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、项目分析
本项目设计的目的是更好地促进家校沟通，解决同学们和家长的沟通难题，建立有效的沟通与协作机制。本项目以如何制作班级智慧留言板为目标，开展项目活动。学生制作智慧留言板的过程中，进一步理解 MQTT 协议工作机制，由此让学生能够更好地利用所学物联网知识解决学习和生活中的问题。
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。他们对于动手实践有一定的热情，对物联网通信协议的学习内容可能会表现出较高的参与度。同时，他们也希望通过实践活动，提高自己的创新思维。通过上一节课的学习，他们已经知道了如何选择合适的物联网通信技术来传输数据，但对于物联网设备传输数据的过程、原理以及方法还没有具体认识， 因此可以在教师的指导帮助下进行合理的项目学习，学生通过网上查阅资料、小组讨论等方式，探究物联网通信协议的工作机制。
三、教学目标
1．素养目标
（1）了解常用的物联网通信协议及其特点。
（2）通过实例，进一步理解 MQTT 协议工作机制。
2．项目目标
搭建班级智慧留言板服务平台，实现留言功能，解决家校沟通难题。
四、教学重难点
1．教学重点
（1）认识常用的物联网通信协议。
（2）掌握物联网通信技术与物联网通信协议的区别。
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，教师还要有针对性地指导，并提供相应的资源支撑。
六、教学准备
本项目教学活动，教师可以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，通过软件进行图形化编程以实现留言和公告功能。
七、评价建议
本项目教学活动旨在使用制作的班级智慧留言板实现学生、家长留言和班级公告功能，从中让学生认识常用的物联网协议及其特点，理解 MQTT 协议的工作过程。学生以小组为单位开展学习活动，教师提供学习支架突破重难点。本项目教学活动可以从以下几个方面对学生的学习情况进行评价，如下表所示。
评价维度 评价内容 评价等级
过程性评价 能积极参与小组活动，参与度高，并依据项目需要，为小组提供资源 ☆☆☆☆☆
能主动参与合作任务，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地完成项目任务 ☆☆☆☆☆
总结性评价 能够使用实验器材，熟练制作班级智慧留言板 ☆☆☆☆☆
能够借助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、学习流程
在本项目教学活动中，教师在项目中扮演着引领者的角色，以问题为导向引导学生思考，通过创设真实情境来激发学生的学习兴趣。在项目实施过程中，教师引导学生完成项目，并对他们进行实时评价，确保学生能够全面发展。学生通过基于情境的项目式学习，完成知识建构。
知识建构
九、教学过程
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目情境 阅读情境 确定目标 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 创设情境，引导学生思考问题，引入课题“ 制作班级智慧留言 引入情境问题，激发学生的学习兴趣。 引导学生 思
明确目标 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，想制作班级智慧留言板，远程发布信息，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，远程发布信息。 板”，让学生明确项目目标。 考教师提 出的问题，为项目准备活 动做铺垫。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目准备分析规划 活动 1：构思班级留言板的设备组成 思考问题：班级留言板由下图所示设备组成，每个设备需要选用什么样的器材，分别实现什么功能，讨论后在图中填一填。 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。 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 考教师提出的 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。
(
留言
设备
服务器
留言
显示屏
) 应用层 传输层 感知层 器材 : 功能 : 器材 : 计算机 功能 : 接收 、发送和处理数理 器材 : 功能 :
学习过程：分组讨论交流，思考并回答教师提出的问题，完成图中填写。 活动 2：梳理留言板的数据传输过程 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。
留言设备 互联网 ② 推送留言 留言板
(
①
)
A B C 选项 : 订阅主题 留言板 发送留言
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。 活动 3：规划班级留言板的制作方案 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：思考教师提出的问题，小组合作制定实施方案。
(
服务器
)
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目实施解决问题 活动 1：组建留言板实验网络环境 根据前面的项目分析与规划，选择物联网实验室的相关设备，制作班级留言板，操作实施步骤如下。 （1）部署网络环境：使用无线路由器组建模拟实验所需网络环境，服务器、留言设备以及留言显示屏分别用计算机和两块主控板来代替，将它们连接在相同的 Wi-Fi 网络上。 （2）提供数据服务：在服务器上创建名称为“liuyan”的主题，让留言设备以及留言显示屏订阅该主题。 学习过程：观看微课，通过微课自主学习，组建留言板实验网络环境，完成搭建物联网系统的任务。 活动 2：编程实现留言和公告功能 通过编写程序，给班级的留言板添加留言功能。 （1）编写发送留言功能程序：让学生填一填代码模块的含义。 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。 组织学生合作编写留 言设备相应的功能程 序，让学生填写代码 模块含义。 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 功能，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。
o— 连接MQTT服务器参数o— ① o—如果按下左键o— 录音时长5秒 识别语音
②
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。 （2）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。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
项目实施解决问题 o— 连接MQTT服务器参数 (
②
)o— ① (
当从主题接收到留言
) 留言板显示 留言 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。 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。
● 如果缺少图中所示的代码①, 程序能否正常运行？留言显示屏能否正常收到信息？ ● 如果将图中所示的代码②里的主题名称更改为“yan”，留言显示屏能否收到信息？如果收不到信息，为什么？ 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。
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 填写学生学习手册中 的评价量表。 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。
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图
总结反思 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。 (
MQTT
:
) (
其他
:
)物联网通信协议 HTTP : 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 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。 帮助学生总结 梳理知识结构 、突破重难点问题。
拓展提升 （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。 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。 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。
十、板书设计
项 目2 制作班级智慧留言板 物联网通信协议 关键知识 : MQTT协议工作机制
项 目准备 构思班级留言板的设备组成 梳理留言板的数据传输过程 规划班级留言板的制作方案 项 目实施 组建留言板实验网络环境 编程实现留言和公告功能 调试班级智慧留言板功能
展示交流评价
十一、教学反思
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的问题，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，只注重了总结性评价，没有对学
生进行过程性评价，只有结合总结性评价和过程性评价，教师才可以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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