“物聯(lián)網實踐與探索”模塊

從互聯(lián)網到物聯(lián)網

本期內容

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課標理解

●知道物聯(lián)互聯(lián)異同，認識物聯(lián)原理功能

——“從互聯(lián)網到物聯(lián)網”“物聯(lián)網基本原理與功能”的教學

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教學課例+同步教學資源

●重構·探尋·關懷： 新課標下初中物聯(lián)網大單元教學的三維實踐

——以“適老智慧之家”項目為例

●面向計算思維培養(yǎng)的八年級物聯(lián)網教學設計探索

——以“探秘班超紀念館的收藏環(huán)境”為例

●地域文化融合視角下的物聯(lián)網教學實踐

——以“新疆葡萄干晾曬房智能監(jiān)測系統(tǒng)探究”為例

1

課標理解

知道物聯(lián)互聯(lián)異同，

認識物聯(lián)原理功能

——“從互聯(lián)網到物聯(lián)網”

“物聯(lián)網基本原理與功能”的教學

本文通過對比互聯(lián)網與物聯(lián)網，揭示了物聯(lián)網在連接對象、應用場景、數(shù)據(jù)特點方面的獨特性，分析了物聯(lián)網技術普及對學習和生活帶來的深遠影響,闡述了物聯(lián)網實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基本原理，并提出在教學實施中，通過設計與搭建簡易物聯(lián)系統(tǒng)，讓學生體驗物聯(lián)網的基本工作原理，旨在培養(yǎng)學生對物聯(lián)網技術的深入理解與應用能力。

從互聯(lián)網到物聯(lián)網不僅僅是名稱的改變，更重要的是交互方式和應用場景都發(fā)生了改變?；ヂ?lián)網實現(xiàn)了人與人之間的信息連接，人們可以通過電腦、手機等設備隨時隨地訪問和分享信息。而物聯(lián)網則進一步擴展了連接的范圍，它實現(xiàn)了物與物、人與物之間的智能連接。這種連接不僅限于信息的傳遞，更重要的是能夠實現(xiàn)對物體的智能控制和管理?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）提出了相應的學習要求，要讓學生通過學習知道物聯(lián)網與互聯(lián)網的異同，認識物聯(lián)網實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基本原理。

課標理解

在生活中，萬物互聯(lián)的應用場景十分豐富，以智能家居系統(tǒng)為例，家庭中的電器、門窗、安防設備等均實現(xiàn)互聯(lián)，用戶能夠通過手機應用程序遠程操控家中空調提前開啟制冷功能，或查看家中攝像頭的實時畫面，以了解寵物在家中的狀況等，這些都是在互聯(lián)網“人-人”交互基礎上發(fā)展起來的“物-物”互聯(lián)的物聯(lián)網的應用。

1.物聯(lián)網與互聯(lián)網的異同

物聯(lián)網既然是在互聯(lián)網的基礎上發(fā)展而來，那么它們必然有一些相同點。

基礎網絡：兩者都依賴網絡進行數(shù)據(jù)傳輸，互聯(lián)網是物聯(lián)網發(fā)展的基礎網絡設施，物聯(lián)網的數(shù)據(jù)要在互聯(lián)網的網絡架構上進行傳輸。例如，智能家居設備的數(shù)據(jù)傳輸要借助家庭寬帶網絡，而家庭寬帶網絡屬于互聯(lián)網的接入方式之一。

數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：都遵循一些通用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如TCP/IP協(xié)議。無論是互聯(lián)網上的網頁瀏覽，還是物聯(lián)網設備的數(shù)據(jù)上傳，都要依靠TCP/IP協(xié)議保證數(shù)據(jù)準確、有序地傳輸。例如，智能手表將運動數(shù)據(jù)上傳到手機APP服務器，這個過程就用到了TCP/IP協(xié)議。

物聯(lián)網既然是在互聯(lián)網的基礎上有所發(fā)展，那么它們必然有一些不同的地方。

連接對象：互聯(lián)網主要連接的是計算機、服務器等設備，實現(xiàn)人與人之間的信息交互。例如，人們通過瀏覽器訪問網頁，在社交平臺上交流，都是人通過計算機等設備借助互聯(lián)網進行互動。而物聯(lián)網連接的對象更為廣泛，不僅包括傳統(tǒng)的計算機設備，還涵蓋了各種物理實體，如智能家居設備、工業(yè)傳感器、農業(yè)監(jiān)測設備等，實現(xiàn)物與物、人與物之間的信息交互。例如，智能水表、電表，它們作為物聯(lián)網設備，將數(shù)據(jù)上傳給供水、供電公司，實現(xiàn)無人抄表。

應用場景：互聯(lián)網應用側重于信息獲取、娛樂、社交等領域，如在線視頻觀看、網絡游戲、社交媒體交流等。而物聯(lián)網主要應用于智能控制、監(jiān)測管理等場景，如工業(yè)生產中的自動化控制、城市交通中的智能信號燈調節(jié)，通過對設備的實時監(jiān)測和控制，提高生產效率和生活質量。

數(shù)據(jù)特點：互聯(lián)網產生的數(shù)據(jù)多為文本、圖像、視頻等，數(shù)據(jù)類型較為單一，主要用于滿足人們的信息消費需求。物聯(lián)網產生的數(shù)據(jù)則更加多樣化且實時性強，其中包括大量的傳感器數(shù)據(jù)、設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)用于實現(xiàn)對物理世界的精確感知和智能決策。

2.物聯(lián)網普及對學習和生活的影響

物聯(lián)網普及對學習的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是豐富學習資源。物聯(lián)網使得學習資源不再局限于傳統(tǒng)的書本和網絡課程，如學生可以通過連接物聯(lián)網的智能實驗室設備，遠程參與實驗操作，獲取真實的實驗數(shù)據(jù)和經驗，拓展學習渠道。二是個性化學習。通過智能穿戴設備和學習終端收集學生的學習狀態(tài)、注意力集中程度等數(shù)據(jù)，教育系統(tǒng)可以分析每個學生的學習特點和需求，為其定制個性化的學習計劃和內容。三是創(chuàng)新教學模式。教師可以利用物聯(lián)網設備創(chuàng)造更加生動且具有互動性的教學環(huán)境。

物聯(lián)網普及對生活的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是提高生活便利性。智能家居讓生活瑣事變得輕松。二是增強生活安全性。家庭安防系統(tǒng)借助物聯(lián)網實現(xiàn)實時監(jiān)控和預警。三是改善健康管理。智能穿戴設備和健康監(jiān)測儀器組成的物聯(lián)網健康管理系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測人們的心率、血壓、睡眠質量等健康數(shù)據(jù)。

3.物聯(lián)網實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基本原理

物聯(lián)網技術通過傳感器對數(shù)據(jù)進行精準采集、通信技術對數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定傳輸、云平臺對數(shù)據(jù)進行深度處理以及通過對設備的遠程控制等一系列緊密相連的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)物理設備的智能化互聯(lián)和高效管理。

以智能門鎖為例，它所配備的傳感器猶如敏銳的“眼睛”，能夠精準地檢測門的開關狀態(tài)，無論是門的正常開啟、關閉，還是異常的撬動等情況，都能被精確捕捉并記錄下來。智能照明設備內置的光線傳感器更是如同細膩的“感知者”，它能夠極其敏銳地感知環(huán)境光線強度的細微變化。當外界光線逐漸變弱，傳感器能迅速察覺到這一變化，并將相關信息及時反饋，使得照明設備可以根據(jù)實際情況自動調節(jié)亮度，為用戶營造出舒適的光照環(huán)境。而智能監(jiān)控攝像頭則像是不知疲倦的“守護者”，它能夠持續(xù)不斷地捕捉視頻圖像數(shù)據(jù)，對家中的各個角落進行全方位、無死角的監(jiān)控，為家庭的安全提供有力保障。

這些設備收集到的數(shù)據(jù)，會通過內置的通信模塊進行處理。通信模塊依據(jù)特定且嚴謹?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，對數(shù)據(jù)進行精確的編碼。這種編碼方式確保了數(shù)據(jù)在傳輸過程中的準確性和安全性，就如同給數(shù)據(jù)加上了一層堅固的“保護罩”。之后，數(shù)據(jù)會借助無線網絡技術，如Wi-Fi或藍牙等，穩(wěn)定且高效地傳輸至家庭網關。家庭網關在整個物聯(lián)網系統(tǒng)中扮演著至關重要的樞紐角色，它是數(shù)據(jù)的匯聚點。

家庭網關在接收到來自不同智能設備的數(shù)據(jù)后，會對這些數(shù)據(jù)進行初步的處理和整合。它就像一位經驗豐富的“數(shù)據(jù)整理師”，將雜亂無章的數(shù)據(jù)進行分類、排序和清洗，去除其中的噪聲和無用信息，提取出有價值的數(shù)據(jù)。然后，家庭網關會通過高速穩(wěn)定的互聯(lián)網連接，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送至云服務器。云服務器擁有強大的計算能力和海量的存儲空間，就像是一座巨大的“數(shù)據(jù)寶庫”。在云服務器端，專業(yè)的大數(shù)據(jù)分析技術被運用其中，對這些數(shù)據(jù)進行深入的挖掘和分析。通過對不同設備數(shù)據(jù)的關聯(lián)分析和綜合評估，云服務器能夠準確地把握家庭環(huán)境的各種狀態(tài)和變化趨勢，從而實現(xiàn)對設備的智能化管理。

用戶與整個智能家居系統(tǒng)的交互主要通過智能手機應用程序來實現(xiàn)。在日常生活中，用戶只需輕輕打開手機上的相應應用程序，就可以與云服務器進行便捷的交互。當用戶有控制需求時，在應用程序上輸入控制指令，這些指令會迅速通過網絡傳輸至云服務器。云服務器在接收到指令后，會對其進行解析和驗證，確保指令的合法性和有效性。然后，云服務器會通過家庭網關將指令準確無誤地轉發(fā)給相應的智能設備，實現(xiàn)遠程控制功能。

教學實施

課標建議：“通過簡易物聯(lián)系統(tǒng)的設計與搭建，探索物聯(lián)網中數(shù)據(jù)采集、處理、反饋控制等基本功能，體驗物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)及人工智能的關系。”在實際教學中，教師可以讓學生動手搭建一個簡易的遠程溫濕度監(jiān)測器，來體驗物聯(lián)網的基本工作原理。

在讓學生構建簡易遠程溫濕度監(jiān)測器的過程中，要始終遵循“理論與實踐相結合”的基本原則。首先，要向學生詳細介紹項目所需的材料，包括DHT11傳感器、Arduino Uno板、ESP8266 Wi-Fi模塊等，并詳細闡述每一種材料的功能及其在系統(tǒng)中的重要性。通過這一步，希望學生能夠對整個系統(tǒng)的構成有一個清晰而全面的認識，為后續(xù)的實踐操作打下堅實的基礎。

在硬件連接方面，要注重引導學生理解每一步操作背后的原理。例如，在連接DHT11傳感器的VCC和GND引腳時，需要強調電源和接地對于傳感器正常運作的必要性，并解釋如果電源或接地連接不正確，可能會對傳感器造成損壞或影響其性能。同樣，在指導ESP8266 Wi-Fi模塊的VCC引腳連接至Arduino Uno板的3.3V引腳時，要特別提醒學生注意電壓匹配問題，因為ESP8266 Wi-Fi模塊的工作電壓為3.3V，如果連接到5V電源，可能會損壞模塊。通過這樣的講解，學生不僅能夠掌握正確的連接方法，還能深入理解相關原理，從而加深對知識的理解和記憶。

在軟件編程方面，盡管涉及較為復雜的代碼編寫，但依然鼓勵學生親自參與。教師可提供基礎的編程框架和示例代碼，并引導學生根據(jù)項目需求進行相應的修改和優(yōu)化。在這個過程中，需要耐心解答學生的疑問，幫助他們克服編程中的困難。通過這樣的實踐，學生能夠提升編程技能，并增強解決問題的能力。同時，也應鼓勵學生進行團隊合作，共同完成任務。在團隊合作中，學生可以相互學習、相互幫助，共同提高編程水平。

為了實現(xiàn)遠程監(jiān)測功能，還應該向學生介紹服務器搭建和手機APP開發(fā)的相關知識。教學中可以通過案例分析和視頻演示等方式，讓學生更加直觀地了解服務器搭建和手機APP開發(fā)的過程。在搭建過程中，學生需要選擇MQTT協(xié)議實現(xiàn)設備與云端的數(shù)據(jù)交互。同時，可以鼓勵學生進行實踐探索，通過實際操作來加深對相關知識的理解。

在教學過程中，需要始終注重與學生的互動和交流，鼓勵學生提出問題、分享觀點，并及時給予反饋和指導。教師在旁指導，幫助學生解決遇到的硬件連接、程序編寫及協(xié)議配置問題。通過這種互動方式，能夠及時了解學生的學習狀況和需求，并根據(jù)需要調整教學方法和內容。

教學是一個不斷探索和實踐的過程。教師要根據(jù)學生的實際情況和需求，不斷優(yōu)化教學方法和內容。在人工智能飛速發(fā)展的今天，教師更要引導學生“體驗物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)及人工智能的關系”，加深對物聯(lián)網的理解。

本文作者：

李維明

四川省教育科學研究院

文章刊登于《中國信息技術教育》2025年第18期

引用請注明參考文獻：

李維明.知道物聯(lián)互聯(lián)異同，認識物聯(lián)原理功能——“從互聯(lián)網到物聯(lián)網”“物聯(lián)網基本原理與功能”的教學[J].中國信息技術教育，2025（18）：14-16.

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教學課例+同步教學資源

重構·探尋·關懷：

新課標下初中物聯(lián)網大單元教學的

三維實踐

——以“適老智慧之家”項目為例

作者：殷智慧 四川省成都市第三十六中學校

李瑾 四川省成都市金牛區(qū)教育科學院

劉夢莎 四川省成都市樹德實驗中學（沙河校區(qū)）

杜佳興 四川省成都市沙河中學

資源：

（1）教學論文：重構·探尋·關懷：新課標下初中物聯(lián)網大單元教學的三維實踐——以“適老智慧之家”項目為例點擊閱讀

（2）教學設計：新課標下初中物聯(lián)網大單元教學的三維實踐（教學設計、課件）點擊下載

課例介紹：包括《感知與識別》《常見的傳感器》《傳感器的應用》三課時教學設計及課件。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預覽、教學資源（可下載使用）。

面向計算思維培養(yǎng)的

八年級物聯(lián)網教學設計探索

——以“探秘班超紀念館的

收藏環(huán)境”為例

作者：姚俊 新疆教育科學研究院

石磊 新疆阿勒泰地區(qū)福?？h初級中學

資源：

（1）教學論文：面向計算思維培養(yǎng)的八年級物聯(lián)網教學設計探索——以“探秘班超紀念館的收藏環(huán)境”為例點擊閱讀

（2）教學設計：探秘班超博物館的收藏環(huán)境點擊下載

課例介紹：圍繞課標“物聯(lián)網實踐與探索”模塊的內容要求（3）（4），本案例按照計算思維中問題解決的一般模式進行教學。整個教學分為“確定方案（主題）——數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)傳輸——分析與處理數(shù)據(jù)——反饋與控制”五大環(huán)節(jié)，通過算法形成解決方案，在實踐中驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決的方案，并遷移運用于解決其他問題。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預覽、教學資源（可下載使用）。

地域文化融合視角下的

物聯(lián)網教學實踐

——以“新疆葡萄干晾曬房

智能監(jiān)測系統(tǒng)探究”為例

作者：范婧婧 新疆農業(yè)大學附屬中學

資源：

（1）教學論文：地域文化融合視角下的物聯(lián)網教學實踐——以“新疆葡萄干晾曬房智能監(jiān)測系統(tǒng)探究”為例點擊閱讀

（2）教學設計：新疆葡萄干晾曬房智能監(jiān)測系統(tǒng)探究點擊下載

課例介紹： 聚焦于將物聯(lián)網技術與新疆葡萄干晾曬房的實際場景相結合，引導學生設計并制作葡萄干晾曬房物聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)。本節(jié)課緊密圍繞物聯(lián)網技術展開，融合傳感器應用、網絡通信、編程控制以及可視化界面設計等知識板塊。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預覽、教學資源（可下載使用）。

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