力目標(biāo)1)具有超強的學(xué)習(xí)能力和自主創(chuàng)新意識，不斷學(xué)習(xí)新一代信息技術(shù)的應(yīng)用。2)具有科技創(chuàng)新的新理念和新思想，增強新一代信息技術(shù)的應(yīng)用能力。素養(yǎng)目標(biāo)1）具有不斷提升信息素養(yǎng)和鉆研新技術(shù)的能力。2）具有把祖國建設(shè)成世界科技強國而奮斗的精神和斗志。3）具有超強的學(xué)習(xí)能力和自主創(chuàng)新意識。相關(guān)知識教學(xué)過程模塊一了解物聯(lián)網(wǎng)【問題導(dǎo)入】物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)有哪些？在現(xiàn)實生活中哪些場合應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)？【理論講授】1．認識物聯(lián)網(wǎng)1）物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）正式命名了“物聯(lián)網(wǎng)”。2009年，IBM發(fā)布了物聯(lián)網(wǎng)概念戰(zhàn)略，在世界范圍引起了廣泛關(guān)注。2022年，國家工信部印發(fā)了《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，明確提出推動移動物聯(lián)網(wǎng)概念發(fā)展相關(guān)工程，使得物聯(lián)網(wǎng)概念在新一輪技術(shù)革命中的意義進一步凸顯。2）物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)，是指通過射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）、傳感器、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、條形碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、智能嵌入、云計算、納米科技、定位系統(tǒng)等各類技術(shù)與裝置，采集任意需要互聯(lián)的物體或過程，并將采集到的光亮、熱量、電流、聲音、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種信息通過所有可能的網(wǎng)絡(luò)接入，最終實現(xiàn)物與人、物與物的泛在連接，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)任何時間、任何地點，人、機、物的互聯(lián)互通。1）GB2312漢字編碼。為了適應(yīng)計算機處理漢字信息的需要，1981年，我國頒布了《信息交換用漢字編碼字符集基本集》（GB2312—1980），簡稱國標(biāo)碼，又稱漢字交換碼。該標(biāo)準(zhǔn)選出6763個常用漢字和682個非漢字字符，為每個字符規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)編碼，以便在不同計算機系統(tǒng)中間進行漢字文本的交換。2．物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)1）射頻識別。又稱電子標(biāo)簽，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，由射頻電子標(biāo)簽和標(biāo)簽閱讀器組成。標(biāo)簽閱讀器通過其天線在一定范圍內(nèi)對外發(fā)送電磁波，使得接收到電磁波后的標(biāo)簽內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，并通過標(biāo)簽內(nèi)部天線發(fā)送其存儲的信息。當(dāng)標(biāo)簽閱讀器的天線接收到來自標(biāo)簽的信號時，標(biāo)簽閱讀器對信號進行解碼處理，并將處理后的數(shù)據(jù)傳送給后臺系統(tǒng)處理。2）傳感器。指一種能夠感知被測指標(biāo)并轉(zhuǎn)換成可用信號的設(shè)備或器件，可以滿足信息的存儲、處理、傳輸、記錄、顯示等要求。傳感器可以分為熱敏傳感器、氣敏傳感器、光敏傳感器、磁敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器等。3）無線傳感網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種通過無線通信的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)關(guān)節(jié)點以及空間上分散的傳感器節(jié)點組成。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點裝有無線電收發(fā)器、CPU和電池，傳感器節(jié)點將采集的信息經(jīng)過簡單處理后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)觀測者通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點獲取數(shù)據(jù)。4）條形碼技術(shù)。條形碼是一種圖形化表示信息的方法，通過條形碼和相應(yīng)的掃描設(shè)備能夠?qū)⑿畔浫胗嬎銠C中。條形碼可以分為一維條形碼和二維條形碼。5）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。指綜合了計算機軟硬件、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)。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個簡單比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡(luò)就是神經(jīng)系統(tǒng)用來傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進行分類處理。6）智能技術(shù)。通過在物體中植入智能系統(tǒng)，可以使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動地實現(xiàn)與用戶的溝通。3.物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用1)智慧物流2)智能交通3)智能家居4)智慧農(nóng)業(yè)【課堂提問】智能交通可能會應(yīng)用哪些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)？【教師提示】通過視頻等方式了解智能交通。【課后思考】空調(diào)系統(tǒng)使用哪些傳感器？模塊二了解大數(shù)據(jù)本任務(wù)通過認識大數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)的主要技術(shù)使學(xué)生了解大數(shù)據(jù)的的特點、主要技術(shù)和主要應(yīng)用領(lǐng)域。【問題導(dǎo)入】我們常見的大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？大數(shù)據(jù)如何獲取呢？【理論講授】1.認識大數(shù)據(jù)1）大數(shù)據(jù)的概念麥肯錫全球研究對“大數(shù)據(jù)”的定義是：大數(shù)據(jù)（bigdata）是一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，其意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理。2）大數(shù)據(jù)的特點數(shù)據(jù)量大是指海量、低密度的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。處理速度快是指高速接收乃至處理數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)通常直接流入內(nèi)存而非寫入磁盤。數(shù)據(jù)類型繁多是指數(shù)據(jù)類型眾多，例如郵件、文本、音頻和視頻、微信、微博、位置信息、網(wǎng)絡(luò)日志等。低價值密度是指如果不通過適當(dāng)方法處理數(shù)據(jù)其價值就無法最大化體現(xiàn)。2.大數(shù)據(jù)的主要技術(shù)大數(shù)據(jù)開發(fā)無非要干四件事情，采集、存儲、查詢、計算。大數(shù)據(jù)技術(shù)分為整體技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)兩個方面。1）整體技術(shù)。主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存取、基礎(chǔ)架構(gòu)、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘、模型預(yù)測和結(jié)果呈現(xiàn)等。2）關(guān)鍵技術(shù)。①大數(shù)據(jù)采集技術(shù)。數(shù)據(jù)采集通過RFID射頻技術(shù)、傳感器以及移動互聯(lián)網(wǎng)等方式獲得的各種類型的結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化的海量數(shù)據(jù)。②大數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù):大數(shù)據(jù)預(yù)處理主要完成對已接收數(shù)據(jù)的抽取、清洗等操作。③大數(shù)據(jù)存儲及管理技術(shù)。用存儲器把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并進行管理和調(diào)用。④大數(shù)據(jù)分析及挖掘技術(shù)。在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)上進行基于各種預(yù)測和分析的計算，從而起到預(yù)測的效果，滿足一些高別數(shù)據(jù)分析的需求。⑤數(shù)據(jù)展現(xiàn)和應(yīng)用。在我國，大數(shù)據(jù)重點應(yīng)用于以下三大領(lǐng)域:商業(yè)智能、政策決策和公共服務(wù)。3.大數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用1)電商行業(yè)2)金融行業(yè)3)生物技術(shù)【課堂提問】是否可畫出大數(shù)據(jù)開發(fā)的流程圖？【教師提示】大數(shù)據(jù)開發(fā)無非要干四件事情，采集、存儲、查詢、計算?！菊n堂思考】生活中應(yīng)用大數(shù)據(jù)的實例？模塊三了解云計算【問題導(dǎo)入】同學(xué)們了解云計算嗎？云計算主要技術(shù)有哪些？應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？【理論講授】1．認識云計算“云”就是相應(yīng)的計算機群，以及由它組成的能夠提供硬件、平臺、軟件等資源的計算網(wǎng)絡(luò)，通過統(tǒng)籌調(diào)用，對使用者提供所需的服務(wù)。從服務(wù)內(nèi)容來看云計算服務(wù)主要有3類。①基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（infrastructureasaservice，IaaS）。將硬件資源打包成服務(wù)，通過Internet提供給用戶使用，并且根據(jù)用戶對資源的實際使用量或占有量進行計費。②平臺即服務(wù)（platformasaservice，PaaS）。將計算環(huán)境、開發(fā)環(huán)境等平臺作為服務(wù)提供的應(yīng)用模式。③軟件即服務(wù)（softwareasaservice，SaaS）。將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在提供商的服務(wù)器上，通過Internet為用戶提供應(yīng)用軟件服務(wù)，是目前廣泛應(yīng)用的一種云計算。2）云計算的特點①超大規(guī)模?！霸啤本哂邢喈?dāng)?shù)囊?guī)模，一般云擁有從數(shù)百上千臺到幾百萬臺服務(wù)器。“云”能賦予用戶前所未有的計算能力。②虛擬化。云計算支持用戶在任意位置使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。所請求的資源來自“云”，而不是固定的有形的實體，應(yīng)用在“云”中某處運行。③高可靠性?！霸啤笔褂昧藬?shù)據(jù)多副本容錯、計算結(jié)點同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機可靠。④通用性。云計算不針對特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一個“云”可以同時支撐不同的應(yīng)用運行。⑤高可擴展性?！霸啤钡囊?guī)模可以動態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要。⑥按需服務(wù)。“云”是一個龐大的資源池，用戶按需購買，即可使用。⑦潛在的危險性。云計算除了提供計算服務(wù)外，還提供了存儲等服務(wù)。這也是云計算存在潛在風(fēng)險所在。2.云計算主要技術(shù)①虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運行，它可以擴大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程，減少軟件虛擬機相關(guān)開銷和支持更廣泛的操作系統(tǒng)方面。虛擬化技術(shù)根據(jù)對象可分成存儲虛擬化、計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等；②分布式海量數(shù)據(jù)存儲。云計算系統(tǒng)由大量服務(wù)器組成，同時為大量用戶服務(wù)，因此云計算系統(tǒng)采用分布式存儲的方式存儲數(shù)據(jù)，用冗余存儲的方式(集群計算、數(shù)據(jù)冗余和分布式存儲)保證數(shù)據(jù)的可靠性。云計算系統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是Google的GFS和Hadoop團隊開發(fā)的GFS的開源實現(xiàn)HDFS。③海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)。云計算需要對分布的、海量的數(shù)據(jù)進行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)必需能夠高效的管理大量的數(shù)據(jù)。④編程方式。云計算提供了分布式的計算模式，客觀上要求必須有分布式的編程模式。⑤云計算平臺管理技術(shù)。云計算系統(tǒng)的平臺管理技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便的進行業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運營。3.云計算主要應(yīng)用1）金融云2）教育云3）醫(yī)療云4）云會議。【課堂提問】云計算服務(wù)主要有哪幾類？【教師提示】此部分是對課堂提問部分的參考提示。此部分是對課堂提問部分的參考提示。①基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)②平臺即服務(wù)③軟件即服務(wù)【課后思考】虛擬化技術(shù)的分類？模塊四了解人工智能【問題導(dǎo)入】當(dāng)今社會人工智能的主要應(yīng)用有哪些？【理論講授】1．認識人工智能人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是一個以計算機科學(xué)為基礎(chǔ)，由計算機、心理學(xué)、哲學(xué)等多學(xué)科交叉融合的交叉學(xué)科、新興學(xué)科，研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。2）人工智能研究的主要內(nèi)容人工智能研究的主要內(nèi)容包括：知識表示、自動推理和搜索方法、機器學(xué)習(xí)和知識獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設(shè)計等，其中機器學(xué)習(xí)是指在一定的知識表示意義下獲取新知識的過程，按照學(xué)習(xí)機制的不同，主要有歸納學(xué)習(xí)、分析學(xué)習(xí)、連接機制學(xué)習(xí)和遺傳學(xué)習(xí)等。3）如何應(yīng)對人工智能人工智能的不足主要：①缺乏創(chuàng)造力。人工智能不具備進行創(chuàng)造、構(gòu)思以及戰(zhàn)略性規(guī)劃的能力。②缺乏同理心。AI沒有“同情”、“關(guān)愛”之類的“感同身受”的感覺，無法在情感方面實現(xiàn)與人類的真正互動，無法給他人帶去關(guān)懷。③缺乏靈巧性。AI和機器人技術(shù)無法完成一些精確而復(fù)雜的體力工作，AI還難以很好地應(yīng)對未知的或非結(jié)構(gòu)化的空間。應(yīng)對人工智能就要積極投入二次學(xué)習(xí)，重新學(xué)習(xí)職業(yè)技能，充分把“以人為本”的人性特質(zhì)和AI善于優(yōu)化的技術(shù)優(yōu)勢深度結(jié)合起來，為適應(yīng)AI新經(jīng)濟下的新型工作場景做好準(zhǔn)備。2．人工智能主要技術(shù)1）機器學(xué)習(xí)（MachineLearning）。機器學(xué)習(xí)是一種讓計算機通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練來自動改進其性能的方法。主要包括監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、半監(jiān)督學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)等。2）計算機視覺（ComputerVision）。計算機視覺是一種讓計算機理解和解析圖像或視頻中的內(nèi)容的技術(shù)。計算機視覺技術(shù)包括圖像識別、物體檢測、場景理解和圖像生成等。3）自然語言處理（NaturalLanguageProcessing,NLP）：自然語言處理是讓計算機理解、生成和處理人類語言的技術(shù)。NLP的主要任務(wù)包括情感分析、文本分類、實體識別、關(guān)系抽取、語義分析和機器翻譯等。4）專家系統(tǒng)（ExpertSystems）。專家系統(tǒng)是一種基于人類專家知識的計算機程序。通過推理和知識庫，專家系統(tǒng)可以解決特定領(lǐng)域的問題，如醫(yī)學(xué)診斷、金融分析等。5）機器人技術(shù)（Robotics）。機器人技術(shù)涉及到設(shè)計、制造和應(yīng)用具有自主功能和智能行為的機器人。機器人技術(shù)在制造業(yè)、物流、醫(yī)療和家庭等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。3．人工智能主要應(yīng)用①個性化推薦；②人臉識別；③無人駕駛汽車；④智能客服聊天機器人；⑤機器翻譯；⑥醫(yī)學(xué)圖像處理；⑦圖像搜索；⑧聲紋識別；⑨智能外呼機器人；⑩智能音箱。【課堂提問】評價人工智能?【教師提示】人工智能有利有弊。【課后思考】人工智能人臉識別的應(yīng)用場景有哪些？模塊五了解虛擬現(xiàn)實【問題導(dǎo)入】當(dāng)今社會虛擬現(xiàn)實的主要應(yīng)用有哪些？【理論講授】1．認識虛擬現(xiàn)實1）虛擬現(xiàn)實的概念。虛擬現(xiàn)實（virtualreality，VR）是是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。2）虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，主要包括實時三維計算機圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語音輸入/輸出技術(shù)等。2．虛擬現(xiàn)實的主要技術(shù)1）環(huán)境建模技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以營造如同真實的虛擬環(huán)境，形成虛擬世界。2）立體聲合成與立體顯示技術(shù)。由于我們聽到的聲音到達兩只耳朵的時間和距離有所不同，我們需要靠聲音的相位差以及強度的差別來確定聲音的方向。3）交互技術(shù)。虛擬現(xiàn)實中利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等復(fù)雜的傳感器設(shè)備，三維交互技術(shù)與語音識別、語音輸入技術(shù)成為重要的人機交互手段。3.虛擬現(xiàn)實的主要應(yīng)用1）虛擬現(xiàn)實醫(yī)學(xué)2）虛擬現(xiàn)實軍事航天3）虛擬現(xiàn)實工業(yè)仿真4）虛擬現(xiàn)實地理【課堂提問】立體聲合成與立體顯示技術(shù)優(yōu)點【教師提示】我們聽到的聲音到達兩只耳朵的時間和距離有所不同?！菊n后思考】虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬化技術(shù)的區(qū)別？模塊六了解區(qū)塊鏈【問題導(dǎo)入】當(dāng)今社會區(qū)塊鏈的主要應(yīng)用有哪些？【理論講授】1．認識區(qū)塊鏈1）區(qū)塊鏈的概念。區(qū)塊鏈（Blockchain）是由節(jié)點參與的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其特點是不可更改，不可偽造。區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢淮褂妹艽a學(xué)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊組成的，每一個區(qū)塊都包含了上一個區(qū)塊的哈希值（hash），從創(chuàng)始區(qū)塊（genesisblock）開始連接到當(dāng)前區(qū)塊形成塊鏈。每一個區(qū)