资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
《物联网平台应用》教学设计
课题 活动四 物联网平台应用 主题 二 学科 信息科技 年级 八
教材分析 本课选自湘科版《信息科技》八年级上册主题二活动四。本课是在学生已了解物联网数据感知与物体标识的基础上，进一步聚焦物联网平台与应用这一核心枢纽。教材从共享单车系统中平台与应用的协调运行切入，引导学生理解物联网平台作为连接设备与用户的桥梁作用。教材系统介绍了发布/订阅模式的信息交互方式及MQTT协议的基本原理，并通过“模拟通过物联网平台采集方向信息”的探究实践，让学生亲身体验设备通过Wi-Fi发布与订阅主题的完整过程。本课内容承上启下，是理解物联网系统整体运作的关键环节。
学习 目标 1. 信息意识：感知物联网平台在连接设备与管理数据中的枢纽作用，能识别平台与应用的基本关系。 2. 计算思维：理解发布/订阅模式及MQTT协议的工作原理，能分析主题的发布与订阅过程，掌握物联网信息交互的基本逻辑。 3. 数字化学习与创新：能搭建物联网实验平台，编写程序模拟设备通过Wi-Fi发布与订阅主题，实现远程数据采集与通信。 4. 信息社会责任：了解我国物联网平台发展现状，认识自主可控平台对数据安全与国家安全的重要意义。
重点 1. 物联网平台与应用的基本功能及发布/订阅模式的工作原理。 2. MQTT协议的特点及主题的发布与订阅过程。
难点 1. 理解发布/订阅模式中发布者、代理、订阅者三者之间的关系及解耦优势。 2. 掌握通过MQTT协议实现设备间主题发布与订阅的编程方法。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 引用教材活动背景：数量庞大的共享单车分布在各个公共场所，用户通过手机应用实现寻车、开锁、骑行、计费等功能，单车需要被调配到最需要它们的地方。提问：这些功能的实现离不开什么？引出课题——物联网平台应用。 聆听，结合使用共享单车的经验回答问题。 从学生熟悉的共享单车切入，引出平台在物联网系统中的枢纽作用。
讲授新课 活动一：物联网平台与应用 1. 以公园广场类比平台，讲解生活中有各种各样的平台（智能手机平台、社交平台、短视频平台等），引出物联网平台提供基础接入服务，可开发各种应用服务。 2. 以共享单车系统为例，讲解单车的位置、行程和开锁等信息通过网络发送到物联网平台，管理系统和手机APP通过平台交换数据、协调运行。 3. 演示在本机上搭建SIoT物联网实验平台的过程：打开开源服务器程序压缩包，运行安装软件；在浏览器中输入http://192.168.1.10:8080登录管理平台。 活动二：物联网基本协议——发布/订阅模式 1. 讲解物联网系统中设备数量大、种类多，信息交互复杂，采用发布/订阅模式可以简单高效地实现信息交流。 2. 讲解发布/订阅模式的三个角色：发布者、代理、订阅者，三者通过主题关联。信息交互分三步：发布者发布主题信息到代理；订阅者订阅一个或多个主题；订阅者从代理获得订阅的主题信息。 3. 以温度传感器为例说明：温度传感器发送温度值到代理的“温度”主题，订阅了该主题的订阅者即可收到代理转发的温度值。 4. 布置思考分析任务：用发布/订阅模式分析公众号关注和报刊订阅两种应用，完成表格。 活动三：物联网基本协议——MQTT 1. 讲解MQTT是一种基于发布/订阅模式的通信协议，具有低开销、低带宽占用的特点，在物联网、小型设备、移动应用等方面有广泛应用。 2. 讲解MQTT与HTTP都属于应用层协议，需要网络传输层TCP/IP协议支持，编程时需设置物联网实验平台服务器的IP地址。 活动四：体验物联网平台与应用 1. 讲解实验目的：模拟通过物联网平台采集方向信息的简单应用。实验设计：主控板A扮演共享单车，将方向信息发送到“共享单车/方向”主题；主控板B扮演管理端，订阅该主题接收方向信息。 2. 演示实验过程：编写主控板A连接物联网平台程序（在“网络服务”中选择“Wi-Fi”“MQTT”模块）；编写主控板B的程序；将程序分别上传到A、B主控板并运行；打开SIoT管理平台查看“共享单车/方向”主题下接收的消息。 3. 组织学生分组实验，巡视指导。 1. 聆听，理解平台与应用的类比关系。 2. 观察共享单车系统示意图，理解平台在系统中的枢纽作用。 3. 观看演示，了解SIoT平台搭建方法。 1. 聆听，理解发布/订阅模式解决复杂信息交互问题的优势。 2. 观察模式模型图，理解三个角色与主题的关系。 3. 观察温度传感器示例，理解发布与订阅的具体过程。 4. 小组讨论完成表格分析。 1. 聆听，了解MQTT协议的特点。 2. 理解MQTT与TCP/IP、HTTP的协议层次关系。 1. 明确实验目的与设计。 2. 观看演示，理解编程思路与实验流程。 3. 分组实验：编写程序、上传运行、观察信息、查看平台消息记录。 以生活化类比帮助学生理解抽象的平台概念；共享单车案例强化平台在物联网系统中的枢纽作用认知。 通过角色分解和分步讲解，帮助学生理解发布/订阅模式的运作逻辑；生活案例类比降低认知难度。 简要介绍MQTT协议特点及协议层次，为实验操作提供理论支撑。 通过双主控板模拟真实物联网场景，让学生亲身体验设备通过平台发布与订阅主题的完整过程，培养实践能力。
课堂练习 1. 填空题：基于MQTT协议，信息发布者和订阅者是通过______来传输信息的。 2. 选择题：下面关于MQTT协议的描述，错误的是（ ）。A.发布者发布的主题可以同时被多个订阅者订阅 B.信息发布和订阅必须同时进行 C.发布者发布主题消息后，只有订阅了该主题的订阅方才能收到该消息 3. 布置比较任务：比较两种远程数据采集方式的异同。 1. 独立思考并回答（代理/Broker）。 2. 独立选择并说明理由（正确答案：B）。 3. 观察图示，比较分析两种方式。 通过填空和选择题检验学生对MQTT协议核心概念的掌握；比较任务培养分析能力。
拓展延伸 播放视频《阿里云物联网平台宣传视频》，引导学生了解物联网平台在实际生活中的应用场景。结合本课所学，思考：视频中展示了物联网平台在哪些领域的应用？平台在物联网系统中扮演了什么角色？我国自主可控的物联网平台（如天翼物联、OneNET、阿里云IoT等）对国家安全和产业发展有什么重要意义？ 观看视频，结合本课所学平台知识与发布/订阅模式进行思考与交流。 通过视频拓宽学生对物联网平台实际应用的认识；引导学生关注我国自主可控平台的发展，增强信息社会责任意识。
板书 活动四 物联网平台应用 一、平台与应用 平台：提供接入服务，连接设备与用户 应用：基于平台开发的各种服务 二、发布/订阅模式 发布者 → 代理（主题）→ 订阅者 发布者与订阅者解耦 三、MQTT协议 基于发布/订阅，低开销、低带宽 四、体验平台应用 主控板A（发布方向）→ 平台 → 主控板B（订阅方向） 跟随教师板书书写节奏，依次圈画三大板块重点关键词，同桌之间完整互述物联网平台逻辑、发布订阅通信原理、实验操作要点与两种传输架构优劣。 提纲式结构，突出平台枢纽作用、发布/订阅模式的核心逻辑及MQTT协议特点。
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑