资源简介

项目2 制作班级智慧留言板——物联网通信协议
教学设计
一、教材分析
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。通过实验教学的方式，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，不仅能提升其创新思维，更能锻炼其实践动手能力。希望学生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、学情分析
本节课的教学对象是八年级学生，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，他们了解了物联网常见的通信技术，还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。
本节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、教学目标
1．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。
2．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。
四、教学重难点
1．教学重点
MQTT 协议的基本原理和应用，智慧留言板的制作流程。
2．教学难点
MQTT 协议的理解和应用，物联网设备间数据传输的实现。
五、教学设计思路
以提出需求、设计方案、解决问题、实现目标为主线，设计实验流程，引导学生深入理解物联网通信协议及其特点，设计并完成班级智慧留言板，提升他们的综合实践能力和创新能力。
六、教学准备
1 ．实验原理
物联网中 MQTT 协议的工作机制。
2 ．实验器材
本项目教学活动，教师需准备如下图所示的实验器材，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、教学过程
实验流程 实验过程 教师引导 设计意图
情境导入明确目标 1． 回答问题，创设情境 根据老师提出的问题在小组内讨论，积极回答问题。 问题 1：同学们每天进校都要经过这一道安检门，你们知道这道安检门的作用吗？ 问题 2：在校期间你与家长是如何保持联系的呢？ 问题 3：这种联系方式有什么不足之处？ 学生实践过程：思考、讨论， 聚焦情境问题。 2． 明确实验目标 学生实践过程：根据自主思考，小组讨论得到的结论，如：班主任没有及时看到信息，会出现传递消息不及时的情况等。因此我们可以制作一块能与手机互联，及时查看信息的留言板，方便与家长及时沟通。 创设情境，引导学生发现问题。 揭示课题：制作班级智慧留言板——物联网通信协议。明确实验目标。 引入情境问 题，激发学生 的学习兴趣。 引导学生思考 教师提出的问 题，为项目准 备活动做铺 垫。
留言板 李明妈妈 :
实验流程 实验过程 教师引导 设计意图
规划设计确定方案 (
①感知层②服务器③发送留言
) (
功能
:
接收
、发送
、处理数据
)1．梳理原理知识 实验内容：结合老师的讲解，了解物联网通信协议与MQTT 协议的工作机制。根据自己的经验，在小组内讨论后完成“填一填”。 (
留言板
李明妈妈
: …
应用层
功能
:
功能
:
显示留言
) 2．规划实验步骤 实验内容：在了解了物联网通信协议的基础上，根据前一节课学习经验，我们要设计留言板并实现其功能，需要怎么做呢？请在小组内讨论，然后规划实验步骤，完成填空。 步骤 1：组建留言板实验网络环境。 步骤 2： 。 步骤 3：调试班级智慧留言板功能。 3．准备实验器材 实验内容：请在小组内讨论，要实现这样的留言板功能需要哪些设备呢？ 学生实践：整理实验器材，明确器材作用。 实验器材数量作用主控板套件 (主控板与扩展板)2套发送信息 、显示信息路由器 1个连接网络计算机 1台运行MQTT服务器 ,传输信息
实验小结：请小组汇报员分享本组所选择的实验器材和规划的实验步骤。 采用知识迁移的 方式，介绍物联 网通信协议；物 联网通信协议和 物联网通信技术 的异同等知识。 引导学生 完成 “ 填一填”。 对学生的完成情 况给予评价。 根据设计性实验 特征，引导协助 学生规划实验方 案与步骤。 在学生完成任务 的过程中，巡视 辅导，完成任务 后，请学生分析 规划方案。 小组讨论， 思 考问题，梳理 原理知识，鼓 励学生独立完 成任务，培养 学生的自主学 习能力。 在规划实验步 骤的同时，培 养学生的系统 观。 培养学生实践 动手能力、自 主学习能力与 团队协作能 力。
实验流程 实验过程 教师引导 设计意图
搭建设备测试验证 实验步骤 1：组建留言板实验网络环境 实验内容：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。 实验过程： （1）将计算机连接路由器，组建实验所需的网络环境。 （2）利用微课，自主学习，打开编程软件，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。 实验小结：“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： 。 ①不同 ②同一 实验步骤 2：编程实现留言和公告功能 通过编写程序，实现班级智慧留言板功能。 （1）实验内容：学习发送留言功能代码，根据理解写一写方框中积木代码的含义。 帮助学生搭建实 验网络环境中的 服务器，为学生 提供技术保障。 组织学生小组合 作，讨论程序代 码含义，完成实 验。 组织学生合作编 写留言显示屏相 应的功能程序， 让学生思考图中 提出的问题。 让学生自主学 习知识点 ，按 照要求，组建 留言板实验的 网络环境，培 养学生的自主 学习能力和协 作意识。 引导学生通过 讨论理解程序 含义，培养他 们的创新意识 和自主学习能 力。 让学生编程实 现显示留言功 能，在编程时 可以让学习能 力强的学生充 当“小老师”， 帮助其他基础 较薄弱的学生 共同进步。
① ②
实验过程：自主学习，理解“发送留言”程序，小组讨 论，写出方框中代码的含义并填空。为实现“显示留言”功能打下基础。 （2）实验内容：阅读“显示留言”程序，根据要求修改并完善程序，实现显示留言功能。
②将此代码拖到合适位置 此处 liuya"" 可否改为"ya"" , 请说明原因 。
实验流程 实验过程 教师引导 设计意图
搭建设备测试验证 实验过程：通过自主思考，小组合作，完成程序修改与完善，实现显示留言功能。 实验小结： 回答老师问题，师生共同分析程序内容。 实验步骤 3：调试班级智慧留言板功能 实验内容：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。根据测试过程填写表格。 测试步骤测试情况1 . 下载运行程序检查程序 , 下载并运行程序。2 . 启动MQTT 服务器MQTT 服务器能 口不能 正常启动 , 不能启动的原因是 : 3 . 使用留言设备录制留言发送信息留言能 口不能正常录制并发送 , 不能录制留言的原因 : 。4 . 查看留言显示屏是否接收到信息按照测试步骤测试班级留言板功能 , 如发现留言板接收不到信息 , 如何解决
实验过程：小组合作交流解决方法，测试班级智慧留言板功能，记录测试情况，遇到问题及时解决，做好小组汇报准备。 实验结论：本节课，我们用 器材，搭建了 设备，验证了 MQTT 协议。同时也理解了，MQTT 协议中要想实现发送和接收数据，必须保持 一致。 组织学生测试留 言板功能，鼓励 学生思考问题， 积极创新。 实验过程中时刻 关注学生，对学 生提出的问题及 时给予补充与反 馈。对于学生不 能自行解决的问 题及时给 予 指 导，做好技术保 障。 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。
汇报展示评价交流 总结汇报：展示交流项目成果，简单介绍功能实现过程、遇到的问题以及解决问题的情况。 学习过程：完成评价量表的填写。 实验完成后，请 学生展示制作成 果，并简单描述 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 学习情况与实验 效果进行综合评 价。 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 课堂总结：和老师共同总结本节课所学知识点。 （1）常见物联网通信协议种类及其特点。 (
MQTT
:
消息队列遥测传输
) (
HTTP
:
超文本传输协议
) (
其他
:
NB
loT
(
窄带物联网
)
、
LORawAN
(远距离通信
)
等
) （2）MQTT 协议工作机制。 对课堂所学知识点进 行 归纳 总结。 帮助学生总结 梳理知识结构、强化重难点。
实验流程 实验过程 教师引导 设计意图
总结反思拓展提升 实验拓展： 1．基础性作业 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？请根据所学内容为班级留言板设计并添加新的功能。 2．拓展性作业 随着智能家居的普及，家庭安防成为人们关注的焦点。请利用所学知识，设计一个“智能家居安防系统”，实现设备互联、及时报警等功能。 可以先在课堂中说一说如何实施，再利用课后时间完成作业。 组织学生完成实验拓展。 分层任务有助于不同层次学生巩固知识，拓展提升。
八、教学评价
1．过程性评价
评价学生在整个实验过程中的参与度，能否和其他学生合作完成项目任务，积极参与小组活动，遇到问题能否及时解决。
2．总结性评价
评价学生是否完成班级智慧留言板的设计与制作，实验展示环节汇报是否清晰，有无作品展示，能否达到实验目标等。
《制作班级智慧留言板》评价表
第 小组
评价指标 表现性评价描述 自评
实验准备工作 小组分工是否合理，是不是人人有事做。能否将实验器材准备齐全，并清晰规划实验步骤 ☆☆☆
实验原理理解 能否描述班级留言板的工作原理，理解物联网通信技术与通信协议的区别，以及 MQTT 协议工作机制 ☆☆☆
实验操作实践 是否成功连接 MQTT 服务器，成功实现班级留言板功能 ☆☆☆
实验记录分析 是否准确记录测试情况，遇到问题能否及时解决 ☆☆☆
实验成果展示 能否清晰、准确地展示实验成果，包括班级留言板的设计、实现及功能展示 ☆☆☆
教师反馈：
九、板书设计
十、教学反思
实验过程中学生兴趣较强，学生能够根据教师提出的问题讨论合作，制定实验方案，展现了自主探究和团队合作的能力；在成果展示环节，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。当然教学过程也有一些不足之处：在成果展示环节，虽然学生能够接受评价和建议，但评价反馈的及时性不够，可能会影响学生进一步优化学习成果的积极性。教师可以尝试采用即时评价的方式，对学生的表现给予及时的反馈和建议。在促进学生自主探究的同时，教师也需要注意指导的度。既要给予学生足够的自由度和空间去探索和实践，也要在必要时给予适当的指导和帮助，避免学生走弯路或陷入困境。

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