资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
八级上册信息技术教学设计
课题 第2节《物联网平台与协议》第2课时 单元 三单元 学科 信息技术 年级 八年级
学习目标 【核心素养】信息意识：能识别物联网通信协议的核心作用，明确不同协议的应用场景差异，感知协议对数据传输的关键价值。计算思维：能梳理MQTT协议的订阅/发布逻辑，理解“主题-发布方-订阅方”的互动机制，能用流程化思维分析通信过程。数字化学习与创新：通过查阅资料、小组协作完成协议应用探究，借助物联网云平台实践主题创建，提升信息搜集与动手操作能力。信息社会责任：在协议应用与平台操作中，强化设备通信的规范性意识，理解技术规则对物联网安全的保障作用。【教学目标】知识与技能：1.知识目标：知道物联网通信协议的定义，了解ZigBee、LoRaWAN、MQTT三大协议的特点与应用场景，掌握MQTT协议的核心角色、通信流程及主题设计方法。2.能力目标：能根据场景选择合适的通信协议，能设计智能消防系统的MQTT主题及角色分配，能独立完成物联网云平台的主题创建操作。3.情感目标：感受通信协议的“规则之美”，激发对物联网技术细节的探索兴趣，培养规范使用技术工具的习惯。过程与方法：通过情境类比导入，结合生活案例拆解协议特点，用“角色扮演”突破MQTT核心逻辑，借助探究活动与实践操作巩固知识，以小组分享深化理解。情感、态度与价值观：拓展学生知识面，提高学生生活实践应用能力和信息素养，使学生乐于使用信息技术解决生活中的问题。培养学生的计算机思维和自主探究、小组合作能力。培养孩子们的动手操作能力。体会“无规则不通信”的技术逻辑，培养严谨的技术思维，认识我国物联网+AI技术的发展成就，增强科技自信。
重点 1.三大物联网通信协议的特点与典型应用场景。2.MQTT协议的核心角色（发布方、订阅方、代理）与四步通信流程。
难点 理解MQTT协议“订阅/发布”的异步通信机制，能结合实际场景设计合理的主题及角色分配。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
教学设计教学设计教学设计 一、新课导入1、情景展示同学们，上节课咱们搞定了物联网的“云端大管家”——云平台，知道了设备能在云端“报到”、数据能在云端“安家”。但新的问题来了，就像博士爷爷和欢欢疑惑的那样：“有了通信技术和云平台这座‘桥梁’，物与物之间到底怎么说话呀？”咱们打个比方：传感器“侦察兵”发现火情，想给手机APP“指挥官”发消息，可它们一个说“机器语”，一个说“APP语”，要是没有统一的“翻译规则”，消息发过去就是一堆乱码，指挥官根本看不懂！这时候就需要咱们今天的主角——物联网通信协议登场！它们就像物与物之间的“通信普通话”“快递规则”，没有它们，再厉害的云平台也只能“看着设备干着急”！今天咱们就来解锁这些“通信规则”，重点搞定最常用的MQTT协议，还要亲手给智能消防系统设计通信方案！生：（自由发言，猜测协议的作用）2、揭示课题大家猜得都很准！通信协议就是设备之间的“约定”——比如怎么发消息、发多大的消息、消息怎么加密。今天咱们先认识三个“协议小伙伴”：ZigBee、LoRaWAN、MQTT，然后重点和MQTT“深交”，最后还要动手实践，给智能消防系统设计通信主题，是不是很有挑战性？咱们现在就出发！（板书课题）二、新知学习（一）物联网通信协议：物与物的“通信约定”首先明确定义：物联网通信协议是物与物之间通信的一套规则，就像咱们说话要遵循语法、写信要遵循格式一样，设备通信也得按规矩来，不然就会“鸡同鸭讲”。教材里给咱们介绍了三个常用协议，它们就像三种不同的“通信工具”，各有擅长的领域，咱们一个个认识：1.ZigBee协议：“家庭小信使”ZigBee协议的传输距离不算远，只有数十到数百米，但是它特别适合“组队干活”——能组建大规模的传感器网络，而且功耗低，设备电池能用好几年！就像家庭里的“小信使”，不用跑远路，但能在各个房间之间穿梭，把灯光、窗帘、空调这些设备的消息互相传递。所以它常用于家庭自动化系统，比如智能窗帘和灯光联动、卧室传感器和空调通信，还能用于小型传感器网络，比如商场的环境监测系统。2.LoRaWAN协议：“远程通信高手”和ZigBee相反，LoRaWAN协议是“远程通信高手”——传输距离能达到数千米，理想条件下甚至能到十几公里！而且它功耗也很低，特别适合“远距离、少数据”的场景。比如智慧农业里，蔬菜大棚在郊区，传感器要把土壤湿度数据传到城里的监控中心，距离好几公里，这时候LoRaWAN就能派上用场；还有智慧城市的路灯监控、偏远地区的环境监测，都是它的“拿手好戏”。简单说，ZigBee管“家里事”，LoRaWAN管“远方事”！3.MQTT协议：“百搭通信专家”前两个协议各有专攻，而MQTT协议是“百搭款”，应用最广泛！它有三个超厉害的优点：低带宽（消息体积小，像短信一样省流量）、异步通信（不用等对方回复就能发消息）、使用简单。更特别的是，它采用了“订阅/发布”模式，就像咱们订阅报纸一样——你订阅了“体育报”，报社就会定期给你送；你没订阅，就收不到。这种模式让设备通信更灵活，不管多少设备，只要订阅了同一个“主题”，就能收到相关消息。（二）MQTT协议深解析：“订阅/发布”的魔法MQTT协议是今天的重点，咱们用“角色扮演”把它搞懂！首先认识三个核心角色：1.三大角色：发布方、订阅方、MQTT代理发布方就是“发消息的人”，比如温度传感器采集到数据，它把数据发出去，就是发布方；订阅方就是“收消息的人”，比如手机APP要接收温度数据，它就是订阅方；MQTT代理就是“快递中转站”，其实就是咱们上节课学的物联网云平台！它的作用是接收发布方的消息，再转发给所有订阅了该主题的订阅方，相当于“快递员”+“仓库管理员”。1.四步通信流程：像寄快递一样简单MQTT的通信过程就四步，咱们结合智慧农业的例子拆解，保证一看就懂：①建主题：在云平台建立“温度”“土壤湿度”这样的“快递分类箱”，每个主题对应一种类型的消息；②订主题：订阅方（比如农民的手机APP、大棚的通风设备）告诉云平台：“我要订阅‘温度’主题，有相关消息记得发给我！”；③发消息：发布方（温度传感器）采集到28℃的数据，把数据“放进”云平台的“温度”主题里；④转消息：云平台看到“温度”主题有新消息，就把消息转发给所有订阅了这个主题的订阅方——手机APP收到数据，通风设备如果设定“温度超30℃自动启动”，也会收到指令。大家发现没？发布方和订阅方根本不用直接联系，全靠云平台这个“中转站”和“主题”这个“中介”！就像你订阅了杂志，不用直接找杂志社，杂志社把杂志交给快递员，快递员再送给你，效率超高！而且一个设备既能当发布方又能当订阅方——比如智能音箱，它向云平台发“播放音乐”的指令，是发布方；它接收云平台的音乐数据，就是订阅方。（三）探究活动3：协议应用场景大配对现在大家认识了三个协议小伙伴，它们的特点和应用场景各有不同。请大家小组合作，用手机查阅资料，补充完善下表，看看不同场景该选哪个协议，进一步感受它们的特点。给大家5分钟时间，等会儿请小组代表分享你们的“配对成果”！生：（小组合作查阅资料，填写表格，教师巡视指导，提醒结合传输距离、功耗、应用场景匹配）时间到！哪个小组先来分享？（邀请1-2个小组发言）比如家庭智能灯光控制系统选ZigBee，因为传输距离近、适合多设备联动；郊区大棚监测选LoRaWAN，因为距离远、功耗低；智能家居APP控制空调选MQTT，因为低带宽、使用简单，适合手机和设备通信。大家配对得都很准确！这说明大家已经掌握了三个协议的核心特点，接下来咱们就聚焦MQTT，解决实际问题！四、拓展延伸与实践活动（8分钟）（一）思考活动：智能消防系统的MQTT主题设计教材给咱们布置了一个超实用的任务：用MQTT协议实现智能消防系统的远程报警，需要设计主题、确定发布方和订阅方。大家想想，智能消防系统里有温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器，还有手机APP、喷淋设备、报警喇叭，该建立哪些主题呢？每个主题的发布方和订阅方是谁？比如“烟雾浓度”这个主题，发布方肯定是烟雾传感器，订阅方就是手机APP和报警喇叭，对不对？现在请小组讨论，填写下面的表格，至少设计2个主题，给大家3分钟时间！生：（小组讨论填写表格，教师巡视引导，比如提醒“火焰检测”“报警指令”等主题）时间到！请小组代表分享你们的设计方案！（邀请2个小组发言）比如有的小组设计了“烟雾浓度异常”主题，发布方是烟雾传感器，订阅方是手机APP、报警喇叭、喷淋设备；还有“火焰检测”主题，发布方是火焰传感器，订阅方是手机APP和安保室电脑。这些设计都很合理！主题设计的关键是“精准分类”，让订阅方只接收自己需要的消息，避免“信息轰炸”。（二）实践活动：云平台主题创建现在咱们要动手实践啦！请大家登录老师推荐的物联网云平台（比如阿里云物联网平台学生版、腾讯云IoTExplorer），按照你们设计的主题，在平台上创建对应的主题。操作步骤很简单：①登录平台后找到“主题管理”；②点击“创建主题”，输入你们设计的主题名称（比如“消防/烟雾浓度异常”）；③设置主题权限为“允许发布和订阅”。给大家5分钟时间，遇到问题可以小组讨论或者问老师，咱们比一比谁的主题创建又快又规范！生：（登录云平台动手操作，教师巡视指导，解决学生操作中的问题，比如主题命名格式、权限设置等）时间到！大部分同学都成功创建了主题，太棒了！这意味着你们已经掌握了MQTT协议的核心应用——主题设计与创建，接下来只要把设备接入平台，订阅或发布对应主题，智能消防系统就能实现远程报警了！五、课堂小结（5分钟）今天咱们解锁了物联网的“通信规则”，谁能说说核心知识点？（邀请学生发言）生：（总结三大协议的特点、MQTT的角色与流程、主题设计等）大家总结得太全面了！咱们今天重点掌握：物联网通信协议是设备通信的“规则”，ZigBee（家庭小信使）、LoRaWAN（远程高手）、MQTT（百搭专家）各有擅长；MQTT协议的“订阅/发布”模式超实用，核心是“主题”中介，还有发布方、订阅方、云平台三个角色，四步就能完成通信；咱们还亲手给智能消防系统设计了主题并在云平台创建，实现了从理论到实践的跨越！另外，教材的拓展阅读告诉我们，物联网+AI还能让天气预报更精准，我国的“盘古气象大模型”10秒就能完成7天全球预报，比国外系统更厉害！这说明咱们国家的物联网技术已经走在世界前列，希望大家以后也能投身科技研发，创造更多厉害的技术！五、作业布置
预习下一课。板书设计物联网平台与协议（第2课时）1.核心主角：物联网通信协议（通信规则/普通话）2.三大常用协议：ZigBee：短距离、多设备→家庭自动化、小型传感器网络LoRaWAN：长距离、低功耗→农业监测、智慧城市MQTT：低带宽、异步通信→广泛应用（重点）1.MQTT核心：三大角色：发布方、订阅方、云平台（代理）四步流程：建主题→订主题→发消息→转消息1.实践应用：智能消防主题设计与创建主题“消防/烟雾浓度异常”→发布方（烟雾传感器）→订阅方（手机APP、报警喇叭） 观看思考；表达学习学习了解学习学习操作实践了解操作练习交流；分享交流表达预习下一课 创设趣味的学习情境，更能激发学生的兴趣；培养表达能力培养倾听习惯增加知识面MQTT协议深解析学习通信流程增加知识面学生利用自主探究、小组合作、实践操作的方法去解决问题；师生直观演示更具说服力，加深印象。培养倾听习惯培养动手能力培养学生举一反三、学习迁移的能力；鼓励学生尝试完成操作练习培养表达能力培养自主学习能力
教学反思
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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