2.3物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教案階段1--------預(yù)期結(jié)果所確定的目標(biāo)：1.了解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本概念、組成及關(guān)鍵技術(shù)；2.理解無線傳感網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用場景及工作原理；3.能夠分析無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別。理解：1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?.常見無線通信技術(shù)（ZigBee、LoRa、NB-IoT等）的特點(diǎn)及應(yīng)用場景；3.無線傳感網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與解決方案。基本問題：1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)由哪些部分組成？其數(shù)據(jù)傳輸過程是怎樣的？2.不同的無線通信技術(shù)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？如何根據(jù)應(yīng)用場景選擇合適的技術(shù)？3.無線傳感網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測、智能家居等領(lǐng)域如何實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用？學(xué)生將會知道（將能夠做到）1.描述無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和工作流程；2.比較不同無線通信技術(shù)的性能參數(shù)及適用場景；3.設(shè)計(jì)簡單的無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案（如環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)）；4.分析無線傳感網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中的安全與隱私問題。階段2--------評估證據(jù)表現(xiàn)性任務(wù)：1.設(shè)計(jì)一個(gè)基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（如溫濕度監(jiān)測），繪制系統(tǒng)架構(gòu)圖；2.撰寫一份關(guān)于ZigBee與LoRa技術(shù)在農(nóng)業(yè)監(jiān)測中應(yīng)用的對比分析報(bào)告。其他證據(jù)：1.分析教材中森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理，說明其數(shù)據(jù)傳輸路徑；2.列舉家庭場景中可能應(yīng)用的無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并解釋其通信方式。階段3--------學(xué)習(xí)計(jì)劃一、導(dǎo)入新課1.案例導(dǎo)入：播放視頻介紹無線傳感網(wǎng)絡(luò)在橋梁監(jiān)測、森林防火中的應(yīng)用（可引用教材2.3.1節(jié)案例），引導(dǎo)學(xué)生思考：這些系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集與傳輸？2.頭腦風(fēng)暴：提問"生活中哪些地方用到了無線傳感網(wǎng)絡(luò)？"，記錄學(xué)生回答并分類（如智能家居、環(huán)境監(jiān)測、健康醫(yī)療等）。二、新課內(nèi)容1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)的概念與組成（1）定義：通過無線通信技術(shù)連接的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的自組織網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對物理世界的感知與數(shù)據(jù)傳輸。（2）節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)（結(jié)合教材圖2-3-4）：①感知單元：采集溫度、濕度等物理信息；②處理單元：數(shù)據(jù)存儲與計(jì)算；③通信單元：無線數(shù)據(jù)傳輸；④能量供給單元：電池或能量harvesting技術(shù)。（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（結(jié)合教材圖2-3-5）：①傳感器節(jié)點(diǎn)：分布在監(jiān)測區(qū)域，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)；②匯聚節(jié)點(diǎn)：接收并匯總傳感器數(shù)據(jù)，上傳至管理節(jié)點(diǎn)；③任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)：用戶控制與數(shù)據(jù)展示平臺。2.無線通信技術(shù)對比（小組合作學(xué)習(xí)）分發(fā)表格，學(xué)生分組填寫教材2.3.2節(jié)中6種通信技術(shù)的特點(diǎn)（覆蓋范圍、功耗、速率等）：技術(shù)覆蓋范圍功耗傳輸速率典型應(yīng)用ZigBee短距離低低智能家居LoRa長距離低低環(huán)境監(jiān)測NB-IoT廣覆蓋低低智能表計(jì)Wi-Fi中距離高高家庭網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙短距離中中可穿戴設(shè)備5G中距離中極高工業(yè)控制討論：為什么環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)常用LoRa而非Wi-Fi？（引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注功耗與覆蓋范圍）3.關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)（1）自組織能力：節(jié)點(diǎn)無需預(yù)先配置，自動形成網(wǎng)絡(luò)（舉例：災(zāi)后救援中隨機(jī)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)）；（2）動態(tài)拓?fù)洌汗?jié)點(diǎn)故障或移動時(shí)網(wǎng)絡(luò)自動調(diào)整路由（對比傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)的局限性）；（3）低功耗設(shè)計(jì)：采用休眠機(jī)制、數(shù)據(jù)融合技術(shù)延長節(jié)點(diǎn)壽命（結(jié)合教材2.3.2節(jié)能量供給單元）。4.應(yīng)用案例分析城市路內(nèi)智能停車系統(tǒng)（教材2.3.3節(jié)）：地磁探測器檢測車位占用狀態(tài)；數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸至管理平臺；車主通過APP查詢空車位（結(jié)合圖2-3-7系統(tǒng)架構(gòu)）。小組任務(wù)：每組選擇一個(gè)教材案例（橋梁監(jiān)測/人體行為監(jiān)測/森林防火），繪制其數(shù)據(jù)流程圖，標(biāo)注關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。5.挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢安全與隱私：傳感器數(shù)據(jù)加密、節(jié)點(diǎn)身份認(rèn)證（如教材2.3.2節(jié)"安全挑戰(zhàn)"）；新技術(shù)融合：6G技術(shù)、AI算法優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率（教材2.3.2節(jié)拓展閱讀）。三、實(shí)踐操作1.模擬傳感網(wǎng)絡(luò)部署：材料：Arduino開發(fā)板、溫度傳感器、ZigBee模塊（或仿真軟件）；任務(wù)：分組搭建3個(gè)節(jié)點(diǎn)的小型網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的多跳傳輸；討論：如何延長電池供電節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間？（提示：減少傳輸頻率、優(yōu)化休眠策略）。2.無線通信技術(shù)選型：場景分析：為校園綠化灌溉系統(tǒng)選擇合適的無線技術(shù)，說明理由（考慮覆蓋范圍、功耗、成本）；方案展示：各組陳述選型結(jié)果，教師點(diǎn)評。四、拓展練習(xí)1.設(shè)計(jì)題：提供校園平面圖，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)：（1）確定傳感器節(jié)點(diǎn)部署位置（如操場、實(shí)驗(yàn)室、綠化帶）；（2）選擇通信技術(shù)（LoRa或NB-IoT）并說明理由；（3）繪制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，標(biāo)注數(shù)據(jù)流向。2.調(diào)研題：采訪學(xué)校后勤人員，了解校園中已應(yīng)用的無線傳感設(shè)備（如智能電表、安防傳感器），分析其工作原理并記錄在報(bào)告中。五、課堂小結(jié)1.知識梳理：師生共同回顧無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組成、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用場景；2.思維導(dǎo)圖：集體