資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第9課 《物聯網協議》 教學設計
【課標內容要求】
通過對身邊真實應用場景中物聯網的分析，認識物聯網實現萬物互聯的基本原理。
【教學內容分析】
本課是浙江教育出版社出版的義務教育教科書《信息科技》七年級下冊第9課，第二單元《探秘物聯網》的教學內容。本課學習內容屬于《信息科技課程標準》要求中第四學段內容模塊《物聯網實踐與探索》中的“物聯網基本原理與功能”部分。
通過前面8課的學習，學生認識了物聯網，了解了物聯網中的感知與識別，傳感器以及無線通信技術。本課的學習目標是通過互聯網和物聯網協議的學習，了解物聯網協議；通過MQTT協議的消息發布/訂閱模型的學習，了解應用MQTT協議實現物聯網通信的基本過程。通過本課學習，為接下來物聯系統原型搭建的學習做好鋪墊。后續將通過學習物聯網實踐相關知識，對物聯網有更系統、直觀的了解，使學生對物聯網的認識從了解到掌握，再到負責任地使用物聯網的高度。因此本課在《物聯網實踐與探索》模塊中具有承上啟下的作用。
本課知識內容相對抽象，在實際教學過程中，教師盡量以直觀、通俗、生動的方式來呈現教學內容。
【教學目標】
1.通過智能家居的實例以及對互聯網協議的知識遷移，了解物聯網協議。
2.通過網絡搜索，認識日常生活中常見的物聯網協議。
3.通過自學書本和視頻資料，揭開MQTT協議神秘的面紗。
4.通過具體任務的實踐活動，了解MQTT協議的消息發布/訂閱模型以及其特點，掌握應用MQTT協議實現物聯網通信的基本過程。
5.通過小組活動設計未來的智能家居場景，讓學生使用MQTT協議描述設備間的通信過程，從而加深對MQTT協議的學習，也培養了學生的創新能力。
重點：了解MQTT協議的消息發布/訂閱模型以及其特點，掌握應用MQTT協議實現物聯網通信的基本過程。
物聯網中萬物的通信依靠協議工作，MQTT協議是物聯網中主要的協議。再者，根據課標相應的內容要求，因此，確定本課的重點為了解MQTT協議的消息發布/訂閱模型以及其特點，掌握應用MQTT協議實現物聯網通信的基本過程。
難點：掌握應用MQTT協議實現物聯網通信的基本過程。
MQTT協議的知識點比較抽象、復雜，其背后的原理更是難以準確呈現與把握。對于七年級學生而言，以學生現有的認知水平和知識儲備，掌握應用MQTT協議實現物聯網通信的基本過程有困難。因此，確定本課的難點為掌握應用MQTT協議實現物聯網通信的基本過程。
【核心素養指向】
通過網絡搜索等課堂活動，提升學生對信息的敏感度和對信息價值的判斷力，以及學生尋找有效數字平臺與資源解決問題的意愿的信息意識。將已學的互聯網協議知識融入到本課中，提升學生運用計算機科學領域的思維方法，將其遷移運用于解決其他問題的計算思維。通過暢想未來智能家居場景的小組活動，提升了學生在日常學習與生活中，具有創新創造活力，能積極主動運用信息科技高效地解決問題，并進行創新活動的數字化學習與創新能力。
【學情分析】
經過第一單元的學習，學生對于物聯網已經具備初步認識，并且感受到了物聯網在生活中的普遍性與重要性。在之前的課程中，學生應已具備一定利用互聯網進行信息檢索和自主學習的能力。同時學生在學習本節內容前，已有互聯網協議和無線通信技術的相關知識儲備。但由于課程內容較理論化，對于七年級學生而言相對難以理解，而且比較抽象、枯燥，調節課堂氛圍消除一定的畏難情緒，轉抽象事物具象化、通俗化，可以有效提高學生的學習興趣。
【設計構想】
整體設想
本節課以走進智能家居為情境，開展三個活動：分別是探秘物聯網協議、探秘MQTT協議、感受MQTT協議和一個小組活動：暢想未來智能家居場景，利用導學單，引導學生自主探究問題且主動積極地共享資源，將原本枯燥抽象的知識點具象化、通俗化，使得學生更容易理解和接受。
教法學法
本課將問題驅動法、任務驅動法和講授法教學相結合，讓學生自主探究，小組合作來獲得新知。
情境與任務
以走進智能家居為情境，開展四個任務，分別是：探秘物聯網協議、探秘MQTT協議、感受MQTT協議和暢想未來智能家居場景。
學生活動
（1）讓學生通過搜索引擎自主探究目前生活中常見的物聯網協議，并完成導學單。
（2）要求學生訪問浙江信息科技學習平臺網站，瀏覽有關MQTT協議介紹的文檔和視頻，并完成導學單。
（3）角色扮演游戲：選幾位學生分別扮演發布者、訂閱者和中介。使用簡單的道具（如紙條）模擬消息的傳遞過程。
（4）特點卡片貼貼：準備一些特點卡片，每張卡片中寫上有關于MQTT協議的特點，但也混入一些不屬于該協議的特點卡片。讓學生選擇屬于MQTT協議特點的卡片貼在黑板上，并簡短解釋該特點。
（5）要求學生訪問浙江信息科技學習平臺網站，瀏覽有關MQTT協議和HTTP協議對比介紹的視頻，并完成導學單中的表格。
（6）學生分組，每組設計一個簡單的智能家居場景（如智能臥室、智能客廳等）。要求使用MQTT協議描述設備間的通信過程。每組派代表上臺分享設計成果。
核心素養的落實
（1）讓學生通過搜索引擎自主探究目前生活中常見的物聯網協議，落實學生對信息的敏感度和對信息價值的判斷力，樹立正確價值觀，形成信息意識。
（2）將已學的互聯網協議的知識遷移到本課中，并分析HTTP協議和MQTT協議的異同，落實學生運用計算機科學領域的思維方法，將其遷移運用于解決其他問題的能力，發展計算思維。
（3）通過暢想未來智能家居場景的小組活動，落實學生在日常學習與生活中，具有創新創造活力，能積極主動運用信息科技高效地解決問題，發揚創新精神。
評價設計
（1）過程性評價
在學生開展自主學習、小組活動以及分享成果等各種活動的過程中，對學生的參與情況和完成情況進行一定指導、鼓勵與評價。
（2）終結性評價
通過導學單的完成情況、學生分享和評價設計成果以及學生談本節課的收獲來判斷學生的知識掌握程度。
【教學環境及資源準備】
計算機教室、PPT課件、浙江信息科技學習平臺網站、物聯網協議導學單。
【教學活動設計】
學習任務 學習過程 設計意圖 用時（單位：分鐘）
教師活動 學生活動
一、情境導入，揭示課題 播放視頻：一個簡短的視頻動畫，描述了一個智能家居的生活環境。 教師提問： １.在視頻中這些不同類型的設備是如何在網絡上實現信息共享和傳遞的？ ２.你們知道物聯網是如何實現通信的嗎？ 教師提示：請同學們回憶上學期學過的互聯網是如何通信的，遷移到本節課知識中來。 教師小結：物聯網的通信其實跟互聯網一樣，物與物之間的相互通信也需要有“協議”，它是物體之間彼此交流的“語言”。就像現實生活中，人與人的溝通也需要“協議”，否則語言不通，無法溝通。視頻中不難看出，為了讓這些設備能夠聽懂我們的指令并與其他設備溝通，它們需要一種共同的語言，這就是我們今天要學習的物聯網協議。 學生觀看視頻，思考并回答老師提出的問題。 學生回顧知識并回答老師提出的問題。 學生傾聽并明確本課的學習內容。 通過視頻引入，激發學生的學習興趣。 通過提問與回答，使學生明確本課的學習內容，同時使學生進入積極的思維狀態。 5
二、圍繞活動，深入學習 活動一：探秘物聯網協議。 讓學生通過搜索引擎自主探究目前生活中常見的物聯網協議，并完成導學單。 從學生找尋的結果中引出本節課要著重學習的物聯網協議就是MQTT協議。 活動二：探秘MQTT協議 以任務為驅動，并結合書本及相關主題的視頻，引導學生探究MQTT協議的基本原理。 呈現的任務具體要求如下： 任務１：認識MQTT協議。 要求學生訪問浙江信息科技學習平臺網站，瀏覽有關MQTT協議介紹的文檔和視頻，并完成導學單。 教師通過提問的方式以及兩個對應的活動的開展引導學生學習并掌握新知，問題和活動如下： １.MQTT發布/訂閱模型是如何工作的？ 活動①：角色扮演游戲：選幾位學生分別扮演發布者、訂閱者和中介。使用簡單的道具（如紙條）模擬消息的傳遞過程。 ２.MQTT協議的特點是什么？ 活動②：特點卡片貼貼：準備一些特點卡片，每張卡片中寫上有關于MQTT協議的特點，但也混入一些不屬于該協議的特點卡片。讓學生選擇屬于MQTT協議特點的卡片貼在黑板上，并簡短解釋該特點。 （二）任務２：分析MQTT協議與HTTP協議有何異同？ 要求學生訪問浙江信息科技學習平臺網站，瀏覽有關MQTT協議和HTTP協議對比介紹的視頻，并完成導學單中的表格。 活動三：感受MQTT協議 PPT視頻展示：播放目前日常生活中已經在使用MQTT協議的智能家居的視頻，讓學生感受MQTT協議在實際生活中的應用。 教師：現在，越來越多的家庭都在使用智能家居設備，而背后讓這些設備“聰明”起來的，正是我們今天所學習的MQTT協議。 學生自主探究，完成導學單。 學生完成任務。 學生參與游戲。 學生選擇卡片貼在黑板上并解釋該特點。 學生觀看視頻，完成導學單。 學生觀看視頻。 通過活動，培養學生自主學習的能力。 通過活動的開展，觀看書本和視頻以及教師的講解，對關鍵問題進行剖析，使學生初步了解了MQTT協議，從而落實本課的重、難點。 通過角色扮演游戲，讓學生在游戲中體驗和理解MQTT發布／訂閱模型。 通過特點卡片，幫助學生了解并記憶MQTT的主要特點。 通過分析兩協議的異同，讓學生感受MQTT協議在物聯網被廣泛應用。 通過視頻展示，讓學生感受MQTT協議在實際生活中的應用，增強學習的實用性。 20
三、小組活動，創新發展 小組活動：暢想未來智能家居場景。 學生分組，每組設計一個簡單的智能家居場景（如智能臥室、智能客廳等）。要求使用MQTT協議描述設備間的通信過程。每組派代表上臺分享設計成果。 師生共同點評。 學生分組討論并設計分享。 學生點評。 通過小組活動，加深學生對MQTT協議的學習，也培養了學生的創新能力。 10
四、課堂小結，鞏固拓展 教師：這節課你收獲了什么？ 教師：今天我們學習了MQTT協議的基本原理和特點，并通過小組活動體驗了它在智能家居中的應用。其實我們還有很多未學的物聯網協議，希望大家能夠在課后繼續了解其他的物聯網協議（PPT展示），將所學知識應用到實際生活中，讓我們的家更加智能化！ 學生小結。 學生聽講。 總結本節課堂內容，加深對MQTT協議的理解和記憶，拓展物聯網其他協議相關知識。 5
【板書設計】
（北京）股份有限公司
21世紀教育網(www.21cnjy.com)

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