《5.1.1 智慧城市与NB-IoT技术发展》教学设计

《5.1.1智慧城市与NB-IoT》教学设计教学课题5.1.1智慧城市与NB-IoT使用教材《物联网组网技术及应用》2025机工社出版课型☑专业理论课□专业实训课□理实一体课□公共基础课教学班级授课教师教学时长2课时（80分钟）教学地点多媒体教室教学用具课件、微课、智慧城市与NB-IoT相关视频、图片、任务单教材分析本课选自《物联网组网技术及应用》，是物联网技术应用的基础理论课程。前承物联网基础概念，后接NB-IoT设备配置、智能系统搭建等实践内容，是衔接理论与实践的关键环节。主要内容包括智慧城市的定义、组成，NB-IoT技术的概念、特征、与低功耗广域网（LPWAN）的从属关系，以及NB-IoT的发展历程、现状和我国企业的参与情况，为学生后续学习物联网实践应用奠定理论基础，同时培养学生对物联网技术在智慧城市中应用的认知。学情分析学生已掌握物联网的基本概念和简单分类，对智慧城市有初步的生活认知（如智能路灯、智能抄表），但对智慧城市的核心架构、NB-IoT技术的具体特征及应用场景了解较少。学生好奇心强，喜欢直观的视频、图片演示，适合采用案例教学、情境引导和小组讨论的教学方式，便于理解抽象的技术概念，提升知识认知能力。教学目标知识目标：1.了解智慧城市的定义、核心技术支撑及组成层次；2.理解NB-IoT技术的定义、核心特征及应用场景；3.了解低功耗广域网（LPWAN）的分类，明确NB-IoT与LPWAN的从属关系；4.了解NB-IoT的发展历程、现状及我国企业参与技术标准研制和商用的情况。能力目标：1.能准确区分智慧城市与传统城市的差异，说出智慧城市的核心技术；2.能辨析NB-IoT与其他LPWAN技术的不同，描述NB-IoT的核心特征；3.能简要阐述我国企业在NB-IoT技术发展中的作用。素质目标：1.培养对物联网技术的兴趣和探索精神；2.增强民族自豪感，树立技术创新意识；3.培养严谨的逻辑思维和知识归纳能力。教学重点1.智慧城市的定义及核心技术支撑；2.NB-IoT技术的定义、核心特征及与LPWAN的从属关系；3.NB-IoT的发展历程及我国企业的参与情况。教学难点1.理解NB-IoT技术“低功耗、广覆盖、大连接”的核心特征及应用场景适配性；2.区分LPWAN技术的分类（授权频段与非授权频段），明确NB-IoT的技术定位。教法学法情境教学法、案例演示法、讲授法、小组讨论法、自主学习法。教学过程教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图情境导入明确任务（10分钟）1.情境创设：提问“夏天晴朗天空突然变暗，大街上的路灯如何自动控制？”，结合智慧城市智能路灯、智能抄表、智慧停车等图片、短视频，引导学生思考智慧城市的便捷性。2.任务发布：引出本节课核心任务——认识智慧城市与NB-IoT技术，明确学习重点。3.目标展示：呈现本节课的知识、能力、素质目标。提出问题引导学生思考，播放短视频、展示图片，引出课题，明确学习目标和任务，发放任务单。观看视频、图片，积极思考教师提出的问题，明确本节课的学习目标和核心任务，领取任务单。结合生活场景创设情境，激发学生学习兴趣，引导学生主动思考，让学生快速进入学习状态，明确学习方向。合作探析讨论明知（30分钟）任务一：认识智慧城市1.定义：运用人的智慧及人工智能、物联网、云计算、大数据等技术，提升民生幸福感，实现城市可持续发展的新型城市形态。2.组成层次：感知层、通信和网络层、城市数据和控制层、城市应用层和支持系统层。3.典型应用：智能路灯、智能抄表、智慧停车等。任务二：认识NB-IoT1.定义：窄带物联网技术，是3GPP标准定义的LPWA解决方案，支持低功耗设备广域蜂窝数据连接。2.核心特征：低功耗、广覆盖、大连接、低带宽（以降低速率和延迟为代价）。3.应用场景：适配语音、移动性、速率要求低，覆盖、功耗、成本要求高的场景。布置自学任务，引导学生结合PPT和任务单自主学习，巡视指导；组织小组讨论，针对智慧城市定义、NB-IoT核心特征等难点进行引导答疑；讲解重点知识，强调关键要点。自主阅读学习，梳理知识点，完成任务单基础内容；小组讨论交流，分享学习心得，提出疑问；认真听讲，记录重点，解决自身疑问。通过自主学习、小组讨论，培养学生自主探究和合作交流能力；结合教师讲解，突破核心知识点，帮助学生建立基础认知。合作探析深化理解（30分钟）任务三：LPWAN与NB-IoT的关系1.LPWAN定义：低功耗广域网，长距离无线通信技术，数据传输速率低，适配小数据量定期上报场景。2.LPWAN分类：授权频段（NB-IoT、eMTC等，稳定、安全、覆盖广）、非授权频段（LoRa、Sigfox等，灵活、成本低）。3.NB-IoT与LPWAN的关系：NB-IoT是LPWAN的重要分支，属于授权频段技术，需使用USIM卡。任务四：NB-IoT的发展历程与现状1.发展历程：2013年华为发起研制，2015年确立，2016年标准冻结，2020年纳入全球5G标准体系。2.现状：2026年芯片价格5-8元，中国NB-IoT连接占全球超六成，芯片模组国产化率超80%。3.我国企业参与情况：华为、中兴参与标准研制，中国移动、中国联通、中国电信参与商用部署，海康威视等参与终端设备研发。讲解LPWAN分类及特点，结合实例对比授权与非授权频段技术的差异；梳理NB-IoT发展时间线，展示我国企业参与相关的图片和资料；组织小组交流，引导学生总结我国企业的核心作用。认真听讲，理解LPWAN与NB-IoT的从属关系，区分不同LPWAN技术的差异；梳理NB-IoT发展历程，记录我国参与企业；小组交流讨论，总结我国企业在NB-IoT技术发展中的贡献。突破教学难点，帮助学生清晰区分LPWAN技术分类，明确NB-IoT的技术定位；通过介绍我国企业的参与情况，增强学生民族自豪感，落实素质目标。总结归纳梳理知识（5分钟）1.知识梳理：回顾核心知识点——智慧城市（定义、核心技术）、NB-IoT（定义、特征）、LPWAN与NB-IoT的关系、NB-IoT发展与我国企业参与情况。2.知识框架：用简单思维导图呈现本节课知识体系。3.问题答疑：解答学生遗留的疑问。引导学生共同回顾本节课知识点，绘制简易思维导图，梳理知识框架；点评学生学习表现，解答共性疑问和个性疑问。主动参与知识回顾，补充完善自身知识框架；提出遗留疑问，认真倾听解答，巩固所学知识。帮助学生梳理知识体系，将零散知识点系统化，巩固学习成果，培养学生归纳总结能力。布置作业课后拓展（5分钟）1.基础作业：完成课后练习题（选择题、判断题、简答题），整理本节课知识点笔记。2.拓展作业：观察生活中的智慧城市应用场景，简要分析其是否用到NB-IoT技术，写下简短分析报告。布置课后作业，明确作业要求和提交时间；鼓励学生主动观察生活中的物联网应用，培养探索精神。记录作业内容，明确作业要求；课后完成基础作业，主动观察生活中的相关应用，完成拓展作业。巩固本节课所学知识，将理论知识与生活实际结合，培养学生的观察能力和知识应用能力，为后续实践课程铺垫。教学反思习题一、选择题（每题只有一个正确答案）1.下列关于智慧城市的描述，最准确的是（）A.仅依靠信息技术实现城市管理，与民生服务无关B.以物联网、大数据等技术为支撑，实现城市高效、智能、可持续发展的新型城市形态C.重点发展工业自动化，不一定关注城市居民的生活需求D.是完全依靠人工智能，无需人工干预的城市模式2.关于NB-IoT技术的核心特征，下列说法错误的是（）A.低功耗，终端设备可实现长时间续航B.广覆盖，可实现偏远区域的信号覆盖C.高带宽，适合传输大量高清视频数据D.大连接，可同时连接海量终端设备3.下列选项中，不属于低功耗广域网（LPWAN）范畴的是（）A.NB-IoTB.LoRaC.5G（增强移动宽带场景）D.Sigfox二、判断题（正确打“√”，错误打“×”）1.NB-IoT技术属于低功耗广域网（LPWAN）的重要分支，专为物联网场景设计，可广泛应用于智慧城市的各类感知场景。（）2.NB-IoT技术自诞生以来便完全成熟，