资源简介

3.2 制作班级留言板—— 物联网通信协议
教学设计
一、教学内容
本项目在学生对物联网中常见通信技术有所了解的基础上，进一步深化其对MQTT协议工作机制的理解与应用。本项目以如何制作一块班级智慧留言板为目标，开展项目活动。让学生在亲身参与制作智慧留言板的过程中，直观感受物联网技术的实际应用，不仅提升其创新思维，更锻炼其实践动手能力。希望学生能通过本课将所学的物联网知识转化为解决学习和生活中实际问题的能力，实现学以致用的教育目标。
二、教学基础
本节课的授课对象是八年级学生，他们好奇心强，具备一定的观察能力、分析能力和自主探究学习能力，他们对生活中的真实情境充满兴趣，愿意从实际问题出发进行学习和探究。通过前面的学习，他们了解了物联网传输常见的通信技术，并知道不同场景下使用哪种传输技术合适，但对物联网中数据传输的过程、原理还不甚了解。
本课通过设计并实现班级智慧留言板的实验，让学生理解物联网通信协议的工作机制，提高他们的技术应用能力和创新思维。
三、问题梳理
1.什么是物联网通信协议？
2.如何描述MQTT协议的工作过程？
3.MQTT协议与HTTP协议的区别是什么？
4.如何实现班级留言板发送留言与公告的功能？
四、教学目标与重难点
1．教学目标
素养目标
了解常用的物联网通信协议及其特点，进一步理解MQTT协议及其应用。
项目目标
搭建班级智慧留言板，实现留言功能，解决家校沟通问题。
2．教学重点和难点
（1）教学重点
认识常用的物联网通信协议；掌握物联网通信技术与通信协议的区别。
（2）教学难点
理解MQTT协议的工作过程。
五、教学策略
本项目利用物联网技术制作智慧班级留言板。教师从中引导学生逐步交流、了解项目中使用的物联网通信协议及其特点。制作班级智慧留言板时，首先基于真实情境的需求，总结项目目标，教师给学生提供学习活动支架，组织学生以小组合作的方式参与项目活动，学生在完成项目活动的过程中，建立物联网通信协议的知识体系，并使用获得的知识去解决项目活动所遇到的问题，在教学过程中，教师还要有针对性的方法指导，并提供相应的资源支撑。
六、环境与资源
本项目教学活动，教师需准备如下表所示的实验器材，制作班级智慧留言板，准备好编程软件mPython，编程实现留言板的留言和公告功能。
七、教学评价
通过制作智慧班级留言板实现留言功能，从中认识常用的物联网协议及其特点，理解MQTT协议的工作过程。课堂中以小组为单位展开学习活动，教师提供学习支架突破重难点。通过过程性评价与总结性评价两个方面助力学生对学习情况进行评价。
维度 评价指标 自我评价
过程性评价 能积极参与小组活动，主动参与合作任务。在小组中，能积极发表自己的一些看法或听取同伴发言。 ☆☆☆☆☆
能独立思考和解决问题，并和其他学生合作按时准确的完成项目任务。 ☆☆☆☆☆
总结性评价 能够完成本次项目，通过编程实现留言板留言和公告功能。 ☆☆☆☆☆
能够结合常用的物联网协议特点，选择合适的物联网协议完成项目。 ☆☆☆☆☆
能提交项目成果，程序演示正确，代码模块逻辑结构清晰、合理，有详细的小组作品展示交流提纲。 ☆☆☆☆☆
八、教学过程
学习环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目情境 明确目标 项目情境 明确目标 为了保护学生视力，让学生在学校专心学习，防止沉迷网络和游戏，促进学生身心健康发展。学校对学生带入学校的电子产品进行统一保管。所以，班主任、教师和家长如果有留言和通知，只能委托他人或自己现场到班级传达，从而缺乏有效的沟通机制，家长和教师无法及时了解学生的情况和需求。因此，在物联网技术的支持下，想制作一块班级智慧留言板，远程进行信息发布，促进家校沟通，解决同学们和家长的沟通难题。 学习过程：学生思考、讨论，聚焦情境问题。思考并明确本活动的学习目标，即利用物联网技术制作班级智慧留言板，远程进行信息发布。 创设情境，引导学生思考问题，引入课题“制作班级智慧留言板”，让学生明确项目目标。 引入情境问题，激发学生的学习兴趣。 引导学生思考教师提出问题，项目准备活动做铺垫。
规划设计确定方案 1.梳理原理知识 旧知回顾：物联网中通信技术，如5G、蓝牙、WiFi等为数据的传输提供了道路。数据就像汽车一样在公路上行驶。 思考问题：汽车能否在公路上随意行驶？ 得出结论：如同汽车在公路行驶需要遵守交通规则，数据想要有效的实现传输也必须要规则——通信协议。 思考讨论：七年级学习了互联网HTT[P超文本协议，在本次项目中是否适用？你认为哪种通信协议适用？ 得出结论：在本次项目中MQTT协议更符合传输规则。 2.准备项目器材 思考问题： MQTT协议是一种常用的物联网通信协议，其主要负责留言板中各设备之间通过互联网进行的数据传输工作，在图中选一选，完善留言板的数据传输过程。 学习过程：参看“素养提升内容”，理解MQTT协议的工作机制、思考并完成图中选择，自主探究操作，独立完成任务。 学生活动：根据上图整理本项目所需器材，并明确每种器材的作用。 3.规划制作方案 提出任务：结合前面的分析内容，依据前面选择的实验器材，讨论实施方案，制定方案内容。 （1）组建留言板实验网络环境 （2）_____________________ （3）调试班级智慧留言板功能 学习过程：思考教师提出问题，小组合作制定实施方案。 提出问题，引导学生完成活动任务，并对回答的问题答案进行评价， 给予积极的反馈和建议 提出问题，对学生完成的活动任务给予实时评价。 在学生完成任务的过程中，巡视辅导，完成任务后，请学生上台演示规划方案并说明原因。 在教师讲解和学习课件的指引下了解实现有效传输的条件——遵循通信协议。 自主探究，小组讨论并思考班级留言板的设备组成，为制作班级留言板做铺垫。 小组讨论，思考教师提出问题，梳理留言板数据传输过程，教师要充分相信学生的能力，让学生独立完成任务，培养学生的自主学习能力。
制定方案， 培养学生的自主探究学习和小组合作的能力。
项目实施 解决问题 活动1：组建留言板实验网络环境 根据准备阶段的规划，连接实验设备，部署网络环境，并启动MQTT服务器。 学习过程： （1）将计算机连接路由器，组件实验所需的网络环境。 （2）利用微课，自主学习，打开编程软件，尝试在MQTT服务器中添加主题名称，启动服务器。完成物联网系统搭建任务。 活动小结：“主题”是MQTT协议中的重要概念，发送端与接收端必须订阅 主题才可以实现信息交互。本次实验中小组设置的主题为： 。 不同 ②同一 活动2：编程实现留言和公告功能 通过编写程序，给班级留言板的添加留言功能。 编写发送留言功能代码：根据对原理知识的理解，修改源代码，实现发送留言功能。 学习过程：自主学习，填写图中代码含义，思考并回答教师提出的问题，通过编程实现发送信息的功能。 编写显示留言功能程序：让学生编写代码实现显示留言功能，阅读图中模块化程序，并思考如下问题。 学习过程：阅读模块化程序，思考并积极回答教师提出的问题，小组合作，通过编程实现显示留言的功能。 活动3：调试班级智慧留言板功能 提出问题：结合问题引发学生思考。 （1）运行程序，测试班级留言板，查看留言显示屏能否接收到留言信息。 （2）运行测试步骤，如果发现无法启动MQTT服务器，其原因是什么，如何解决此问题。 （3）按照测试步骤测试班级留言板，如果发现留言显示屏接收不到留言信息，如何解决 学习过程：小组合作交流解决方法，测试留言板功能，记录实验数据，思考并回答教师提出的问题。 组织学生小组合作，可以提供搭建实验环境的微课，让学生自主学习。（统一搭建服务器供学生使用） 组织学生合作编写留言设备相应的功能程序，帮助学生理解代码模块含义。 组织学生合作编写留留言显示屏相应的功能程序，让学生思考图中提出的问题。 组织学生小组合作，根据测试过程中遇到的问题，合作交流解决方法，并回答教师提出的问题。 让学生自主学习本知识点，按照要求，组建留言板实验的网络环境，培养学生的自主学习能力。学生自主学习的能力和协作意识。 让学生编程实现发送留言功能，培养他们的创新意识和自主学习能力。 让学生编程实现显示留言板能，在编程时可以让能力强的学生充当“小老师“，帮助其他基础薄弱的学生，共同进步。 通过测试程序，记录数据，验证结果等实验环节，培养学生的观察能力以及科学探究能力。
展示汇报 项目评价 展示成果 展示交流项目成果，简要描述MQTT协议的工作机制。 学习过程： 小组合作，分组汇报本组的项目成果，并描述MQTT协议的工作过程。 总结评价 总结本节课所学知识，填写评价量表。 学习过程：学生自主学习，完成评价量表的填写。 项目实施完成后，请学生展示制作成果，并简要描述留言信息是如何通过MQTT协议进行传输通信的。 教师对本节课的学习情况与项目完成情况进行综合评价，学生填写学生项目手册中评价量规表。 通过交流与展示，提高学生的创新能力和语言表达能力。 通过互评、师评和自评，培养学生分析问题、解决问题的能力。
总结反思 拓展提升 项目总结 思考问题：请完成项目的学生依据本节课所学的内容，在下面的结论中填一填常用的物联网通信协议的特点。 学习过程：学生思考、讨论，和老师共同总结本节课所学知识点，填写结论中的内容。 作业设计 （1）基础性试题 你还能为自己设计的班级留言板添加哪些功能，如何实现呢？ （2）综合性试题 根据你所学的内容，设计并制作一个“天气播报小助手”，每隔一段时间将当前所在城市的天气情况发送到服务平台上，便于用户设备可以随时查询。 学习过程：学生自主学习，课堂中或课后完成作业。 对课堂所学知识点进行归纳总结，比较常用的物联网通信协议的特点，填写结论中的内容。 组织不同层次的学生完成作业，让所有学生完成基础性试题，让学有余力的学生完成综合性试题 帮助学生总结梳理知识结构、突破重难点问题。 留有作业，帮助学生巩固所学知识，拓展提升。通过分层教学，让不同层次的学生都能有所提升。
九、学习反思
通过整个项目的学习发现，学生对于课程内容兴趣浓厚。在项目准备环节中，他们能够合作讨论教师提出问题，共同制定项目实施方案，展现了自主探究和团队合作的能力；在项目实施环节，他们积极参与讨论并提出了许多创意和想法，合作完成项目内容，达成项目目标；在项目展示环节，学生们能够清晰地表达自己的创意和想法，并接受评价和建议，优化自己的学习成果。当然教学过程中也有一些不足之处，需要改进。在教学过程中，只注重了终结性评价，对学生的过程性评价有欠缺，只有通过多重评价才能更全面地了解学生的学习表现和发展情况，为他们提供更有效的学习支持和指导；在展示评价环节，由于时间有限，没有针对一些具有共性的问题进行详细的点评和讨论，在这个环节，如果可以对一些具有代表性的问题进行分析和评价，则可以更好地帮助学生理解本课的知识内容，改进自己的学习成果。

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