義教信息科技教學實施 | “物聯網實踐與探索”模塊-從互聯網到物聯網

“物聯網實踐與探索”模塊

從互聯網到物聯網

本期內容

1

課標理解

●知道物聯互聯異同，認識物聯原理功能

——“從互聯網到物聯網”“物聯網基本原理與功能”的教學

2

教學課例+同步教學資源

●重構·探尋·關懷： 新課標下初中物聯網大單元教學的三維實踐

——以“適老智慧之家”項目為例

●面向計算思維培養的八年級物聯網教學設計探索

——以“探秘班超紀念館的收藏環境”為例

●地域文化融合視角下的物聯網教學實踐

——以“新疆葡萄干晾曬房智能監測系統探究”為例

1

課標理解

知道物聯互聯異同，

認識物聯原理功能

——“從互聯網到物聯網”

“物聯網基本原理與功能”的教學

本文通過對比互聯網與物聯網，揭示了物聯網在連接對象、應用場景、數據特點方面的獨特性，分析了物聯網技術普及對學習和生活帶來的深遠影響,闡述了物聯網實現萬物互聯的基本原理，并提出在教學實施中，通過設計與搭建簡易物聯系統，讓學生體驗物聯網的基本工作原理，旨在培養學生對物聯網技術的深入理解與應用能力。

從互聯網到物聯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生了改變。互聯網實現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。而物聯網則進一步擴展了連接的范圍，它實現了物與物、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對物體的智能控制和管理。《義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網與互聯網的異同，認識物聯網實現萬物互聯的基本原理。

課標理解

在生活中，萬物互聯的應用場景十分豐富，以智能家居系統為例，家庭中的電器、門窗、安防設備等均實現互聯，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，這些都是在互聯網“人-人”交互基礎上發展起來的“物-物”互聯的物聯網的應用。

1.物聯網與互聯網的異同

物聯網既然是在互聯網的基礎上發展而來，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據傳輸，互聯網是物聯網發展的基礎網絡設施，物聯網的數據要在互聯網的網絡架構上進行傳輸。例如，智能家居設備的數據傳輸要借助家庭寬帶網絡，而家庭寬帶網絡屬于互聯網的接入方式之一。

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

物聯網既然是在互聯網的基礎上有所發展，那么它們必然有一些不同的地方。

連接對象：互聯網主要連接的是計算機、服務器等設備，實現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網進行互動。而物聯網連接的對象更為廣泛，不僅包括傳統的計算機設備，還涵蓋了各種物理實體，如智能家居設備、工業傳感器、農業監測設備等，實現物與物、人與物之間的信息交互。例如，智能水表、電表，它們作為物聯網設備，將數據上傳給供水、供電公司，實現無人抄表。

應用場景：互聯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。而物聯網主要應用于智能控制、監測管理等場景，如工業生產中的自動化控制、城市交通中的智能信號燈調節，通過對設備的實時監測和控制，提高生產效率和生活質量。

數據特點：互聯網產生的數據多為文本、圖像、視頻等，數據類型較為單一，主要用于滿足人們的信息消費需求。物聯網產生的數據則更加多樣化且實時性強，其中包括大量的傳感器數據、設備運行狀態數據等，這些數據用于實現對物理世界的精確感知和智能決策。

2.物聯網普及對學習和生活的影響

物聯網普及對學習的影響主要體現在以下幾個方面：一是豐富學習資源。物聯網使得學習資源不再局限于傳統的書本和網絡課程，如學生可以通過連接物聯網的智能實驗室設備，遠程參與實驗操作，獲取真實的實驗數據和經驗，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、注意力集中程度等數據，教育系統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。三是創新教學模式。教師可以利用物聯網設備創造更加生動且具有互動性的教學環境。

物聯網普及對生活的影響主要表現在以下幾個方面：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。家庭安防系統借助物聯網實現實時監控和預警。三是改善健康管理。智能穿戴設備和健康監測儀器組成的物聯網健康管理系統，可以實時監測人們的心率、血壓、睡眠質量等健康數據。

3.物聯網實現萬物互聯的基本原理

物聯網技術通過傳感器對數據進行精準采集、通信技術對數據進行穩定傳輸、云平臺對數據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節，實現物理設備的智能化互聯和高效管理。

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，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實際情況自動調節亮度，為用戶營造出舒適的光照環境。而智能監控攝像頭則像是不知疲倦的“守護者”，它能夠持續不斷地捕捉視頻圖像數據，對家中的各個角落進行全方位、無死角的監控，為家庭的安全提供有力保障。

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

家庭網關在接收到來自不同智能設備的數據后，會對這些數據進行初步的處理和整合。它就像一位經驗豐富的“數據整理師”，將雜亂無章的數據進行分類、排序和清洗，去除其中的噪聲和無用信息，提取出有價值的數據。然后，家庭網關會通過高速穩定的互聯網連接，將處理好的數據發送至云服務器。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“數據寶庫”。在云服務器端，專業的大數據分析技術被運用其中，對這些數據進行深入的挖掘和分析。通過對不同設備數據的關聯分析和綜合評估，云服務器能夠準確地把握家庭環境的各種狀態和變化趨勢，從而實現對設備的智能化管理。

用戶與整個智能家居系統的交互主要通過智能手機應用程序來實現。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給相應的智能設備，實現遠程控制功能。

教學實施

課標建議：“通過簡易物聯系統的設計與搭建，探索物聯網中數據采集、處理、反饋控制等基本功能，體驗物聯網、大數據及人工智能的關系。”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測器，來體驗物聯網的基本工作原理。

在讓學生構建簡易遠程溫濕度監測器的過程中，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中的重要性。通過這一步，希望學生能夠對整個系統的構成有一個清晰而全面的認識，為后續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，并引導學生根據項目需求進行相應的修改和優化。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。

為了實現遠程監測功能，還應該向學生介紹服務器搭建和手機APP開發的相關知識。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開發的過程。在搭建過程中，學生需要選擇MQTT協議實現設備與云端的數據交互。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。教師要根據學生的實際情況和需求，不斷優化教學方法和內容。在人工智能飛速發展的今天，教師更要引導學生“體驗物聯網、大數據及人工智能的關系”，加深對物聯網的理解。

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

2

教學課例+同步教學資源

重構·探尋·關懷：

新課標下初中物聯網大單元教學的

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教育科學院

劉夢莎 四川省成都市樹德實驗中學（沙河校區）

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）。

面向計算思維培養的

八年級物聯網教學設計探索

——以“探秘班超紀念館的

收藏環境”為例

作者：姚俊 新疆教育科學研究院

石磊 新疆阿勒泰地區福海縣初級中學

資源：

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

（2）教學設計：探秘班超博物館的收藏環境點擊下載

課例介紹：圍繞課標“物聯網實踐與探索”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）——數據采集——數據傳輸——分析與處理數據——反饋與控制”五大環節，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

物聯網教學實踐

——以“新疆葡萄干晾曬房

智能監測系統探究”為例

作者：范婧婧 新疆農業大學附屬中學

資源：

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

（2）教學設計：新疆葡萄干晾曬房智能監測系統探究點擊下載

課例介紹： 聚焦于將物聯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網監控系統。本節課緊密圍繞物聯網技術展開，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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