資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
八年級信息技術義務教育版教學設計
課題 互聯協議仍沿用 單元 第二單元 學科 信息技術 年級 八年級
學習目標 1.理解物聯設備（如物聯音箱）獲取互聯網數據的方式，明確物聯設備可通過連接互聯網服務獲取自身傳感器無法采集的數據，如天氣、新聞等信息。2.掌握HTTP通信的基本過程，包括了解HTTP協議在物聯系統中用于設備向服務器發起請求獲取數據的作用，理解客戶端/服務器模式下數據請求與響應的機制。3.學會使用應用程序接口（API）獲取互聯網數據，能夠根據API調用說明，獲取如氣象數據、時間數據等特定信息，掌握獲取數據的步驟（獲取API的URL、發起網絡請求、解析返回結果），并能將獲取的數據進行合理應用。4.認識傳統互聯網協議（HTTP）在物聯系統中的局限性，了解物聯協議應具備的特性（低功耗、低帶寬、低延時、兼容性），能對比分析HTTP協議與物聯協議在不同應用場景中的適用性。
重點 1.物聯設備獲取互聯網數據的方式及HTTP通信過程，使學生理解物聯設備如何借助互聯網擴展數據來源，以及HTTP協議在數據傳輸中的關鍵作用，這是掌握物聯網數據交互的基礎。2.使用API獲取互聯網數據的方法，讓學生熟練掌握獲取數據的操作步驟（包括獲取URL、發起請求、解析結果），能夠準確獲取所需數據并應用于實際項目中，培養學生的實際操作能力。3.傳統互聯網協議（HTTP）在物聯系統中的局限性及物聯協議的特性，使學生深刻認識到HTTP協議在物聯網應用中的不足，以及物聯協議為滿足物聯網需求應具備的特點，為后續學習和選擇合適的協議奠定基礎。
難點 1.深入理解HTTP通信的底層原理，特別是客戶端與服務器之間的請求與響應機制，涉及到網絡通信的基本原理和協議規范，學生理解起來可能有難度。2.在實踐操作中，正確解析API返回的不同格式數據（如XML、JSON格式），并根據數據結構準確提取所需信息，需要學生具備一定的編程和數據處理能力，對學生來說可能是一個挑戰。3.全面分析HTTP協議在物聯系統中的局限性，并理解物聯協議特性如何滿足物聯網復雜多變的應用場景需求，需要學生具備一定的系統思維和綜合分析能力，能夠從多個角度考慮問題。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 展示問題情境中物聯音箱獲取天氣數據的場景，提問學生物聯音箱沒有氣象傳感器卻能知道天氣情況的原因，引發學生思考，引出本節課的主題——物聯設備獲取互聯網數據及互聯協議，激發學生的學習興趣，讓學生明確本節課將深入探究物聯網設備如何與互聯網交互數據以及相關協議的應用。 傾聽老師引入相關問題 激發學生的學習興趣，讓從問題中進行思考，從而引出本節課的學習內容
講授新課 一一、探索互聯網中的數據1.講解物聯音箱獲取天氣數據的方式，即連接互聯網的天氣預報服務，強調物聯設備除了自身傳感器采集的數據外，還可以從互聯網獲取豐富的數據資源，拓展設備的功能。2.組織學生分組探索身邊的物聯設備（如手機、手表、汽車等），討論這些設備中哪些數據是從互聯網中獲取的，如手機的天氣預報、新聞推送、社交媒體通知，手表的運動建議、天氣情況，汽車的交通路況等，每個小組填寫表格并推選一名代表發言，分享小組討論結果，教師進行總結和補充，讓學生了解物聯設備獲取互聯網數據的廣泛應用，培養學生觀察生活和歸納總結的能力。3.提出問題：這些設備是通過怎樣的方式訪問互聯網并獲取數據的？引導學生思考，激發學生對后續內容的學習興趣，為講解HTTP通信和API使用做鋪墊。二、體驗獲取互聯網數據1.介紹互聯網上有許多提供數據接口的服務商，以國家氣象信息中心提供的氣象大數據接口調用說明為例，講解API的概念和作用，即通過API，外部設備或程序能夠訪問服務器上的數據資源，讓學生對API有初步的認識。2.講解HTTP協議在物聯系統中的作用，即設備通常使用HTTP發起請求訪問API獲取數據，簡單介紹HTTP的客戶端/服務器模式，讓學生理解設備與服務器之間的數據交互過程。3.實踐操作環節 - 獲取當前時間：講解實踐要求，即利用HTTP獲取當前時間數據，并介紹實踐步驟。獲取API的URL：向學生提供獲取當前時間的API的URL（如https://quan./getSysTime.do），講解如何找到合適的API以及URL的構成和作用，讓學生明白這是獲取數據的入口。發起網絡請求：教師演示使用Python代碼（以MicroPython為例，如urequests庫）發起網絡請求的過程，逐行解釋代碼含義（如導入網絡請求模塊、連接Wi-Fi網絡、填寫API的URL并發起請求、獲取返回數據），讓學生理解代碼如何實現與服務器的通信并獲取數據，培養學生的編程思維。學生在物聯實驗設備（如主控板）或模擬環境中編寫代碼發起網絡請求，教師巡視各小組，及時幫助學生解決遇到的問題（如網絡連接失敗、代碼錯誤等），確保每個學生都能成功發起請求并獲取返回數據，培養學生的動手實踐能力。解析返回結果：講解API返回結果的常見格式（如XML、JSON格式），以JSON格式為例，介紹如何使用ujson庫將返回的字符串解析為字典數據類型，以便于提取所需數據，解釋字典數據類型的結構和通過鍵值訪問數據的方法，讓學生理解數據解析的原理和操作。學生編寫代碼解析返回結果，提取當前時間數據（如sysTime2），并將其在顯示屏顯示（若設備支持）或通過其他方式輸出，教師巡視指導，幫助學生解決解析過程中遇到的問題（如數據格式錯誤、鍵值提取錯誤等），確保學生能夠正確解析并顯示數據，培養學生的數據處理能力。4.引導學生思考在獲取其他類型數據（如氣象數據）時，如何根據API文檔修改代碼來實現，培養學生的知識遷移能力和靈活應用能力。三、探討互聯網協議的局限性1.介紹HTTP協議在互聯網中的廣泛應用以及物聯網前期沿用傳統互聯網通信架構（包括HTTP協議）的情況，提出問題：對于物聯系統而言，HTTP完全適用嗎？引導學生思考。2.講解HTTP協議在物聯系統中的局限性：面向客戶端/服務器模式，設備需持續向服務器發送請求獲取數據，這會消耗物聯設備有限資源（如計算資源、內存資源等），舉例說明物聯設備資源有限的情況（如傳感器節點計算能力弱、存儲容量小）。持續請求導致能耗增加，影響設備續航能力，以電池供電的物聯設備（如移動傳感器、智能手環等）為例，說明能耗問題對設備使用的影響。大量設備同時向服務器發送請求可能對服務器和傳輸網絡造成極大負擔，可能導致服務器響應延遲、網絡擁塞等問題，通過模擬大量設備請求場景幫助學生理解。組織學生分組討論這些局限性可能帶來的具體問題，如設備性能下降、網絡故障等，每個小組推選一名代表發言，分享小組討論結果，教師進行總結和點評，加深學生對HTTP協議局限性的認識。3.引導學生思考物聯協議應滿足的特性，組織學生分組通過網絡查詢資料，了解常見物聯協議（如MQTT、CoAP等）的特性，每個小組選擇一種協議進行詳細研究，總結其特性（低功耗、低帶寬、低延時、兼容性等）并進行分享，教師進行補充和拓展，讓學生了解不同物聯協議的特點和優勢，培養學生的自主學習能力和團隊協作能力。 深入了解并掌握互聯網中的數據相關的知識 通過幾個學習活動讓學習開始掌握本節課的重點及難點
課堂練習 提出問題：“在體驗獲取互聯網數據的過程中，你遇到了哪些困難？如何優化獲取數據的過程？對于物聯協議的特性，你認為在實際應用中如何平衡這些特性之間的關系？”組織學生分組討論，鼓勵學生分享實踐中的經驗和問題，如API調用失敗的原因分析、數據解析錯誤的解決方法等，引導學生思考如何提高數據獲取的效率和準確性（如優化代碼、選擇合適的API），以及在設計物聯系統時如何根據應用場景權衡物聯協議特性（如低功耗與低延時的平衡），培養學生的問題解決能力和系統設計思維。每個小組推選一名代表發言，分享小組討論結果，其他小組可以進行補充和提問，教師進行總結和點評，強調在物聯網應用中不斷優化和選擇合適協議的重要性，鼓勵學生在今后的學習和實踐中積極探索。 提出相關問題，學生之間進行討論與思考，進一步擴展所學知識 進一步拓展本節課的學習知識
課堂小結 與學生一起回顧本節課的重點內容，包括物聯設備獲取互聯網數據的方式、HTTP通信過程、使用API獲取數據的方法、HTTP協議的局限性以及物聯協議的特性，強調數據獲取和通信協議在物聯網系統中的重要性。2.提問學生：“通過本節課的學習，你對物聯網數據獲取和通信協議有了哪些新的認識？在生活中你還能發現哪些物聯網設備的數據獲取方式與本節課所學相關？”引導學生總結自己的學習收獲，加深對知識的理解和應用能力，同時培養學生對物聯網技術在生活中應用的觀察力。 引導學生總結自己本節課的學習收獲 對本節課的學習進行總結
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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