资源简介

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八年级信息技术义务教育版教学设计
课题 课门铃通知即时到 单元 第三单元 学科 信息技术 年级 八年级
学习目标 1.理解门铃远程通知的工作过程，明确数据在物联系统中的采集（门铃按键状态）、传输（通过网络和MQTT服务器）和反馈（在用户终端显示通知）流程，掌握物联系统中反馈的概念和作用。2.学会使用物联网服务平台（MQTT服务器）存储和传输数据，能够熟练搭建本地MQTT服务器，掌握在服务器上设置主题、实现发布与订阅功能的方法，以及利用MQTT协议实现门铃远程通知功能的编程操作。3.掌握门铃远程通知功能的模块组成（输入、计算、输出模块），理解各模块的硬件构成和功能实现，能够根据功能需求设计和编写相应的程序代码，实现门铃状态数据的采集、传输和通知显示。
重点 1.门铃远程通知的工作过程和功能实现，使学生深入理解物联系统中反馈机制的应用，这是掌握智能家居物联网应用的关键。2.利用物联网服务平台（MQTT服务器）实现门铃远程通知功能的实践操作，包括搭建本地MQTT服务器、设置主题、编写发布和订阅程序代码以及硬件连接（主控板、按键传感器等），确保学生能够成功模拟门铃远程通知过程，体验物联系统的实际运行。3.门铃远程通知功能的模块组成及各模块功能，让学生清晰把握系统的架构，为进一步学习和设计更复杂的物联系统奠定基础。
难点 1.深入理解物联系统中反馈机制的原理，特别是数据如何在各层之间传递和触发相应动作，涉及到多设备、多环节的协同工作，学生理解起来可能有难度。2.在实践操作中，正确搭建本地MQTT服务器并进行复杂的配置（如获取服务器地址、端口号、用户名和密码等），以及确保发布和订阅程序的正确性和稳定性，需要学生具备一定的网络知识、编程能力和调试经验，对学生来说可能是一个挑战。3.理解如何根据不同的通知方式（如蜂鸣器、RGB灯等）选择合适的执行器并修改程序代码实现多样化通知，需要学生综合运用硬件知识和编程技巧，对学生的创新能力和知识迁移能力提出了较高要求。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 展示问题情境中传统门铃和物联门锁门铃的对比，提问学生物联门锁要实现远程通知应如何连接，引发学生思考，引出本节课的主题——门铃远程通知功能的实现，激发学生的学习兴趣，让学生明确本节课将深入探究物联网技术在门铃系统中的应用及反馈机制。 倾听老师引入相关问题 激发学生的学习兴趣，让从问题中进行思考，从而引出本节课的学习内容
讲授新课 一、认识物联系统中的反馈1.讲解物联系统中反馈的概念，即针对现实世界采取行动的过程，可用于反馈的设备称为输出设备，以门铃远程通知为例，让学生理解反馈是系统实现交互和智能控制的重要环节。2.组织学生分组讨论“门铃按、通知到”的工作过程，引导学生从感知层（门铃按下，按键传感器采集状态数据）、网络层（通过网络将数据发布至主题，如利用MQTT协议）、应用层（用户终端从主题接收数据并显示通知）三个层面进行分析，每个小组推选一名代表发言，分享小组讨论结果，教师进行总结和补充，确保学生理解门铃远程通知的完整工作流程，培养学生的逻辑思维和团队协作能力。3.强调远程通知使用MQTT协议的优势（如轻量级、可靠、适用于低带宽和不稳定网络环境等），以及门铃按下作为触发条件的重要性，让学生明白系统各部分之间的协同工作原理。二、分析门铃远程通知功能1.介绍门铃远程通知功能由输入、计算、输出三个模块组成，通过表格形式详细讲解各模块的硬件构成和功能：输入模块：硬件：主控板和按键传感器。功能：按键传感器检测门铃按下状态，将状态数据传输给主控板，主控板负责将数据发布至MQTT服务器相应主题，实现数据的采集和初步处理。计算模块：硬件：具备移动热点功能的计算机（用于搭建本地MQTT服务器）。功能：搭建MQTT服务器，设置主题，实现数据的存储、管理和分发，同时处理发布与订阅请求，确保数据在系统中的准确传输和交互。输出模块：硬件：主控板（在用户端）。功能：订阅MQTT服务器相应主题，当接收到数据后，以通知形式提醒用户，如在显示屏上显示“有人按门铃”。2.实践操作环节：分解模块，设计算法：教师引导学生根据功能模块分析，设计门铃远程通知功能的实现算法，包括门铃端（输入模块）如何采集按键状态数据并发布主题消息，用户端（输出模块）如何订阅主题消息并显示通知，以及计算模块（物联网服务平台）如何搭建本地MQTT服务器，让学生明确各部分的任务和逻辑关系，培养学生的系统设计能力。搭建实验环境，模拟实现功能：连接无线网络：确保实验设备能够正常连接网络，教师指导学生进行网络连接设置，检查网络连接是否成功，避免因网络问题影响后续实验。搭建本地MQTT服务器：教师演示使用具备移动热点功能的计算机搭建本地MQTT服务器的过程，包括安装相关软件、进行配置（如设置服务器地址、端口号、用户名和密码等），强调服务器配置的关键参数和注意事项，让学生了解服务器搭建的基本步骤。学生分组在计算机上搭建本地MQTT服务器，记录服务器的相关信息（地址、端口、用户名和密码），教师巡视各小组，及时帮助学生解决遇到的问题（如软件安装失败、配置错误等），确保每个小组都能成功搭建服务器，培养学生的服务器操作能力。门铃端功能实现：教师讲解门铃端（输入模块）的硬件连接方法，即按键传感器与主控板的连接（如将按键传感器连接到主控板的特定引脚），展示连接示意图，让学生清晰了解硬件连接方式。教师展示门铃端实现数据发布的主要代码，逐行解释代码含义，如初始化按键传感器、检测按键状态、当按键按下时向MQTT服务器主题发布消息（“有人按门铃”），并设置延迟时间防止重复发送，让学生理解代码如何实现数据采集和发布，培养学生的编程思维。学生根据教师讲解进行硬件连接和程序编写，将编写好的程序烧录到门铃端主控板中，教师检查学生硬件连接和程序代码，确保无误后进行下一步操作，培养学生的动手实践能力。用户端功能实现：教师讲解用户端（输出模块）的硬件连接（主控板用于显示通知）和程序编写思路，即订阅MQTT服务器主题，当接收到消息时在主控板显示屏上显示通知内容，展示订阅主题和显示通知的代码示例，让学生理解用户端如何接收和处理数据。学生编写用户端程序，连接主控板，将程序烧录到主控板中，教师巡视指导，帮助学生解决程序编写和硬件连接中遇到的问题（如订阅失败、显示异常等），确保用户端能够正确接收通知并显示，培养学生的编程和调试能力。小组合作，完善代码，运行验证功能：学生分组进行整体功能的调试和完善，确保门铃端能够准确采集按键状态数据并发布，MQTT服务器正常工作，用户端能够及时接收到通知并显示，教师引导学生在调试过程中观察系统各部分的运行状态，分析可能出现的问题并进行排查，培养学生的问题解决能力和团队协作能力。各小组进行功能验证，模拟按下门铃按键，观察用户端是否能正确收到通知，若出现问题，小组内共同分析原因并解决，教师巡视各小组，对普遍问题进行集中讲解和指导，确保每个小组都能成功实现门铃远程通知功能，让学生体验到物联系统的实际运行效果，增强学生的实践成就感。 深入了解物联系统中的反馈的相关知识 通过几个学习活动让学习开始掌握本节课的重点及难点
课堂练习 提出问题：“在模拟门铃远程通知功能的过程中，你遇到了哪些困难？如何解决的？你认为门铃远程通知系统还可以在哪些方面进行改进？”组织学生分组讨论，鼓励学生分享实践中的经验和问题，如服务器搭建失败的解决方法、程序逻辑错误的调试经验等，引导学生思考如何提高门铃远程通知系统的稳定性（如优化服务器配置、增强网络连接稳定性）、可靠性（如增加数据校验机制）和功能扩展性，培养学生的问题解决能力和创新思维。每个小组推选一名代表发言，分享小组讨论结果，其他小组可以进行补充和提问，教师进行总结和点评，强调在物联系统设计中不断优化和创新的重要性，鼓励学生在今后的学习和实践中注重系统的性能提升和功能拓展。 提出相关问题，学生之间进行讨论与思考，进一步扩展所学知识 进一步拓展本节课的学习知识
课堂小结 1.与学生一起回顾本节课的重点内容，包括物联系统中反馈的概念、门铃远程通知的工作过程（感知-网络-应用层的数据流程）、功能模块组成（输入、计算、输出模块及功能）以及利用物联网服务平台实现门铃远程通知功能的实践操作要点，强调反馈机制在物联系统中的重要作用和MQTT协议在远程通知中的应用优势。2.提问学生：“通过本节课的学习，你对门铃远程通知功能的实现有了哪些新的认识？在生活中你还能想到哪些类似的物联网反馈应用场景？”引导学生总结自己的学习收获，加深对知识的理解和应用能力，同时培养学生对物联网技术在生活中应用的观察力。 引导学生总结自己本节课的学习收获 对本节课的学习进行总结
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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