3.1 物联网的通信技术（2）教学设计 　2025—2026学年川教版（2024）信息科技 八年级上册

该初中信息科技教学设计聚焦物联网远距离无线通信技术（5G、NB-IoT、卫星通信）及通信过程实践，通过复习共享单车开锁的近距离通信技术，引出跨区域通信需求，构建“近距离→远距离”知识脉络，以自主学习任务单和案例分析为支架引导学生探究。 特色在于“案例驱动+技术建模+素养融合”，通过拆解共享单车开锁、智能消防报警案例，引导学生绘制通信全链路示意图（计算思维），小组合作设计消防通信方案（数字化学习与创新），结合北斗卫星等自主技术培养科技自信（信息社会责任），助力学生掌握技术选型逻辑，为教师提供可操作的实践教学路径。

第三单元第一节 物联网的通信技术 第2课时 远距离无线通信技术与通信过程实践 素养目标 （一）信息意识 能主动识别物联网中的远距离通信技术应用（如 5G 远程医疗、NB-IoT 智能路灯），理解 “远距离通信技术拓展了物联网的应用范围”，认识到 “无远距离通信则无广域物联”（如跨城市物流跟踪）。 能结合 “共享单车开锁”“智能消防远程报警” 等案例，完整梳理物联网通信过程的全链路，感知 “近距离 + 远距离通信技术协同” 的应用逻辑（如共享单车用 5G 传请求、蓝牙传指令）。 （二）计算思维 能对比分析远距离无线通信技术（5G、NB-IoT、卫星通信）的技术差异（传输距离、速率、功耗、覆盖范围），并根据 “应用场景需求”（如广覆盖、低功耗、高速率）匹配技术类型，具备 “需求→技术” 的推导思维。 能独立绘制 “共享单车开锁”“智能消防远程报警” 的通信过程示意图，明确各环节的技术支撑（如网络层用哪种通信技术、平台层的作用），具备 “系统拆解与建模” 的思维。 （三）数字化学习与创新 能利用教材案例、网络资源（如 “5G 智慧农业视频”）自主探究远距离通信技术的应用逻辑，用表格梳理技术特点与场景的对应关系。 能小组合作，基于 “智能消防系统远程报警” 需求，设计通信方案（明确上行 / 下行通信技术、平台层功能），并通过示意图呈现方案，培养 “技术应用创新” 能力。 （四）信息社会责任 了解我国自主通信技术（如 5G、北斗卫星通信）的发展成果，认识到技术自主对国家数字经济、公共安全的重要性，增强 “科技自信”。 树立 “通信技术安全使用” 的意识，了解远距离通信中数据传输的安全风险（如数据被拦截），理解 “加密技术、身份认证” 对保障通信安全的作用。 学习重点 1、重点： （1）远距离无线通信技术：掌握 5G、NB-IoT、卫星通信的传输距离、速率、功耗、覆盖范围及典型应用（如 5G 用于远程医疗、NB-IoT 用于智能路灯、卫星通信用于灾害应急），结合教材案例对比技术差异。 （2）物联网通信过程实践：能结合 “共享单车开锁”“智能消防远程报警” 案例，绘制通信过程示意图，明确 “感知层→网络层（近距离 / 远距离）→平台层→应用层” 的全链路逻辑，理解 “多技术协同” 的通信模式。 2、难点： （1）远距离通信技术的场景适配：如 “为什么智慧农业监测用 NB-IoT 而非 5G？”“为什么灾害应急用卫星通信而非 NB-IoT？”，需结合 “覆盖范围、功耗、成本” 等维度分析，避免抽象化。 （2）通信过程中 “近距离 + 远距离技术协同” 的逻辑：如共享单车开锁 “手机用 5G（远距离）向云端发请求，云端用蓝牙（近距离）向单车发指令”，需拆解 “不同环节的通信需求差异”，帮助学生理解 “为何需要多技术协同”。 教学过程 一、导入 1.复习提问：“上节课我们学了共享单车开锁的通信过程，谁能说说手机向云端发解锁请求用的是什么通信技术？云端向单车发授权信息又用的是什么技术？为什么这两个环节用不同技术？” 2.引出新内容：“除了蓝牙、Wi-Fi 这些‘短距离传数据’的技术，物联网中跨城市、跨地区的通信（如物流车跟踪、偏远地区农业监测）需要‘远距离通信技术’—— 今天我们就学习这些技术，还要动手画通信过程图，掌握全链路逻辑。” 素养目标 （1） 知道 5G、卫星通信这些‘远距离传数据’的技术怎么用，能对比它们的差异； （2）能把‘近距离 + 远距离技术’结合起来，画出自行车开锁、消防远程报警的通信过程图，最后设计我们自己的远程消防通信方案。 二、自主学习 1、发放 “自主学习任务单”，引导学生阅读教材（远距离无线通信技术、通信过程实践部分），完成以下任务： 学习模块 关键问题 远距离通信技术 1. 教材中提到的远距离无线通信技术有哪三种？它们的覆盖范围分别是什么？ 2. 5G、NB-IoT、卫星通信的典型应用场景各有哪些（教材举例）？ 通信过程实践 1. 共享单车开锁过程中，哪些环节用了远距离通信？哪些环节用了近距离通信（教材 P86）？ 2. 智能消防系统若要实现远程报警，需要哪些通信技术协同？ 技术对比 从 “传输距离”“速率”“功耗”“覆盖范围” 角度，对比三种远距离通信技术的差异（可画表格）。 三、高效点拨 1. 远距离无线通信技术：三种核心技术对比（结合教材） （1）5G：高速率广域通信： 技术参数：传输距离（依托蜂窝网络，覆盖城市 / 城镇），速率极高（Gbps 级），功耗中等，支持大规模设备连接； 教材案例：智慧城市、工业自动化、远程医疗，如远程手术中 “医生操作画面、患者数据高速传输，无延迟”； 应用场景：需要 “高速率、低延迟” 的场景，如自动驾驶（车与车、车与路高速通信）、高清远程监控（实时传输视频）； （2）NB-IoT：低功耗广域通信： 技术参数：传输距离（广覆盖，可穿透墙体），速率低（适合小数据传输），功耗极低（设备电池可用数年），支持大规模设备连接； 教材案例：智能路灯，路灯传感器采集 “亮度、故障” 等小数据，通过 NB-IoT 传输到管理平台，无需频繁换电池； 应用场景：需要 “低功耗、广覆盖、小数据” 的场景，如智慧农业（土壤湿度传感器远程传数据）、智能水表 / 电表（远程抄表）； （3）卫星通信：全域覆盖通信： 技术参数：传输距离（全球覆盖，包括偏远地区、海洋），速率中等，功耗较高，不受地理环境限制； 教材案例：北斗卫星通信，用于航海船舶定位、灾害应急通信（如地震后地面网络中断，用卫星传救援信息）； 应用场景：需要 “全域覆盖、无地理限制” 的场景，如远洋物流船跟踪、极地科考数据传输、灾害应急通信。 2. 物联网通信过程实践：多技术协同案例拆解 （1）案例 1：共享单车开锁： 教师分步拆解通信过程，明确 “近距离 + 远距离技术协同”： 用户发起请求（应用层→平台层）：手机扫描二维码→通过 5G/4G（远距离通信）向云端发送 “解锁请求”（携带用户 / 单车信息）——“跨距离传请求，需高速、广覆盖”； 云端审核（平台层）：云端验证用户身份、单车状态→生成 “授权信息”——“平台层核心作用：数据处理、权限判断”； 授权信息传输（平台层→感知层）：云端将授权信息下发到手机→手机通过蓝牙（近距离通信）将 “解锁指令” 发送到单车智能锁 ——“短距离传指令，需低功耗、灵活连接”； 执行与反馈（感知层→平台层）：智能锁核验授权→解锁→通过蓝牙向手机反馈 “解锁成功”→手机通过 5G/4G 向云端反馈→云端开始计时计费 ——“双向反馈，确保流程闭环”； 学生活动：根据拆解，分组绘制 “共享单车开锁通信过程示意图”，标注各环节的 “技术类型”“数据 / 指令流向”，教师巡视指导，选取优秀作品展示； （2）案例 2：智能消防系统远程报警（延伸应用）： 结合单元项目，设计通信过程，明确技术选型： 数据上行（感知层→应用层）：温度 / 烟雾传感器（感知层）采集火灾数据→通过 NB-IoT（远距离、低功耗，适合长期监测）传输到物联网云平台（平台层）→云平台分析数据→通过 5G/4G 推送到校园安全中心 APP（应用层）——“小数据远程传，选 NB-IoT；预警信息推送到手机，选 5G/4G 高速传”； 指令下行（应用层→感知层）：安全中心工作人员在 APP（应用层）发送 “打开喷淋” 指令→云平台（平台层）处理指令→通过 NB-IoT 传输到消防系统控制器（感知层）→控制器触发继电器、水泵喷水 ——“指令是小数据，选 NB-IoT 低功耗传输”； 关键分析：“为什么不用 5G 传传感器数据？”（5G 功耗高，传感器电池需频繁更换，不适合长期监测）“为什么不用卫星通信？”（成本高，校园场景有地面网络覆盖，无需全域通信），引导学生结合 “场景需求” 分析技术选型。 四、当堂训练 1.“远距离通信技术匹配场景” 抢答：教师展示场景（如 “偏远山区农业土壤湿度监测”“城市自动驾驶车辆通信”“远洋货轮定位跟踪”“地震后应急救援通信”），学生分组抢答对应的通信技术类型，并说明理由，教师结合教材案例点评。 2.小组合作：智能消防远程通信方案设计：4 人一组，基于 “校园智能消防系统需要远程报警、远程控制” 的需求，完成以下任务： 通信方向 数据 / 指令内容 选用的通信技术 选型理由（结合技术特点、场景需求） 上行（感知→应用） 温度、烟雾浓度数据，火灾预警 NB-IoT 低功耗，适合传感器长期监测；广覆盖，穿透教学楼墙体 下行（应用→感知） 远程打开 / 关闭喷淋指令 NB-IoT 指令为小数据，无需高速；低功耗，降低系统能耗 紧急预警推送 火灾信息推送到安全中心手机 5G/4G 高速传输，确保预警信息快速送达，无延迟 五、课堂小结 1.远距离通信：5G（高速）、NB-IoT（低耗广域）、卫星（全域），各有适配场景； 2.通信实践：多技术协同是关键（如远距离传请求 / 数据，近距离传指令），需根据 “环节需求” 选技术； 3.单元衔接：第三单元围绕 “物联系统的构建”，通信技术是 “系统联网” 的基础，下节课将学习 “物联网云平台与协议”，进一步完善智能消防系统的远程功能。。 六、课后作业 1、查阅资料，了解 “北斗卫星通信在物联网中的具体应用”（如智慧渔业、地质监测），撰写 300 字短文，说明其技术优势与社会价值。 七、板书设计 物联网的通信技术（第二课时） 核心内容 案例支撑 一、远距离通信技术 1. 5G：高速低延迟，远程医疗 2. NB-IoT：低耗广域，智能路灯 3. 卫星通信：全域覆盖，灾害应急 4. 对比：覆盖、速率、功耗 北斗定位、NB-IoT 智能水表 二、通信过程实践 1. 共享单车：5G（传请求）+ 蓝牙（传指令） 2. 智能消防：NB-IoT（传数据 / 指令）+5G（推预警） 3. 核心：多技术协同，按需选型 共享单车开锁、消防远程报警 三、通信安全 1. 风险：数据拦截、设备伪造 2. 措施：加密传输、身份认证 3. 意义：保障系统可靠运行 支付数据加密、设备授权登录 总结 远距离通信拓展物联网范围，多技术协同实现复杂场景，安全是通信的基础 —— 八、课后反思 学科网（北京）股份有限公司 $