第十课 物物互通有新径 教学设计 2024—-2025学年人教版（2024）初中信息科技八年级全一册

中小学教育资源及组卷应用平台
八年级信息技术义务教育版教学设计
课题 物物互通有新径 单元 第二单元 学科 信息技术 年级 八年级
学习目标 1.理解MQTT通信机制，掌握MQTT协议中发布者、订阅者和服务器（中介）三个角色的功能和相互关系，能够清晰阐述MQTT发布订阅通信模式的工作原理。2.学会利用物联网服务平台实现发布与订阅功能，包括能够找到并注册适合的在线MQTT服务器，熟练掌握在平台上创建项目、主题、添加设备的操作，准确配置主控板连接MQTT服务器的参数，以及编写代码实现订阅主题消息并接收处理。3.了解在线MQTT服务器和本地MQTT服务器的特点，能够对比分析在不同应用场景下选择合适的服务器类型，理解使用不同服务器的优缺点。
重点 1.MQTT通信机制的理解，使学生深入掌握发布订阅模式下数据传输的原理，明确三个角色（发布者、订阅者、服务器）在通信过程中的作用和交互方式，这是运用MQTT协议进行物联网开发的基础。2.利用物联网服务平台实现订阅功能的操作步骤，包括在线MQTT服务器的使用（平台注册、项目创建、主题设置、设备添加）、主控板连接服务器的参数配置（网络连接、服务器地址、端口、设备ID等）以及订阅功能的代码实现（连接服务器、订阅主题、接收消息处理），确保学生能够成功实现订阅功能，体验MQTT通信过程。3.对比分析在线MQTT服务器和本地MQTT服务器的使用场景，让学生了解两种服务器类型的特点，能够根据实际需求做出合理选择，提高学生在实际项目中的决策能力。
难点 1.深入理解MQTT通信机制中消息的发布、订阅和传递过程，特别是服务器如何管理主题和消息分发，涉及到一定的异步通信和消息队列概念，学生理解起来可能有难度。2.在实践操作中，正确配置主控板连接MQTT服务器的各项参数，理解每个参数的含义和作用，以及根据服务器返回信息调试连接问题，需要学生具备一定的网络知识和调试经验，对学生来说可能是一个挑战。3.理解本地MQTT服务器搭建的过程和原理，涉及到服务器软件的安装、配置和网络设置等方面，对于八年级学生来说，这些操作较为复杂，需要教师详细讲解和指导，学生才能掌握。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 展示问题情境中HTTP与MQTT的对比，提问学生MQTT有何独特之处以及为何在物联网领域广泛应用，引发学生思考，引出本节课的主题——MQTT通信协议，激发学生的学习兴趣，学生明确本节课将深入探究MQTT协议的通信机制及其应用。 倾听老师引入相关问题 激发学生的学习兴趣，让从问题中进行思考，从而引出本节课的学习内容
讲授新课 一、了解MQTT通信机制1.讲解MQTT协议的特点，强调其是目前物联网中流行的协议，具有开放、轻量、可靠、易实现等特点，能够为资源受限的远程设备提供数据传输和监控服务，让学生对MQTT协议有初步的认识。2.详细介绍MQTT的发布订阅通信机制，通过图示（如发布者、订阅者和服务器之间的关系图）和简单比喻（如报社、订报人和报社发行站的关系，报社是发布者，订报人是订阅者，发行站是服务器，报社通过发行站将报纸发送给订报人）帮助学生理解三个角色的功能和交互方式。发布者：负责发布消息到指定主题。订阅者：预先订阅感兴趣的主题，接收服务器推送的相关消息。服务器（中介）：管理主题和消息队列，接收发布者的消息并推送给订阅相应主题的订阅者。3.组织学生分组讨论生活中类似MQTT通信机制的场景，如快递配送（快递公司是发布者，收件人是订阅者，快递站是服务器）、社交媒体消息推送（用户发布内容是发布者，关注者是订阅者，社交媒体平台是服务器）等，每个小组推选一名代表发言，分享小组讨论结果，教师进行总结和点评，加深学生对MQTT通信机制的理解，培养学生的抽象思维和类比能力。二、体验物联网服务平台1.介绍MQTT服务器在通信中的重要性，它是连接发布者和订阅者的桥梁和信息存储基地，引出在线MQTT服务器和本地MQTT服务器的概念，引导学生思考在实践中选择哪种服务器更合适。2.实践操作环节 - 利用MQTT实现订阅功能：实践导入：讲解实践要求，即登录在线MQTT服务器，通过订阅主题接收消息感受MQTT通信过程，介绍实验设备（主控板作为订阅端）。任务1 - 熟悉在线MQTT服务器：教师演示寻找适合的物联网服务平台的方法（如通过搜索引擎查找知名平台），注册并登录平台的步骤，以及在平台中创建项目、主题和添加设备的操作流程，强调不同平台操作方法可能略有差异，提醒学生注意记录重要信息（如平台生成的设备ID、用户名、密码等），让学生直观学习在线MQTT服务器的使用方法。学生分组进行操作，选择一个在线MQTT服务器，完成注册登录、项目创建等操作，教师巡视各小组，及时帮助学生解决遇到的问题（如注册失败、平台界面不熟悉等），确保每个学生都能顺利进入到下一步操作，培养学生的自主操作能力。任务2 - 实现MQTT订阅功能：教师讲解主控板连接MQTT服务器的代码逻辑，逐行解释代码含义（如连接Wi-Fi网络、配置MQTT服务器连接参数、判断连接状态并显示提示信息），让学生理解代码如何实现与服务器的连接，重点强调修改网络名称、MQTT服务器地址、设备ID、用户名和密码等字段的重要性和方法，确保连接参数的正确性。学生根据教师讲解和平台提供的信息，修改代码中的连接参数，将程序烧录到主控板，教师检查学生代码修改情况，确保无误后进行下一步操作，培养学生的代码理解和修改能力。教师演示订阅MQTT服务器主题消息的代码编写，讲解接收消息处理函数的作用（如定义函数读取主题消息并在主控板显示）和绑定接收事件的方式（将函数与主题关联，当主题收到消息时执行该函数），让学生理解如何实现订阅功能并处理接收到的消息。学生编写订阅主题消息的代码，烧录到主控板后，在MQTT服务器中发送消息，观察主控板是否能正确接收并显示消息，教师巡视各小组，帮助学生调试代码和解决问题（如消息接收不到、显示异常等），确保每个学生都能成功实现订阅功能，体验MQTT通信过程，培养学生的实践动手能力和问题解决能力。 深入了解并掌握MQTT通信机制等相关的知识 通过几个学习活动让学习开始掌握本节课的重点及难点
课堂练习 提出问题：“在利用物联网服务平台实现订阅功能的过程中，你遇到了哪些困难？如何解决的？你认为MQTT协议在物联网应用中有哪些优势和潜在问题？”组织学生分组讨论，鼓励学生分享实践中的经验和问题，如服务器连接超时的解决方法、消息丢失的可能原因等，引导学生思考MQTT协议的优势（如轻量级适用于资源受限设备、异步通信提高效率等）和潜在问题（如安全性、可靠性在大规模应用中的挑战等），培养学生的问题解决能力和批判性思维。每个小组推选一名代表发言，分享小组讨论结果，其他小组可以进行补充和提问，教师进行总结和点评，强调在物联网应用中不断优化和解决问题的重要性，鼓励学生在今后的学习和实践中深入研究MQTT协议。 提出相关问题，学生之间进行讨论与思考，进一步扩展所学知识 进一步拓展本节课的学习知识
课堂小结 1.与学生一起回顾本节课的重点内容，包括MQTT通信机制（发布者、订阅者、服务器角色及关系）、在线MQTT服务器的使用方法，强调MQTT协议在物联网数据通信中的重要性和特点。2.提问学生：“通过本节课的学习，你对MQTT协议有了哪些新的认识？在生活中你能想到哪些场景可以应用MQTT协议？”引导学生总结自己的学习收获，加深对知识的理解和应用能力，同时培养学生对物联网技术在生活中应用的观察力。 引导学生总结自己本节课的学习收获 对本节课的学习进行总结
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