信息技術(shù)（第2版）（拓展模塊）拓展模塊4 物聯(lián)網(wǎng)

2/12課題名稱模塊4物聯(lián)網(wǎng)授課類型理實(shí)一體授課對(duì)象授課課時(shí)所授課程授課地點(diǎn)所授教材一、學(xué)情分析本課程授課對(duì)象為高職各專業(yè)大一學(xué)生，課程開設(shè)在大一第二學(xué)期，學(xué)生情況在知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)特點(diǎn)和信息素養(yǎng)的情況如下。1.知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)生在高職或高中已經(jīng)學(xué)習(xí)了信息技術(shù)課程，并且在大一第一學(xué)期已經(jīng)完成了高職信息技術(shù)（基礎(chǔ)模塊）的學(xué)習(xí)，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)知識(shí)和技能。2.學(xué)習(xí)特點(diǎn)授課對(duì)象都是零零后的學(xué)生，在學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出如下特點(diǎn)。（1）喜歡實(shí)踐動(dòng)手操作，厭煩枯燥乏味的理論講解；（2）喜歡任務(wù)式引導(dǎo)，情境設(shè)定，參與其中，厭煩平淡無極的說教；（3）樂于接受可視化教學(xué)資源，反感靜態(tài)紙質(zhì)學(xué)習(xí)材料；（4）偏愛顆?；⒛K化的學(xué)習(xí)過程，排斥時(shí)間冗長(zhǎng)的教學(xué)過程；（5）對(duì)挑戰(zhàn)性的題目感興趣，對(duì)基礎(chǔ)性題目求知欲偏低；（6）喜好電腦與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。3.信息素養(yǎng)學(xué)生通過高職或高中信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)，但是在數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新方面仍需加強(qiáng)二、教學(xué)內(nèi)容1.知識(shí)目標(biāo)(1)了解物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)，以及物聯(lián)網(wǎng)與其他信息技術(shù)的融合等；(2)了解物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)；(3)了解物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)傳感器、自動(dòng)識(shí)別及智能設(shè)備等；(4)了解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及衛(wèi)星通信技術(shù)等；(5)了解物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)，如云計(jì)算技術(shù)、中間件技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)等。2.能力目標(biāo)初步掌握物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層各層關(guān)鍵技術(shù)3.素養(yǎng)目標(biāo)通過小組學(xué)習(xí)，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達(dá)等能力1.教學(xué)重點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層各層關(guān)鍵技術(shù)八、教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)一課程導(dǎo)入與學(xué)習(xí)任務(wù)(10分鐘)向?qū)W生提問：你們?cè)谏磉吔佑|過哪些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用？如安防監(jiān)控、智能家居等。物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）是指通過信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)物體的狀態(tài)，采集聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種信息，通過各類網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過程的智能化感知、識(shí)別和管理。本主題包含物聯(lián)網(wǎng)的基本知識(shí)、體系結(jié)構(gòu)、感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的安裝與配置等內(nèi)容。【學(xué)習(xí)任務(wù)】通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，完成下列學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.在學(xué)習(xí)過程中認(rèn)真復(fù)習(xí)，梳理記錄好學(xué)習(xí)筆記；2.了解物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)，以及物聯(lián)網(wǎng)與其他信息技術(shù)的融合等；3.了解物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)；4.了解物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)傳感器、自動(dòng)識(shí)別及智能設(shè)備等；5.了解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及衛(wèi)星通信技術(shù)等；6.了解物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)，如云計(jì)算技術(shù)、中間件技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)等；9.通過小組學(xué)習(xí)，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達(dá)等能力；10.完成單元考核評(píng)價(jià)中的相關(guān)任務(wù)。教師活動(dòng)1.向?qū)W生提問，進(jìn)行課程導(dǎo)入。2.介紹物聯(lián)網(wǎng)小節(jié)的學(xué)習(xí)任學(xué)生活動(dòng)1.積極思考，回答問題。3.明確本小節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)4.思考記錄1.問題教學(xué)法，通過提問引到學(xué)生進(jìn)入到課程主題2.講授教學(xué)法，介紹物聯(lián)網(wǎng)概述、本節(jié)知識(shí)圖譜及學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生了解本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的全貌教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)二認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)(20分鐘)4.1認(rèn)知物聯(lián)網(wǎng)本節(jié)介紹物聯(lián)網(wǎng)的概念、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)等，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)與其他信息技術(shù)的融合等內(nèi)容。4.1.1物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)1.物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)（IoT，InternetofThings）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(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。2.物聯(lián)網(wǎng)的起源物聯(lián)網(wǎng)概念最早出現(xiàn)于比爾·蓋茨1995年《未來之路》一書，在《未來之路》中，比爾·蓋茨已經(jīng)提及物聯(lián)網(wǎng)概念，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，并未引起世人的重視。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路徑3.物聯(lián)網(wǎng)的基本特征物聯(lián)網(wǎng)的基本特征從通信對(duì)象和過程來看，物與物、人與物之間的信息交互是物聯(lián)網(wǎng)的核心。物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為整體感知、可靠傳輸和智能處理。4.1.2物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢(shì)1.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要的應(yīng)用場(chǎng)景包括智慧城市、智慧物流、智能交通、智慧能源、智能醫(yī)療、智能家居、智慧建筑、智能安防、智慧零售、智慧農(nóng)業(yè)、智能制造，如圖所示。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域2.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)物聯(lián)網(wǎng)作為通信行業(yè)新興應(yīng)用，在萬物互聯(lián)的大趨勢(shì)下，市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。（1）應(yīng)用引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是以應(yīng)用為先導(dǎo)，存在著從公共管理和服務(wù)市場(chǎng)、到企業(yè)、行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)、再到個(gè)人家庭市場(chǎng)逐步發(fā)展成熟的細(xì)分市場(chǎng)遞進(jìn)趨勢(shì)。（2）標(biāo)準(zhǔn)體系逐漸成熟物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展成熟的過程。物聯(lián)網(wǎng)概念涵蓋眾多技術(shù)、眾多行業(yè)、眾多領(lǐng)域，試圖制定一套普適性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)幾乎是不可能的。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)將是一個(gè)涵蓋面很廣的標(biāo)準(zhǔn)體系，將隨著市場(chǎng)的逐漸發(fā)展而成熟。（3）綜合性平臺(tái)即將出現(xiàn)隨著行業(yè)應(yīng)用的逐漸成熟，新的通用性強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)將出現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新是應(yīng)用集成性的創(chuàng)新，一個(gè)單獨(dú)的企業(yè)是無法完全獨(dú)立完成一個(gè)完整的解決方案的。一個(gè)技術(shù)成熟、服務(wù)完善、產(chǎn)品類型眾多、應(yīng)用界面友好的應(yīng)用，將是由設(shè)備提供商、技術(shù)方案商、運(yùn)營(yíng)商、服務(wù)商協(xié)同合作的結(jié)果。隨著產(chǎn)業(yè)的成熟，支持不同設(shè)備接口、不同互聯(lián)協(xié)議，可集成多種服務(wù)的共性技術(shù)平臺(tái)將是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟的結(jié)果。（4）有效商業(yè)模式逐步形成針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的商業(yè)模式創(chuàng)新將是把技術(shù)與人的行為模式充分結(jié)合的結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)將機(jī)器、人、社會(huì)的行動(dòng)都互聯(lián)在一起。新的商業(yè)模式出現(xiàn)將是把物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)與人的行為模式充分結(jié)合的結(jié)果。4.1.3物聯(lián)網(wǎng)和其他信息技術(shù)的融合物聯(lián)網(wǎng)的核心與基礎(chǔ)仍是互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸?；ヂ?lián)網(wǎng)就是把網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備相連，或是人相連，物聯(lián)網(wǎng)是把物體相連，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是電子、通信、計(jì)算機(jī)三大領(lǐng)域技術(shù)的融合。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向是不再需要用戶去互動(dòng)，而是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地，智能地直接為人服務(wù)。1.物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信5G技術(shù)的融合5G與物聯(lián)網(wǎng)是相互發(fā)展，共同進(jìn)步，又相互依賴的兩項(xiàng)技術(shù)，共同組成了智能化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系，5G網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)網(wǎng)提供了良好的進(jìn)步環(huán)境和空間，物聯(lián)網(wǎng)也為5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。2.物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的融合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）與人工智能（AI）的融合催生出新的智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）產(chǎn)業(yè)。3.物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的融合長(zhǎng)期以來，區(qū)塊鏈已被視為一種隔離技術(shù)。然而最近，我們看到了將區(qū)塊鏈與其他技術(shù)（例如大數(shù)據(jù)、人工智能等）集成在一起的趨勢(shì)。教師活動(dòng)1.講授物聯(lián)網(wǎng)的定義、物聯(lián)網(wǎng)的起源、物聯(lián)網(wǎng)的基本特征、物聯(lián)網(wǎng)與其他信息技術(shù)的融合；2.通過學(xué)校教學(xué)樓智能控制的案例，分析智慧建筑的應(yīng)用場(chǎng)景及所用技術(shù)3.組織學(xué)生討論及分析智能家居、智能交通等應(yīng)用場(chǎng)景。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考案例，回答問題。3.參與互動(dòng)討論，理解物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景。1.講授教學(xué)法，介紹物聯(lián)網(wǎng)的定義、物聯(lián)網(wǎng)的起源、物聯(lián)網(wǎng)的基本特征、物聯(lián)網(wǎng)與其他信息技術(shù)的融合，使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)的概念。2.案例分析法，介紹學(xué)校教學(xué)樓智能控制的案例3.討論法，互動(dòng)討論物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的理解。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)三物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)(15分鐘)4.2理解物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)如圖所示，物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要由三個(gè)層次組成：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)4.2.1感知層感知層解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題，由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。該層被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的核心層，主要作用是物品標(biāo)識(shí)和信息的智能采集，它由基本的傳感器件（例如RFID標(biāo)簽和讀寫器、各類傳感器、攝像頭、GPS、二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器等基本標(biāo)識(shí)和傳感器件組成）以及傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)（例如RFID網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等）兩大部分組成。該層的核心技術(shù)包括射頻技術(shù)、新興傳感技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)（FCS）等，涉及的核心產(chǎn)品包括傳感器、電子標(biāo)簽、傳感器節(jié)點(diǎn)、無線路由器、無線網(wǎng)關(guān)等。4.2.2網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層也成為傳輸層，解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，通常是長(zhǎng)距離的傳輸問題，主要完成接入和傳輸功能，是進(jìn)行信息交換、傳遞的數(shù)據(jù)通路，包括接入網(wǎng)與傳輸網(wǎng)兩種。傳輸網(wǎng)由公網(wǎng)與專網(wǎng)組成，典型傳輸網(wǎng)絡(luò)包括電信網(wǎng)（固網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)）、廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電力通信網(wǎng)、專用網(wǎng)（數(shù)字集群）。接入網(wǎng)包括光纖接入、無線接入、以太網(wǎng)接入、衛(wèi)星接入等各類接入方式，實(shí)現(xiàn)底層的傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID網(wǎng)絡(luò)的“最后一公里”的接入。4.2.3應(yīng)用層應(yīng)用層也可稱為處理層，解決的是信息處理和人機(jī)界面的問題。網(wǎng)絡(luò)層傳輸而來的數(shù)據(jù)在這一層里進(jìn)入各類信息系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過各種設(shè)備與人進(jìn)行交互。處理層由業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)（中間件平臺(tái)）、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)（例如M2M管理平臺(tái)）、信息處理平臺(tái)、信息安全平臺(tái)、服務(wù)支撐平臺(tái)等組成，完成協(xié)同、管理、計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、挖掘，以及提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務(wù)等功能，典型技術(shù)包括中間件技術(shù)、虛擬技術(shù)、高可信技術(shù)，云計(jì)算服務(wù)模式、SOA系統(tǒng)架構(gòu)方法等先進(jìn)技術(shù)和服務(wù)模式可被廣泛采用。教師活動(dòng)講授物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等各層技術(shù)。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等各層技術(shù)。4.思考記錄。講授教學(xué)法，通過介紹物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等各層技術(shù)，使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的各層技術(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)四物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)(15分鐘)4.3物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)4.3.1物聯(lián)網(wǎng)傳感器在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的感知層中，傳感器主要負(fù)責(zé)接收對(duì)象的“語音”內(nèi)容。傳感器技術(shù)是從自然源中獲取信息并對(duì)其進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)換和識(shí)別的多學(xué)科現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)。它涉及傳感器的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造和測(cè)試，信息處理和識(shí)別，改進(jìn)活動(dòng)的應(yīng)用和評(píng)估。物聯(lián)網(wǎng)傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、智能家居、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源勘探、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等極其之泛的領(lǐng)域。4.3.2自動(dòng)識(shí)別1.條形碼識(shí)別技術(shù)由于在日常生活當(dāng)中條形碼充斥著大社會(huì)信息，這些信息數(shù)據(jù)的采集和分析將直接影響到社會(huì)人們的生活以及生產(chǎn)決策，并且自動(dòng)識(shí)別技術(shù)指的是通過識(shí)別裝置或掃描裝置，自動(dòng)獲取物品當(dāng)中的一些負(fù)載信息，然后通過核心處理器對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算。條形碼由不同寬度的黑白條以及特定的編碼排列組成，并且條形碼在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程當(dāng)中需要掃描和編譯這兩個(gè)環(huán)節(jié)，而對(duì)于現(xiàn)階段應(yīng)用十分廣泛的二維碼來說，是在一維條形碼基礎(chǔ)之上延伸出來的一種新型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，這種技術(shù)可以將信息儲(chǔ)存在一維空間或二維空間當(dāng)中，但是二維碼的信息處理需要經(jīng)過掃描設(shè)備以及編譯設(shè)備。2.射頻識(shí)別技術(shù)射頻識(shí)別技術(shù)距今已經(jīng)有70多年的發(fā)展歷史，這一技術(shù)在我國相對(duì)比較成熟，并且許多產(chǎn)品也用到了這一技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)主要是利用射頻信號(hào)通過空間的耦合作用來實(shí)現(xiàn)非接觸設(shè)備之間的信息傳遞。有源系統(tǒng)、無源系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、低波高頻以及微波系統(tǒng)等都是射頻技術(shù)的特征，同時(shí)，射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用十分簡(jiǎn)單，一般不需要人工干預(yù)，十分符合我國現(xiàn)代生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用要求，該技術(shù)也可以存儲(chǔ)大量的信息，具有較強(qiáng)的信息處理以及識(shí)別的能力。4.3.3智能設(shè)備智能設(shè)備是指任何一種具有計(jì)算處理能力的\t"/item/%E6%99%BA%E8%83%BD%E8%AE%BE%E5%A4%87/_blank"設(shè)備或機(jī)器。功能完備的智能設(shè)備必須具備靈敏準(zhǔn)確的感知功能、正確的思維與判斷功能以及行之有效的執(zhí)行功能。智能設(shè)備是傳統(tǒng)電氣設(shè)備與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、控制理論、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電力電子技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物。智能設(shè)備主要包括兩方面的關(guān)鍵內(nèi)容：自我檢測(cè)是智能設(shè)備的基礎(chǔ)；自我診斷是智能設(shè)備的核心。智能設(shè)備的智能級(jí)別可的定義為多種級(jí)別：第一級(jí),能感知環(huán)境的微智能傳感式硬件。第二級(jí)，在第一級(jí)的基礎(chǔ)上增加自我調(diào)節(jié)能力--傳感式智能設(shè)備。第三級(jí)，在第二級(jí)基礎(chǔ)上增加學(xué)習(xí)能力并能夠與人類交互。更高級(jí)別的智能是全自動(dòng)感知、分析、決策，不需要人的參與。教師活動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)，包括物聯(lián)網(wǎng)傳感器、自動(dòng)識(shí)別、智能設(shè)備等學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)。4.思考記錄。1.講授教學(xué)法，通過介紹物聯(lián)網(wǎng)傳感器、自動(dòng)識(shí)別、智能設(shè)備等相關(guān)技術(shù)，使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)感知層的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)五物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)（15分鐘)4.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)如果說感知層是物聯(lián)網(wǎng)的“感覺器官”，那么網(wǎng)絡(luò)層就是物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)”。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層中存在著各種“神經(jīng)中樞”，用于信息的傳輸。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層具有多種關(guān)鍵性技術(shù)，包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及衛(wèi)星通信技術(shù)。4.4.1互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)幾乎包含了人類的所有信息，是人類信息資源的匯總，人們常說的因特網(wǎng)就是互聯(lián)網(wǎng)的狹義稱謂。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前身。在相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的約束下，通過互聯(lián)網(wǎng)相連的網(wǎng)絡(luò)將海量的信息匯總、整理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息資源的有效利用和共享，這其實(shí)就是互聯(lián)網(wǎng)最主要的功能。互聯(lián)網(wǎng)是由眾多的子網(wǎng)連接而成，它是一個(gè)邏輯性網(wǎng)絡(luò)，而每一個(gè)子網(wǎng)中都有一些主機(jī)，這些主機(jī)主要是由計(jì)算機(jī)構(gòu)成，它們相互連接，共同控制著自己區(qū)域的子網(wǎng)。4.4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中，要與人無障礙地通信，必然離不開能夠傳輸海量數(shù)據(jù)的高速無線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)不僅包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，還包括短距離藍(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)和Zigbee技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的英文簡(jiǎn)稱是WSN，即在眾多傳感器之間建立一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)，并利用這種無線自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這些傳感器之間的信息傳輸。在這個(gè)傳輸過程中，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。該技術(shù)可以使區(qū)域內(nèi)物品的物理信息和周圍環(huán)境信息全部以數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在無線傳感器中，有利于人們對(duì)目標(biāo)物品和任務(wù)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，也有利于分析和處理有關(guān)信息，對(duì)物品進(jìn)行有效的管理。4.4.3衛(wèi)星通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行通信交流最主要的方式是依賴于各種通信技術(shù)，依賴于基站和天線。其實(shí)對(duì)于大部分陸地地區(qū)來說，這種常規(guī)模式是可以滿足要求的。但是像海洋、戈壁沙漠、深山老林這樣的區(qū)域均是無法建立基站的。除了傳統(tǒng)陸地基站之外，人們自然而然就想到，是不是可以將基站搬到“天上”，即建立衛(wèi)星通信，使之成為地面基站通信的補(bǔ)充和延伸。衛(wèi)星通信技術(shù)是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波而進(jìn)行的兩個(gè)或多個(gè)終端之間的通信。從物聯(lián)網(wǎng)的角度來說，衛(wèi)星的本質(zhì)，是以航天技術(shù)為手段，借助社會(huì)和資本的資源，實(shí)現(xiàn)“全球”萬物互聯(lián)的商業(yè)價(jià)值。教師活動(dòng)講授物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵性技術(shù)，包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及衛(wèi)星通信技術(shù)等。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)。4.思考記錄。1.講授教學(xué)法，通過介紹互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星通信等相關(guān)技術(shù)，使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)六物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)(15分鐘)4.5物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)4.5.1云計(jì)算技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開云計(jì)算技術(shù)的支撐。物聯(lián)網(wǎng)終端的計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限，云計(jì)算平臺(tái)可以作為物聯(lián)網(wǎng)的大腦，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算。根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST）的定義，云計(jì)算是指能夠針對(duì)共享的可配置計(jì)算資源，按需提供方便的、泛在的網(wǎng)絡(luò)接入的模型。上述計(jì)算資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用和服務(wù)等，這些資源能夠快速地提供和回收，而所涉及的管理開銷要盡可能小。具體來說，云模型包含五個(gè)基本特征、三個(gè)服務(wù)模型和四個(gè)部署模型。五個(gè)基本特征：按需自助服務(wù)（On-DemandSelf-Service）、廣闊的互聯(lián)網(wǎng)訪問（BroadNetworkAccess）、資源池（ResourcePooling）、快速伸縮（RapidElasticity）、可度量的服務(wù)（MeasuredService）。三個(gè)服務(wù)模型：軟件即服務(wù)（SoftwareasaService，SaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PlatformasaService，PaaS）、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（InfrastructureasaService，IaaS）。四個(gè)部署模型：私有云（PrivateCloud）、社區(qū)云（CommunityCloud）、公有云（PublicCloud）、混合云（HybridCloud）。云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)4.5.2中間件技術(shù)中間件就是一種系統(tǒng)軟件平臺(tái)，為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件提供綜合的服務(wù)和完整的環(huán)境，借助這種軟件使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、硬件數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)集成，達(dá)到業(yè)務(wù)的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活性。中間件技術(shù)給用戶提供了一個(gè)統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)和友好的開發(fā)環(huán)境，物聯(lián)網(wǎng)中間件是減小用戶高層應(yīng)用需求與網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性差異的有效解決方案，對(duì)加快物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要作用。在物聯(lián)網(wǎng)中采用中間件技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)和多種技術(shù)之間的資源共享，最終組成一個(gè)資源豐富、功能強(qiáng)大的服務(wù)系統(tǒng)。4.5.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)涉及芯片層、終端層、邊緣層、云端層等多個(gè)層面。單一層次的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)與安卓在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位和作用類似，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件與智能終端硬件的解耦。就像在安卓的生態(tài)環(huán)境中，開發(fā)者基本不用考慮智能終端的物理硬件配置，只需根據(jù)安卓的編程接口編寫應(yīng)用程序，就可以運(yùn)行在所有基于安卓的智能終端上一樣，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)的作用也是如此。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的外圍功能模塊，也有一些特殊的要求：（1）支持應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程升級(jí)。上文說到，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的種種應(yīng)用環(huán)境和條件限制，遠(yuǎn)程升級(jí)是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)在升級(jí)方式上的重要途徑，當(dāng)然同時(shí)也是最為低成本的選擇。（2）外部存儲(chǔ)。支持硬盤、USBstick、Flash、ROM等常用存儲(chǔ)設(shè)備，以便在網(wǎng)絡(luò)連接中斷的情況下，起到臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的作用。（3）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)常用的無線通信功能要內(nèi)置支持。在公共網(wǎng)絡(luò)、近場(chǎng)通信、桌面網(wǎng)絡(luò)接口之間，要能夠相互轉(zhuǎn)換，能夠把從一種協(xié)議獲取到的數(shù)據(jù)報(bào)文，轉(zhuǎn)換成為另外一種協(xié)議的報(bào)文發(fā)送出去。除此之外，還應(yīng)支持短信息的接收和發(fā)送、語音通信、視頻通信等功能;（4）網(wǎng)絡(luò)功能。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)必須支持完善的TCP/IP協(xié)議棧，包括對(duì)IPv4和IPv6的同時(shí)支持。但TCP/IP協(xié)議棧是面向互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的通信協(xié)議棧，由于物聯(lián)網(wǎng)本身特征與互聯(lián)網(wǎng)有很大差異，TCP/IP協(xié)議棧在應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，面臨許多問題和挑戰(zhàn)，需要對(duì)TCP/IP協(xié)議棧做一番優(yōu)化改造。（5）支持完善的GUI功能。圖形用戶界面一般應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的智能終端中，完成用戶和設(shè)備的交互。GUI應(yīng)該定義一個(gè)完整的框架，以方便圖形功能的擴(kuò)展。同時(shí)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)常用的用戶界面元素，比如文本框、按鈕、列表等。教師活動(dòng)講授物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵性技術(shù)，包括云計(jì)算技術(shù)、中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)等。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)。4.思考記錄。1.講授教學(xué)法，通過介紹云計(jì)算技術(shù)、中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)，使學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)七典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的安裝與配置(90分鐘)4.6典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的安裝與配置4.6.1項(xiàng)目介紹智能照明系統(tǒng)是智能家居中的重要組成部分，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)多采用電氣開關(guān)進(jìn)行電路的控制，而智能照明系統(tǒng)可基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程照明控制、亮度控制、色彩控制等功能。本項(xiàng)目模擬一套智能家居中的照明系統(tǒng)，利用ArduinoUNO作為主控板，WiFi模塊實(shí)現(xiàn)無線通信、雙色LED模塊模擬照明燈光。最終，實(shí)現(xiàn)利用手機(jī)APP控制燈光開關(guān)等功能。4.6.2硬件設(shè)備安裝本項(xiàng)目用到的硬件包括ArduinoUNO主板、雙色LED模塊、WIFI模塊，將WiFi模塊RX和TX分別連接到Arduino的串口上，Arduino的兩個(gè)控制引腳分別與LED模塊上的紅色和綠色燈控制引腳相連，Arduino的5V供電引腳連接到WiFi模塊的供電引腳上，將各模塊的GND相連，連接圖如圖所示。智能照明系統(tǒng)硬件連接圖1.Arduino簡(jiǎn)介Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號(hào)的Arduino主板）和軟件（ArduinoIDE）。Arduino是由意大利互動(dòng)設(shè)計(jì)學(xué)院的師生所開發(fā)，設(shè)計(jì)的初衷就是為個(gè)性化的學(xué)生提供共有開發(fā)平臺(tái)，以解決單獨(dú)開發(fā)軟硬件過程中的效率和技術(shù)問題。ArduinoUNO主板如圖所示：ArduinoUNO主板可以看到，與目前動(dòng)輒4層以上的大型電路板相比，該單板非常簡(jiǎn)單，接口豐富，適合用來學(xué)習(xí)和進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)。除此之外，Arduino的簡(jiǎn)潔還體現(xiàn)在其IDE開發(fā)環(huán)境上。傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)需要閱讀大量底層芯片手冊(cè)，掌握復(fù)雜的時(shí)序邏輯及進(jìn)行大量的調(diào)試設(shè)備操作。Arduino的開發(fā)不需要與底層的寄存器及IO口進(jìn)行交互，完全使用封裝好的API甚至圖形界面進(jìn)行開發(fā)，大大減輕開發(fā)難度。目前，已經(jīng)有部分初中學(xué)生使用Arduino參加創(chuàng)客比賽，實(shí)現(xiàn)很多有趣的功能。Arduino開發(fā)套件Ardublock圖形化開發(fā)示意圖如圖所示：Ardublock圖形化開發(fā)界面2.Arduino的特點(diǎn)（1）跨平臺(tái)性ArduinoIDE可以在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系統(tǒng)上運(yùn)行，而其他的大多數(shù)控制器只能在Windows上開發(fā)，從而擴(kuò)展應(yīng)用的適配性。（2）開發(fā)簡(jiǎn)單、清晰、易掌握對(duì)于初學(xué)者來說，極易掌握，同時(shí)有著足夠的靈活性。不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)后，可以快速地進(jìn)行開發(fā)。（3）開放性Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫文件都是開源的，在開源協(xié)議范圍內(nèi)里可以任意修改原始設(shè)計(jì)及相應(yīng)代碼。由以上特點(diǎn)可以看出，Arduino平臺(tái)秉承了開源硬件的設(shè)計(jì)理念——簡(jiǎn)單高效，專注于業(yè)務(wù)，隱藏底層技術(shù)細(xì)節(jié)。由于其簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)，開發(fā)者可以快速地將自己的創(chuàng)新想法搭建出原型系統(tǒng)，用于產(chǎn)品原型演示及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。4.6.3網(wǎng)絡(luò)配置WiFi模塊擁有遠(yuǎn)程控制和局域網(wǎng)兩種模式。遠(yuǎn)程控制模式需要將Arduino連接到公網(wǎng)上，使用移動(dòng)端設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。局域網(wǎng)模式需要將Arduino和移動(dòng)端設(shè)備連接到同一局域網(wǎng)下，在局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)無線控制。本實(shí)驗(yàn)以局域網(wǎng)模式為例