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第2课时教学设计
课题 第三单元第1节 解析物联网通信技术（第2课时） 单元 第三单元 学科 信息科技 年级 八年级 上册
教材分析 本课时选自上海科技教育出版社/贵州科技出版社《信息科技》八年级上册第三单元第1节《解析物联网通信技术》（P56-P71）。重点围绕远距离无线通信技术与通信协议展开，包括NB-IoT、MQTT协议、共享单车通信案例和智慧农业挑战时刻。学生在上一课时已认识常见近距离通信技术，本课时进一步理解物联网中大规模设备之间如何依靠协议和平台完成稳定通信。
学习目标 1.信息意识：认识不同应用场景对通信方式和通信协议的不同需求，感受通信技术支撑现代智慧生活。 2.计算思维：理解NB-IoT与MQTT在大规模设备联网中的作用，能分析消息发布与订阅流程。 3.数字化学习与创新：结合共享单车和智慧农业案例，能够设计简单通信方案并尝试分析协议流程。 4.信息社会责任：增强对数据传输、设备管理和网络安全的认识，理解网络与智能服务的协同价值。
重点 重点： 1.远距离无线通信技术NB-IoT的特点及适用场景。 2.MQTT协议的发布/订阅模式。 3.共享单车与智慧农业通信案例的分析。
难点 难点： 1.理解 MQTT 中发布者、订阅者、消息代理的协作关系。 2.结合案例分析复杂场景中的通信需求和控制流程。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 1.提问导入(PPT第4页)：如果设备分散在城市各地，还需远程连接网络，怎样实现远程通信与控制？ 2.情境展示(PPT第5页)：共享单车、智慧停车场、智慧井盖等应用依赖远距离通信。 根据生活经验思考城市环境中设备联网方式。 引出远距离通信和通信协议的学习。
讲授新课 1.讲解远距离无线通信技术NB-IoT(PPT第6页)：共享单车无网关、需远距离并独立访问网络；NB-IoT基于蜂窝网络、连接质量高、能耗低、支持海量连接，用于共享单车、智能抄表、智慧物流。 结合蜂窝网络小贴士理解NB-IoT的特点。 帮助学生理解远距离通信技术的必要性。
1.讲解案例·智能井盖(PPT第7页)：NB-IoT智能井盖监测开合、破损、水位并自动预警。 2.讲解案例·智慧停车场(PPT第8页)：车位状态实时回传，引导车主寻找空车位。 结合案例观察城市场景的通信需求。 巩固NB-IoT在城市物联网中的应用认知。
1.组织数字化学习(PPT第9页)：查阅资料了解其他远距离无线通信技术（LoRa、5G、卫星通信等）及适用领域，完成参考梳理表。 2.讲解物联网的通信协议(PPT第10页)：协议是设备间沟通的规则；终端设备电池、算力、带宽有限，需轻量化协议，MQTT正是为物联网量身打造。 讨论并归纳通信协议的作用。 基于现实案例理解协议设计思路。
1.讲解MQTT三种角色(PPT第11页)：发布者、订阅者都是客户端，消息代理是服务器，发布者可同时是订阅者。 2.讲解MQTT工作模式(PPT第12页)：采用发布/订阅模式，类似社交平台关注话题自动推送，节省带宽、降低能耗。 关注消息流动路径和角色协同。 帮助学生掌握发布/订阅模式的核心概念。
1.案例讲解扫码使用共享单车时的MQTT通信(PPT第13页)：手机、智能锁、运维系统是三个客户端——手机发布开锁请求，运维系统订阅处理并发布开锁指令，智能锁订阅后执行。 关注消息流动路径，梳理各角色职责。 帮助学生掌握发布/订阅模式的核心概念。
1.组织活动3.1.3(PPT第14页)：参考共享单车扫码开锁案例，分析关锁还车时各客户端分别发布和订阅哪些消息，绘制MQTT通信示意图，对照参考答案讲评。 2.组织挑战时刻·智慧农业思考(PPT第15页)：分析智慧农业场景中的通信特点与适用通信技术，判断MQTT的发布者、订阅者、消息代理分别由哪些设备承担。 3.讲评挑战时刻参考答案(PPT第16页)：对照参考答案从通信技术选择（NB-IoT）和MQTT三种角色分配两个方面讲评，加深对远距离通信与协议的理解。 在复杂场景中分析通信需求与协议流程。 提高学生迁移运用能力。
课堂练习 1.组织案例分析(PPT第17页)：共享单车智能锁为什么选择NB-IoT而不是Wi-Fi？引导学生从覆盖范围（Wi-Fi有限、地下信号弱）、功耗（NB-IoT极低、续航数月）、连接数量（海量设备）三个角度分析。 2.组织做一做(PPT第18页)：判断智能电表、家用摄像头、共享单车、智能音箱适合NB-IoT还是Wi-Fi并说明理由，对照参考讲评。 3.组织说一说(PPT第19页)：MQTT通信中的发布者、订阅者和消息代理分别像生活中的什么角色？结合三个对话气泡交流。 结合生活经验完成案例问答与判断。 把知识落实到实际应用场景中。
拓展延伸 组织拓展延伸·走进CoAP(PPT第20页)：CoAP（受限应用协议）是另一种物联网通信协议，针对资源受限设备设计，功耗控制突出，适合结构简单、数据量小的设备；组织比较CoAP与MQTT的适用领域（CoAP基于UDP适合极简设备，MQTT基于TCP适合需可靠传输的场景）。 思考不同协议的适用范围及特点。 拓展知识视野，理解协议选择的多样性。
课堂小结 课堂总结(PPT第21页)归纳本课5点要点： 1.NB-IoT基于蜂窝网络、覆盖广、能耗低，适合海量设备连接； 2.智能井盖、智慧停车场等城市场景广泛应用NB-IoT； 3.通信协议是设备间沟通的规则，MQTT轻量化、适合物联网； 4.MQTT采用发布/订阅模式，由发布者、订阅者、消息代理协同； 5.按场景通信需求选择合适的技术与协议。 结合"远距离技术→协议→发布/订阅→场景应用"的知识脉络整体回顾。 回顾要点，用自己的话复述协议与通信流程。 形成知识之间的联系与整体认知。
板书 概念：远距离无线通信与通信协议使分散的物联网设备稳定联网——NB-IoT解决覆盖与功耗，MQTT约定设备间沟通的规则。 核心：NB-IoT ｜ MQTT ｜ 发布者 ｜ 订阅者 ｜ 消息代理。 示例：共享单车（NB-IoT智能锁）｜智能井盖｜智慧停车场｜智慧农业。 流程：设备接入蜂窝网络 → 发布消息 → 消息代理转发 → 订阅者接收 → 平台与设备协同执行。（见PPT第22页板书设计）
课后作业 布置课后作业(PPT第23页)： 思考——NB-IoT适用于哪些场景？说明MQTT中发布者、订阅者、消息代理的作用； 实践——为智慧农业设计一个简要通信方案，说明所采用的通信技术与协议； 观察与发现——观察城市中的NB-IoT应用（如智能井盖、智慧停车场、共享单车等），记录它们是如何实现远程通信的； 调查与记录——查阅CoAP与MQTT的异同，下节课交流。 独立完成作业并反思学习过程。 巩固和拓展知识。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第2课时 解析物联网通信技术 · 课堂练习单
姓名：______________ 班级：______________ 日期：______________
一、填一填（远距离无线通信技术与通信协议）
提示：NB-IoT基于蜂窝网络，覆盖广、功耗低、支持海量连接，适合智能井盖、智能抄表、共享单车等场景；MQTT是轻量级的物联网通信协议，采用发布/订阅模式。
技术/协议 主要特点/适用场景
NB-IoT
MQTT
LoRa
5G
二、连一连（将MQTT角色与其职责连线）
角色 职责
发布者
订阅者
消息代理
三、填一填（MQTT通信中的三种角色）
组成环节 作用 说明
发送端
消息代理
接收端
MQTT的特点
四、判一判（判断对错，正确打√，错误打×）
NB-IoT基于蜂窝网络，适合海量、低功耗设备连接场景。（ ）
MQTT采用发布/订阅模式，由消息代理转发消息。（ ）
消息代理既是发布者也是订阅者，负责产生数据。（ ）
共享单车智能锁的开关由MQTT消息触发开锁指令实现。（ ）
CoAP和MQTT是完全相同的通信协议。（ ）
五、说一说（结合共享单车扫码用车，说明MQTT的通信流程）
讨论问题 我的回答
NB-IoT为什么适合共享单车智能锁？
MQTT的发布者、订阅者、消息代理分别像生活中的什么角色？
第2课时 解析物联网通信技术 · 探索活动单
姓名：______________ 班级：______________ 日期：______________
活动一：活动3.1.3 分析关锁还车时的MQTT通信
参考扫码用车案例，分析关锁还车时手机、智能锁、运维系统分别发布、订阅哪些消息，填写下表并画出通信示意图：
客户端 发布的消息 订阅的消息
手机
智能锁
运维系统
消息代理 转发消息
活动二：数字化学习·其他远距离无线通信技术
查阅资料，了解LoRa、5G、卫星通信等其他远距离无线通信技术及其适用领域，填写下表：
远距离技术 特点
LoRa
5G
卫星通信
活动三：挑战时刻·智慧农业通信方案
在智慧农业场景中，安装在田间的环境监测设备采集数据上传平台，平台分析后发出异常提醒、远程下达指令控制灌溉通风光照。分析其通信特点并设计通信方案：
分析项目 结论 说明 备注
通信特点
适合的通信技术
MQTT三种角色
第2课时 解析物联网通信技术 · 课后调查表
调查人：______________ 调查对象：______________ 日期：______________
亲爱的同学，请观察城市或生活中的远距离物联网应用（共享单车、智能井盖、智能抄表、智慧停车场等），了解它们使用什么通信技术，并记录在下表中。
序号 应用场景 使用的通信技术 联网方式/特点 我的发现
1
2
3
4
5
6
提示：判断要点——关注设备是否通过NB-IoT、4G/5G等蜂窝网络远程联网，思考它们为什么不能只用Wi-Fi或蓝牙。
我的发现与感想
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