人教版2024新版八年級(jí)全一冊(cè)信息技術(shù)第10課 物物互通有新徑 教學(xué)設(shè)計(jì)

第第頁(yè)人教版(2024新版）\o"八年級(jí)全一冊(cè)"八年級(jí)全一冊(cè)信息技術(shù)第二單元\o"第2單元萬(wàn)物互聯(lián)有協(xié)議"萬(wàn)物互聯(lián)有協(xié)議第10課物物互通有新徑教學(xué)設(shè)計(jì)一、學(xué)情分析學(xué)生在日常生活中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有一定的接觸和感受，如智能手表、智能家居設(shè)備等。但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方式了解較少。學(xué)生具有較強(qiáng)的好奇心和探索欲望，喜歡通過實(shí)踐活動(dòng)來學(xué)習(xí)新知識(shí)。二、教材分析本單元圍繞萬(wàn)物互聯(lián)有協(xié)議展開，第六課主要介紹數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喾N方式。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生將了解不同數(shù)據(jù)傳輸方式的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用，為后續(xù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三、核心素養(yǎng)教育目標(biāo)1.信息意識(shí)：讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)在信息時(shí)代的重要性，培養(yǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的敏感度。2.計(jì)算思維：引導(dǎo)學(xué)生分析物物互通的實(shí)現(xiàn)過程，培養(yǎng)邏輯思維和問題解決能力。3.數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：鼓勵(lì)學(xué)生探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。4.信息社會(huì)責(zé)任：培養(yǎng)學(xué)生在使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)的安全意識(shí)和責(zé)任意識(shí)。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1.掌握MQTT的通信機(jī)制。2.學(xué)會(huì)利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能。教學(xué)難點(diǎn)1.理解MQTT通信機(jī)制中復(fù)雜的概念和流程。2.解決在使用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能時(shí)可能遇到的問題。五、教學(xué)準(zhǔn)備1.制作PPT課件，展示MQTT通信機(jī)制的圖片、原理圖和應(yīng)用案例。2.準(zhǔn)備電腦及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，用于演示MQTT通信和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的操作。3.注冊(cè)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)賬號(hào)，以便在課堂上進(jìn)行演示和學(xué)生實(shí)踐。4.設(shè)計(jì)一些與MQTT通信和訂閱功能相關(guān)的問題卡片。六、教學(xué)過程（一）導(dǎo)入新課師：同學(xué)們，在前面的課程中，我們已經(jīng)了解了物聯(lián)網(wǎng)中的一些通信方式和數(shù)據(jù)傳輸方法。今天，我們將學(xué)習(xí)一種新的物物互通途徑——MQTT協(xié)議。MQTT協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，它可以實(shí)現(xiàn)高效、可靠的物物通信。那么，MQTT的通信機(jī)制是怎樣的呢？我們又如何利用它來實(shí)現(xiàn)物物互通呢？讓我們一起走進(jìn)今天的課程。（展示一些物聯(lián)網(wǎng)中使用MQTT協(xié)議進(jìn)行通信的場(chǎng)景圖片，如智能家居系統(tǒng)中設(shè)備之間的通信、工業(yè)自動(dòng)化中的傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。）（二）新課講解1.MQTT通信機(jī)制簡(jiǎn)介（1）定義師：MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport），即消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議，是一種輕量級(jí)的發(fā)布/訂閱消息傳輸協(xié)議。它主要用于在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，為遠(yuǎn)程連接的設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。（展示MQTT協(xié)議的概念圖，讓學(xué)生直觀地了解其定義。）（2）MQTT的主要特點(diǎn)輕量級(jí)：MQTT協(xié)議的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)潔，占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬和設(shè)備資源都非常少。這使得它非常適合在資源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上使用。發(fā)布/訂閱模式：MQTT采用發(fā)布/訂閱模式進(jìn)行通信。發(fā)布者將消息發(fā)布到特定的主題（Topic）上，訂閱了該主題的訂閱者就可以接收到這些消息。這種模式使得設(shè)備之間的通信更加靈活和高效。可靠性高：MQTT協(xié)議提供了三種不同的服務(wù)質(zhì)量（QoS）級(jí)別，分別是最多一次（Atmostonce）、至少一次（Atleastonce）和恰好一次（Exactlyonce）。這使得開發(fā)者可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的服務(wù)質(zhì)量級(jí)別，保證消息的可靠傳輸。支持多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：MQTT協(xié)議可以在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作，包括低帶寬、高延遲、不可靠的網(wǎng)絡(luò)。它還支持?jǐn)嗑€重連功能，當(dāng)設(shè)備與服務(wù)器斷開連接后，重新連接時(shí)可以自動(dòng)恢復(fù)訂閱狀態(tài)。（通過圖片和文字介紹，詳細(xì)講解MQTT協(xié)議的主要特點(diǎn)，讓學(xué)生了解MQTT協(xié)議的優(yōu)勢(shì)。）（3）MQTT的基本架構(gòu)師：MQTT協(xié)議的基本架構(gòu)由發(fā)布者（Publisher）、訂閱者（Subscriber）和服務(wù)器（Broker）三部分組成。發(fā)布者：發(fā)布者是消息的生產(chǎn)者，它將消息發(fā)布到特定的主題上。發(fā)布者可以是任何能夠連接到MQTT服務(wù)器的設(shè)備，如傳感器、控制器、智能手機(jī)等。訂閱者：訂閱者是消息的消費(fèi)者，它訂閱了特定的主題，并接收發(fā)布者發(fā)布到該主題上的消息。訂閱者也可以是任何能夠連接到MQTT服務(wù)器的設(shè)備，如顯示器、報(bào)警器、服務(wù)器等。服務(wù)器：服務(wù)器是MQTT協(xié)議的核心，它負(fù)責(zé)接收發(fā)布者發(fā)布的消息，并將這些消息轉(zhuǎn)發(fā)給訂閱了相應(yīng)主題的訂閱者。服務(wù)器還負(fù)責(zé)管理發(fā)布者和訂閱者的連接，維護(hù)主題列表和訂閱關(guān)系等。（通過示意圖和文字介紹，詳細(xì)講解MQTT協(xié)議的基本架構(gòu)，讓學(xué)生了解發(fā)布者、訂閱者和服務(wù)器之間的關(guān)系。）2.MQTT的通信過程（1）連接建立師：發(fā)布者和訂閱者在與服務(wù)器進(jìn)行通信之前，首先需要建立連接。連接建立的過程包括以下幾個(gè)步驟：客戶端（發(fā)布者或訂閱者）向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求，請(qǐng)求中包含客戶端的標(biāo)識(shí)、用戶名、密碼等信息。服務(wù)器收到連接請(qǐng)求后，對(duì)客戶端的身份進(jìn)行驗(yàn)證。如果驗(yàn)證通過，服務(wù)器會(huì)向客戶端發(fā)送連接確認(rèn)消息，建立連接。客戶端收到連接確認(rèn)消息后，連接建立成功。（通過示意圖和動(dòng)畫演示，詳細(xì)講解連接建立的過程，讓學(xué)生了解MQTT通信的第一步。）（2）發(fā)布消息師：發(fā)布者在連接建立成功后，可以向服務(wù)器發(fā)布消息。發(fā)布消息的過程包括以下幾個(gè)步驟：發(fā)布者確定要發(fā)布的消息內(nèi)容和主題。發(fā)布者將消息內(nèi)容和主題封裝成MQTT消息格式，并向服務(wù)器發(fā)送發(fā)布消息請(qǐng)求。服務(wù)器收到發(fā)布消息請(qǐng)求后，將消息存儲(chǔ)在相應(yīng)的主題中，并將消息轉(zhuǎn)發(fā)給訂閱了該主題的訂閱者。（通過示意圖和動(dòng)畫演示，詳細(xì)講解發(fā)布消息的過程，讓學(xué)生了解發(fā)布者的操作。）（3）訂閱主題師：訂閱者在連接建立成功后，可以向服務(wù)器訂閱特定的主題。訂閱主題的過程包括以下幾個(gè)步驟：訂閱者確定要訂閱的主題。訂閱者向服務(wù)器發(fā)送訂閱主題請(qǐng)求，請(qǐng)求中包含要訂閱的主題列表。服務(wù)器收到訂閱主題請(qǐng)求后，將訂閱者加入到相應(yīng)主題的訂閱列表中，并向訂閱者發(fā)送訂閱確認(rèn)消息。（通過示意圖和動(dòng)畫演示，詳細(xì)講解訂閱主題的過程，讓學(xué)生了解訂閱者的操作。）（4）接收消息師：訂閱者在訂閱了特定的主題后，就可以接收發(fā)布者發(fā)布到該主題上的消息。接收消息的過程包括以下幾個(gè)步驟：服務(wù)器將發(fā)布者發(fā)布的消息轉(zhuǎn)發(fā)給訂閱了相應(yīng)主題的訂閱者。訂閱者收到消息后，對(duì)消息進(jìn)行處理。（通過示意圖和動(dòng)畫演示，詳細(xì)講解接收消息的過程，讓學(xué)生了解訂閱者如何接收消息。）3.MQTT的服務(wù)質(zhì)量（QoS）級(jí)別師：MQTT協(xié)議提供了三種不同的服務(wù)質(zhì)量級(jí)別，分別是最多一次（Atmostonce）、至少一次（Atleastonce）和恰好一次（Exactlyonce）。最多一次（QoS0）：在這種服務(wù)質(zhì)量級(jí)別下，消息的發(fā)送是不可靠的。發(fā)布者將消息發(fā)送到服務(wù)器后，不會(huì)等待服務(wù)器的確認(rèn)消息。因此，消息可能會(huì)丟失或重復(fù)發(fā)送。這種服務(wù)質(zhì)量級(jí)別適用于對(duì)消息可靠性要求不高的場(chǎng)景，如環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。至少一次（QoS1）：在這種服務(wù)質(zhì)量級(jí)別下，消息的發(fā)送是可靠的。發(fā)布者將消息發(fā)送到服務(wù)器后，會(huì)等待服務(wù)器的確認(rèn)消息。如果服務(wù)器沒有收到消息，發(fā)布者會(huì)重新發(fā)送消息，直到收到服務(wù)器的確認(rèn)消息為止。因此，消息可能會(huì)重復(fù)發(fā)送，但不會(huì)丟失。這種服務(wù)質(zhì)量級(jí)別適用于對(duì)消息可靠性要求較高的場(chǎng)景，如工業(yè)自動(dòng)化中的控制命令傳輸。恰好一次（QoS2）：在這種服務(wù)質(zhì)量級(jí)別下，消息的發(fā)送是最可靠的。發(fā)布者將消息發(fā)送到服務(wù)器后，會(huì)與服務(wù)器進(jìn)行兩次握手，確保消息只被發(fā)送一次且被正確接收。這種服務(wù)質(zhì)量級(jí)別適用于對(duì)消息可靠性要求非常高的場(chǎng)景，如金融交易數(shù)據(jù)的傳輸。（通過示意圖和文字介紹，詳細(xì)講解MQTT的服務(wù)質(zhì)量級(jí)別，讓學(xué)生了解不同服務(wù)質(zhì)量級(jí)別之間的差異和適用場(chǎng)景。）4.利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能（1）選擇物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)師：目前，市面上有很多物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)可供選擇，如阿里云IoT、騰訊云IoT、百度云IoT等。這些平臺(tái)都提供了MQTT協(xié)議的支持，可以方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。在選擇物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)因素：功能和性能：選擇一個(gè)功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，可以保證設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托省Ｒ子眯裕哼x擇一個(gè)易于使用的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，可以降低開發(fā)難度和成本。安全性：選擇一個(gè)安全可靠的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，可以保護(hù)設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。成本：選擇一個(gè)成本合理的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，可以降低項(xiàng)目的總體成本。（通過對(duì)不同物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的介紹和比較，讓學(xué)生了解如何選擇適合自己的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)。）（2）注冊(cè)和登錄物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)師：選擇好物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)后，需要注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)并登錄平臺(tái)。注冊(cè)賬號(hào)的過程通常比較簡(jiǎn)單，只需要提供一些基本的信息，如用戶名、密碼、郵箱等。登錄平臺(tái)后，可以進(jìn)入平臺(tái)的控制臺(tái)，進(jìn)行設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理、規(guī)則引擎等操作。（通過實(shí)際操作演示，讓學(xué)生了解如何注冊(cè)和登錄物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)。）（3）創(chuàng)建主題和訂閱主題師：在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)上，可以創(chuàng)建主題和訂閱主題。創(chuàng)建主題的過程通常比較簡(jiǎn)單，只需要指定主題的名稱和描述即可。訂閱主題的過程也比較簡(jiǎn)單，只需要選擇要訂閱的主題，并指定訂閱者的標(biāo)識(shí)和訂閱方式即可。（通過實(shí)際操作演示，讓學(xué)生了解如何在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)上創(chuàng)建主題和訂閱主題。）（4）測(cè)試訂閱功能師：創(chuàng)建主題和訂閱主題后，可以進(jìn)行測(cè)試訂閱功能。測(cè)試的方法可以是使用一個(gè)發(fā)布者設(shè)備發(fā)布消息到特定的主題上，然后觀察訂閱者設(shè)備是否能夠接收到這些消息。如果訂閱者設(shè)備能夠接收到消息，說明訂閱功能正常。如果訂閱者設(shè)備不能接收到消息，需要檢查發(fā)布者和訂閱者的配置是否正確，以及網(wǎng)絡(luò)連接是否正常。（通過實(shí)際操作演示，讓學(xué)生了解如何測(cè)試訂閱功能。）（三）鞏固練習(xí)1.MQTT知識(shí)問答（1）將學(xué)生分成若干小組，每個(gè)小組推選一名代表。（2）教師準(zhǔn)備一些與MQTT通信機(jī)制相關(guān)的問題，如MQTT的發(fā)布/訂閱模式是怎樣的、MQTT的服務(wù)質(zhì)量級(jí)別有哪些、如何在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)上創(chuàng)建主題等。（3）每個(gè)小組的代表依次回答問題，答對(duì)一題得一分，答錯(cuò)一題扣一分。（4）最后得分最高的小組獲勝，教師給予獎(jiǎng)勵(lì)。（通過知識(shí)問答的方式，鞏固學(xué)生對(duì)MQTT通信機(jī)制的掌握，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。）2.MQTT訂閱功能實(shí)驗(yàn)（1）教師提供一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備模擬軟件，如虛擬傳感器、虛擬顯示器等。（2）學(xué)生分成小組，進(jìn)行MQTT訂閱功能實(shí)驗(yàn)。每個(gè)小組的任務(wù)是選擇一種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備模擬軟件，使用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能，并將接收到的消息顯示在模擬設(shè)備上。（3）學(xué)生在小組內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和記錄，完成任務(wù)后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（4）教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題和解決方法。（通過實(shí)驗(yàn)的方式，讓學(xué)生親身體驗(yàn)MQTT訂閱功能的實(shí)現(xiàn)過程，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和問題解決能力。）3.MQTT應(yīng)用創(chuàng)意設(shè)計(jì)（1）教師提出一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，如設(shè)計(jì)一個(gè)基于MQTT協(xié)議的智能家居系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)等。（2）學(xué)生分成小組，進(jìn)行MQTT應(yīng)用創(chuàng)意設(shè)計(jì)。每個(gè)小組可以根據(jù)自己的興趣和特長(zhǎng)，選擇不同的設(shè)計(jì)方向，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、安全防范等。（3）學(xué)生在小組內(nèi)進(jìn)行討論和設(shè)計(jì)，繪制系統(tǒng)架構(gòu)圖，撰寫設(shè)計(jì)說明。（4）每個(gè)小組推選一名代表進(jìn)行展示，介紹自己小組的設(shè)計(jì)方案。（5）其他小組的學(xué)生對(duì)展示的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出優(yōu)點(diǎn)和不足之處。（6）教師對(duì)每個(gè)小組的方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，評(píng)選出最佳設(shè)計(jì)方案。（通過創(chuàng)意設(shè)計(jì)的方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，讓學(xué)生將所學(xué)的MQTT知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中。）（四）課堂小結(jié)師：同學(xué)們，今天我們一起學(xué)習(xí)了MQTT的通信機(jī)制和利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能的方法。通過學(xué)習(xí)，我們了解了MQTT協(xié)議的定義、特點(diǎn)、基本架構(gòu)和通信過程，掌握了發(fā)布者、訂閱者和服務(wù)器之間的關(guān)系，以及如何在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)上創(chuàng)建主題和訂閱主題。希望同學(xué)們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和生活中，能夠關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，積極探索MQTT協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。（五）作業(yè)布置1.查閱資料，了解更多關(guān)于MQTT協(xié)議的應(yīng)用案例，并選擇一個(gè)自己感興趣的案例進(jìn)行分析，寫一篇短文。2.思考如何利用MQTT協(xié)議解決生活中的實(shí)際問題，提出一個(gè)創(chuàng)意方案，并撰寫方案說明。七、板書設(shè)計(jì)1.MQTT通信機(jī)制簡(jiǎn)介（定義、特點(diǎn)、架構(gòu)）2.通信過程（連接建立、發(fā)布消息、訂閱主題、接收消息）3.服務(wù)質(zhì)量級(jí)別4.訂閱功能實(shí)踐要點(diǎn)八、課后反思在本節(jié)課的教學(xué)中，通過多種教學(xué)方法的運(yùn)用，如講解、演示、實(shí)踐操作、小組討論等，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度。在新課講解環(huán)節(jié)，對(duì)MQTT的通信機(jī)制和利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能的方法進(jìn)行了詳細(xì)的講解，使學(xué)生對(duì)MQTT協(xié)議有了較為全面的認(rèn)識(shí)。在鞏固練習(xí)環(huán)節(jié)，通過知識(shí)問答、實(shí)驗(yàn)操作和創(chuàng)意設(shè)計(jì)等活動(dòng)，鞏固了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握，提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新思維能力。然而，在教學(xué)過程中也存在一些不足之處。例如，在講解MQTT的服務(wù)質(zhì)量級(jí)別時(shí)，由于這部分內(nèi)容