信息技术基础 教案-教学设计-5.2新一代信息技术应用

《信息技术基础》教学设计单元名称5.2新一代信息技术应用学时2单元简介新一代信息技术具有高效性、智能化和自动化特点，正在深刻地改变着我们的生产方式和生活方式。江南锡商科技有限公司为了让员工了解以物联网、大数据、云计算、人工智能、虚拟现实、区块链等为代表的新一代信息技术和应用，为更快实现“智慧地球”而努力。知识目标1）了解物联网的基本概念和应用。2）了解大数据的基本概念和应用。3）了解云计算的基本概念和应用。4）了解人工智能的基本概念和应用。5）了解虚拟现实的基本概念和应用。6）了解区块链技术的起源和应用能力目标1)具有超强的学习能力和自主创新意识，不断学习新一代信息技术的应用。2)具有科技创新的新理念和新思想，增强新一代信息技术的应用能力。素养目标1）具有不断提升信息素养和钻研新技术的能力。2）具有把祖国建设成世界科技强国而奋斗的精神和斗志。3）具有超强的学习能力和自主创新意识。相关知识教学过程模块一了解物联网【问题导入】物联网的主要技术有哪些？在现实生活中哪些场合应用了物联网？【理论讲授】1．认识物联网1）物联网的产生2005年，国际电信联盟（ITU）正式命名了“物联网”。2009年，IBM发布了物联网概念战略，在世界范围引起了广泛关注。2022年，国家工信部印发了《“十四五”信息通信行业发展规划》，明确提出推动移动物联网概念发展相关工程，使得物联网概念在新一轮技术革命中的意义进一步凸显。2）物联网的概念物联网（InternetofThings，IoT）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，是指通过射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）、传感器、无线传感网络、条形码技术、网络通信、智能嵌入、云计算、纳米科技、定位系统等各类技术与装置，采集任意需要互联的物体或过程，并将采集到的光亮、热量、电流、声音、力学、化学、生物、位置等各种信息通过所有可能的网络接入，最终实现物与人、物与物的泛在连接，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能而形成的一个巨大网络，实现任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。1）GB2312汉字编码。为了适应计算机处理汉字信息的需要，1981年，我国颁布了《信息交换用汉字编码字符集基本集》（GB2312—1980），简称国标码，又称汉字交换码。该标准选出6763个常用汉字和682个非汉字字符，为每个字符规定了标准编码，以便在不同计算机系统中间进行汉字文本的交换。2．物联网的主要技术1）射频识别。又称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，由射频电子标签和标签阅读器组成。标签阅读器通过其天线在一定范围内对外发送电磁波，使得接收到电磁波后的标签内部产生感应电流，并通过标签内部天线发送其存储的信息。当标签阅读器的天线接收到来自标签的信号时，标签阅读器对信号进行解码处理，并将处理后的数据传送给后台系统处理。2）传感器。指一种能够感知被测指标并转换成可用信号的设备或器件，可以满足信息的存储、处理、传输、记录、显示等要求。传感器可以分为热敏传感器、气敏传感器、光敏传感器、磁敏传感器、声敏传感器、力敏传感器等。3）无线传感网络。无线传感网络是一种通过无线通信的分布式传感网络，由网关节点以及空间上分散的传感器节点组成。无线传感网络中的传感器节点装有无线电收发器、CPU和电池，传感器节点将采集的信息经过简单处理后发送给网关节点，网络观测者通过网关节点获取数据。4）条形码技术。条形码是一种图形化表示信息的方法，通过条形码和相应的扫描设备能够将信息录入计算机中。条形码可以分为一维条形码和二维条形码。5）嵌入式系统技术。指综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。6）智能技术。通过在物体中植入智能系统，可以使得物体具备一定的智能性，能够主动或被动地实现与用户的沟通。3.物联网的主要应用1)智慧物流2)智能交通3)智能家居4)智慧农业【课堂提问】智能交通可能会应用哪些物联网技术？【教师提示】通过视频等方式了解智能交通。【课后思考】空调系统使用哪些传感器？模块二了解大数据本任务通过认识大数据和大数据的主要技术使学生了解大数据的的特点、主要技术和主要应用领域。【问题导入】我们常见的大数据应用领域有哪些？大数据如何获取呢？【理论讲授】1.认识大数据1）大数据的概念麦肯锡全球研究对“大数据”的定义是：大数据（bigdata）是一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，其意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。2）大数据的特点数据量大是指海量、低密度的非结构化数据。处理速度快是指高速接收乃至处理数据—数据通常直接流入内存而非写入磁盘。数据类型繁多是指数据类型众多，例如邮件、文本、音频和视频、微信、微博、位置信息、网络日志等。低价值密度是指如果不通过适当方法处理数据其价值就无法最大化体现。2.大数据的主要技术大数据开发无非要干四件事情，采集、存储、查询、计算。大数据技术分为整体技术和关键技术两个方面。1）整体技术。主要有数据采集、数据存取、基础架构、数据处理、统计分析、数据挖掘、模型预测和结果呈现等。2）关键技术。①大数据采集技术。数据采集通过RFID射频技术、传感器以及移动互联网等方式获得的各种类型的结构化及非结构化的海量数据。②大数据预处理技术:大数据预处理主要完成对已接收数据的抽取、清洗等操作。③大数据存储及管理技术。用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。④大数据分析及挖掘技术。在现有的数据上进行基于各种预测和分析的计算，从而起到预测的效果，满足一些高别数据分析的需求。⑤数据展现和应用。在我国，大数据重点应用于以下三大领域:商业智能、政策决策和公共服务。3.大数据的主要应用1)电商行业2)金融行业3)生物技术【课堂提问】是否可画出大数据开发的流程图？【教师提示】大数据开发无非要干四件事情，采集、存储、查询、计算。【课堂思考】生活中应用大数据的实例？模块三了解云计算【问题导入】同学们了解云计算吗？云计算主要技术有哪些？应用领域有哪些？【理论讲授】1．认识云计算“云”就是相应的计算机群，以及由它组成的能够提供硬件、平台、软件等资源的计算网络，通过统筹调用，对使用者提供所需的服务。从服务内容来看云计算服务主要有3类。①基础设施即服务（infrastructureasaservice，IaaS）。将硬件资源打包成服务，通过Internet提供给用户使用，并且根据用户对资源的实际使用量或占有量进行计费。②平台即服务（platformasaservice，PaaS）。将计算环境、开发环境等平台作为服务提供的应用模式。③软件即服务（softwareasaservice，SaaS）。将应用软件统一部署在提供商的服务器上，通过Internet为用户提供应用软件服务，是目前广泛应用的一种云计算。2）云计算的特点①超大规模。“云”具有相当的规模，一般云拥有从数百上千台到几百万台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力。②虚拟化。云计算支持用户在任意位置使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”，而不是固定的有形的实体，应用在“云”中某处运行。③高可靠性。“云”使用了数据多副本容错、计算结点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。④通用性。云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。⑤高可扩展性。“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。⑥按需服务。“云”是一个庞大的资源池，用户按需购买，即可使用。⑦潜在的危险性。云计算除了提供计算服务外，还提供了存储等服务。这也是云计算存在潜在风险所在。2.云计算主要技术①虚拟化技术。虚拟化技术是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，它可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程，减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统方面。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等；②分布式海量数据存储。云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式(集群计算、数据冗余和分布式存储)保证数据的可靠性。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS。③海量数据管理技术。云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，因此，数据管理技术必需能够高效的管理大量的数据。④编程方式。云计算提供了分布式的计算模式，客观上要求必须有分布式的编程模式。⑤云计算平台管理技术。云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。3.云计算主要应用1）金融云2）教育云3）医疗云4）云会议。【课堂提问】云计算服务主要有哪几类？【教师提示】此部分是对课堂提问部分的参考提示。此部分是对课堂提问部分的参考提示。①基础设施即服务②平台即服务③软件即服务【课后思考】虚拟化技术的分类？模块四了解人工智能【问题导入】当今社会人工智能的主要应用有哪些？【理论讲授】1．认识人工智能人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是一个以计算机科学为基础，由计算机、心理学、哲学等多学科交叉融合的交叉学科、新兴学科，研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。2）人工智能研究的主要内容人工智能研究的主要内容包括：知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等，其中机器学习是指在一定的知识表示意义下获取新知识的过程，按照学习机制的不同，主要有归纳学习、分析学习、连接机制学习和遗传学习等。3）如何应对人工智能人工智能的不足主要：①缺乏创造力。人工智能不具备进行创造、构思以及战略性规划的能力。②缺乏同理心。AI没有“同情”、“关爱”之类的“感同身受”的感觉，无法在情感方面实现与人类的真正互动，无法给他人带去关怀。③缺乏灵巧性。AI和机器人技术无法完成一些精确而复杂的体力工作，AI还难以很好地应对未知的或非结构化的空间。应对人工智能就要积极投入二次学习，重新学习职业技能，充分把“以人为本”的人性特质和AI善于优化的技术优势深度结合起来，为适应AI新经济下的新型工作场景做好准备。2．人工智能主要技术1）机器学习（MachineLearning）。机器学习是一种让计算机通过数据训练来自动改进其性能的方法。主要包括监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等。2）计算机视觉（ComputerVision）。计算机视觉是一种让计算机理解和解析图像或视频中的内容的技术。计算机视觉技术包括图像识别、物体检测、场景理解和图像生成等。3）自然语言处理（NaturalLanguageProcessing,NLP）：自然语言处理是让计算机理解、生成和处理人类语言的技术。NLP的主要任务包括情感分析、文本分类、实体识别、关系抽取、语义分析和机器翻译等。4）专家系统（ExpertSystems）。专家系统是一种基于人类专家知识的计算机程序。通过推理和知识库，专家系统可以解决特定领域的问题，如医学诊断、金融分析等。5）机器人技术（Robotics）。机器人技术涉及到设计、制造和应用具有自主功能和智能行为的机器人。机器人技术在制造业、物流、医疗和家庭等领域得到广泛应用。3．人工智能主要应用①个性化推荐；②人脸识别；③无人驾驶汽车；④智能客服聊天机器人；⑤机器翻译；⑥医学图像处理；⑦图像搜索；⑧声纹识别；⑨智能外呼机器人；⑩智能音箱。【课堂提问】评价人工智能?【教师提示】人工智能有利有弊。【课后思考】人工智能人脸识别的应用场景有哪些？模块五了解虚拟现实【问题导入】当今社会虚拟现实的主要应用有哪些？【理论讲授】1．认识虚拟现实1）虚拟现实的概念。虚拟现实（virtualreality，VR）是是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合。2）虚拟现实的关键技术虚拟现实是多种技术的综合，主要包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入/输出技术等。2．虚拟现实的主要技术1）环境建模技术。虚拟现实技术可以营造如同真实的虚拟环境，形成虚拟世界。2）立体声合成与立体显示技术。由于我们听到的声音到达两只耳朵的时间和距离有所不同，我们需要靠声音的相位差以及强度的差别来确定声音的方向。3）交互技术。虚拟现实中利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。3.虚拟现实的主要应用1）虚拟现实医学2）虚拟现实军事航天3）虚拟现实工业仿真4）虚拟现实地理【课堂提问】立体声合成与立体显示技术优点【教师提示】我们听到的声音到达两只耳朵的时间和距离有所不同。【课后思考】虚拟现实技术与虚拟化技术的区别？模块六了解区块链【问题导入】当今社会区块链的主要应用有哪些？【理论讲授】1．认识区块链1）区块链的概念。区块链（Blockchain）是由节点参与的分布式数据库系统，其特点是不可更改，不可伪造。区块链是由一串使用密码学方法产生的数据块组成的，每一个区块都包含了上一个区块的哈希值（hash），从创始区块（genesisblock）开始连接到当前区块形成块链。每一个区