資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
八年級信息技術(shù)義務(wù)教育版教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 物物互通有新徑 單元 第二單元 學(xué)科 信息技術(shù) 年級 八年級
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解MQTT通信機(jī)制，掌握MQTT協(xié)議中發(fā)布者、訂閱者和服務(wù)器（中介）三個(gè)角色的功能和相互關(guān)系，能夠清晰闡述MQTT發(fā)布訂閱通信模式的工作原理。2.學(xué)會(huì)利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)發(fā)布與訂閱功能，包括能夠找到并注冊適合的在線MQTT服務(wù)器，熟練掌握在平臺(tái)上創(chuàng)建項(xiàng)目、主題、添加設(shè)備的操作，準(zhǔn)確配置主控板連接MQTT服務(wù)器的參數(shù)，以及編寫代碼實(shí)現(xiàn)訂閱主題消息并接收處理。3.了解在線MQTT服務(wù)器和本地MQTT服務(wù)器的特點(diǎn)，能夠?qū)Ρ确治鲈诓煌瑧?yīng)用場景下選擇合適的服務(wù)器類型，理解使用不同服務(wù)器的優(yōu)缺點(diǎn)。
重點(diǎn) 1.MQTT通信機(jī)制的理解，使學(xué)生深入掌握發(fā)布訂閱模式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑恚鞔_三個(gè)角色（發(fā)布者、訂閱者、服務(wù)器）在通信過程中的作用和交互方式，這是運(yùn)用MQTT協(xié)議進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的基礎(chǔ)。2.利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能的操作步驟，包括在線MQTT服務(wù)器的使用（平臺(tái)注冊、項(xiàng)目創(chuàng)建、主題設(shè)置、設(shè)備添加）、主控板連接服務(wù)器的參數(shù)配置（網(wǎng)絡(luò)連接、服務(wù)器地址、端口、設(shè)備ID等）以及訂閱功能的代碼實(shí)現(xiàn)（連接服務(wù)器、訂閱主題、接收消息處理），確保學(xué)生能夠成功實(shí)現(xiàn)訂閱功能，體驗(yàn)MQTT通信過程。3.對比分析在線MQTT服務(wù)器和本地MQTT服務(wù)器的使用場景，讓學(xué)生了解兩種服務(wù)器類型的特點(diǎn)，能夠根據(jù)實(shí)際需求做出合理選擇，提高學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目中的決策能力。
難點(diǎn) 1.深入理解MQTT通信機(jī)制中消息的發(fā)布、訂閱和傳遞過程，特別是服務(wù)器如何管理主題和消息分發(fā)，涉及到一定的異步通信和消息隊(duì)列概念，學(xué)生理解起來可能有難度。2.在實(shí)踐操作中，正確配置主控板連接MQTT服務(wù)器的各項(xiàng)參數(shù)，理解每個(gè)參數(shù)的含義和作用，以及根據(jù)服務(wù)器返回信息調(diào)試連接問題，需要學(xué)生具備一定的網(wǎng)絡(luò)知識和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對學(xué)生來說可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。3.理解本地MQTT服務(wù)器搭建的過程和原理，涉及到服務(wù)器軟件的安裝、配置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等方面，對于八年級學(xué)生來說，這些操作較為復(fù)雜，需要教師詳細(xì)講解和指導(dǎo)，學(xué)生才能掌握。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課 展示問題情境中HTTP與MQTT的對比，提問學(xué)生MQTT有何獨(dú)特之處以及為何在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，引發(fā)學(xué)生思考，引出本節(jié)課的主題——MQTT通信協(xié)議，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生明確本節(jié)課將深入探究MQTT協(xié)議的通信機(jī)制及其應(yīng)用。 傾聽老師引入相關(guān)問題 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓從問題中進(jìn)行思考，從而引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容
講授新課 一、了解MQTT通信機(jī)制1.講解MQTT協(xié)議的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)其是目前物聯(lián)網(wǎng)中流行的協(xié)議，具有開放、輕量、可靠、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，能夠?yàn)橘Y源受限的遠(yuǎn)程設(shè)備提供數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控服務(wù)，讓學(xué)生對MQTT協(xié)議有初步的認(rèn)識。2.詳細(xì)介紹MQTT的發(fā)布訂閱通信機(jī)制，通過圖示（如發(fā)布者、訂閱者和服務(wù)器之間的關(guān)系圖）和簡單比喻（如報(bào)社、訂報(bào)人和報(bào)社發(fā)行站的關(guān)系，報(bào)社是發(fā)布者，訂報(bào)人是訂閱者，發(fā)行站是服務(wù)器，報(bào)社通過發(fā)行站將報(bào)紙發(fā)送給訂報(bào)人）幫助學(xué)生理解三個(gè)角色的功能和交互方式。發(fā)布者：負(fù)責(zé)發(fā)布消息到指定主題。訂閱者：預(yù)先訂閱感興趣的主題，接收服務(wù)器推送的相關(guān)消息。服務(wù)器（中介）：管理主題和消息隊(duì)列，接收發(fā)布者的消息并推送給訂閱相應(yīng)主題的訂閱者。3.組織學(xué)生分組討論生活中類似MQTT通信機(jī)制的場景，如快遞配送（快遞公司是發(fā)布者，收件人是訂閱者，快遞站是服務(wù)器）、社交媒體消息推送（用戶發(fā)布內(nèi)容是發(fā)布者，關(guān)注者是訂閱者，社交媒體平臺(tái)是服務(wù)器）等，每個(gè)小組推選一名代表發(fā)言，分享小組討論結(jié)果，教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評，加深學(xué)生對MQTT通信機(jī)制的理解，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和類比能力。二、體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)1.介紹MQTT服務(wù)器在通信中的重要性，它是連接發(fā)布者和訂閱者的橋梁和信息存儲(chǔ)基地，引出在線MQTT服務(wù)器和本地MQTT服務(wù)器的概念，引導(dǎo)學(xué)生思考在實(shí)踐中選擇哪種服務(wù)器更合適。2.實(shí)踐操作環(huán)節(jié) - 利用MQTT實(shí)現(xiàn)訂閱功能：實(shí)踐導(dǎo)入：講解實(shí)踐要求，即登錄在線MQTT服務(wù)器，通過訂閱主題接收消息感受MQTT通信過程，介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)備（主控板作為訂閱端）。任務(wù)1 - 熟悉在線MQTT服務(wù)器：教師演示尋找適合的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的方法（如通過搜索引擎查找知名平臺(tái)），注冊并登錄平臺(tái)的步驟，以及在平臺(tái)中創(chuàng)建項(xiàng)目、主題和添加設(shè)備的操作流程，強(qiáng)調(diào)不同平臺(tái)操作方法可能略有差異，提醒學(xué)生注意記錄重要信息（如平臺(tái)生成的設(shè)備ID、用戶名、密碼等），讓學(xué)生直觀學(xué)習(xí)在線MQTT服務(wù)器的使用方法。學(xué)生分組進(jìn)行操作，選擇一個(gè)在線MQTT服務(wù)器，完成注冊登錄、項(xiàng)目創(chuàng)建等操作，教師巡視各小組，及時(shí)幫助學(xué)生解決遇到的問題（如注冊失敗、平臺(tái)界面不熟悉等），確保每個(gè)學(xué)生都能順利進(jìn)入到下一步操作，培養(yǎng)學(xué)生的自主操作能力。任務(wù)2 - 實(shí)現(xiàn)MQTT訂閱功能：教師講解主控板連接MQTT服務(wù)器的代碼邏輯，逐行解釋代碼含義（如連接Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、配置MQTT服務(wù)器連接參數(shù)、判斷連接狀態(tài)并顯示提示信息），讓學(xué)生理解代碼如何實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的連接，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)修改網(wǎng)絡(luò)名稱、MQTT服務(wù)器地址、設(shè)備ID、用戶名和密碼等字段的重要性和方法，確保連接參數(shù)的正確性。學(xué)生根據(jù)教師講解和平臺(tái)提供的信息，修改代碼中的連接參數(shù)，將程序燒錄到主控板，教師檢查學(xué)生代碼修改情況，確保無誤后進(jìn)行下一步操作，培養(yǎng)學(xué)生的代碼理解和修改能力。教師演示訂閱MQTT服務(wù)器主題消息的代碼編寫，講解接收消息處理函數(shù)的作用（如定義函數(shù)讀取主題消息并在主控板顯示）和綁定接收事件的方式（將函數(shù)與主題關(guān)聯(lián)，當(dāng)主題收到消息時(shí)執(zhí)行該函數(shù)），讓學(xué)生理解如何實(shí)現(xiàn)訂閱功能并處理接收到的消息。學(xué)生編寫訂閱主題消息的代碼，燒錄到主控板后，在MQTT服務(wù)器中發(fā)送消息，觀察主控板是否能正確接收并顯示消息，教師巡視各小組，幫助學(xué)生調(diào)試代碼和解決問題（如消息接收不到、顯示異常等），確保每個(gè)學(xué)生都能成功實(shí)現(xiàn)訂閱功能，體驗(yàn)MQTT通信過程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和問題解決能力。 深入了解并掌握MQTT通信機(jī)制等相關(guān)的知識 通過幾個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)讓學(xué)習(xí)開始掌握本節(jié)課的重點(diǎn)及難點(diǎn)
課堂練習(xí) 提出問題：“在利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)訂閱功能的過程中，你遇到了哪些困難？如何解決的？你認(rèn)為MQTT協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有哪些優(yōu)勢和潛在問題？”組織學(xué)生分組討論，鼓勵(lì)學(xué)生分享實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和問題，如服務(wù)器連接超時(shí)的解決方法、消息丟失的可能原因等，引導(dǎo)學(xué)生思考MQTT協(xié)議的優(yōu)勢（如輕量級適用于資源受限設(shè)備、異步通信提高效率等）和潛在問題（如安全性、可靠性在大規(guī)模應(yīng)用中的挑戰(zhàn)等），培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和批判性思維。每個(gè)小組推選一名代表發(fā)言，分享小組討論結(jié)果，其他小組可以進(jìn)行補(bǔ)充和提問，教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評，強(qiáng)調(diào)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中不斷優(yōu)化和解決問題的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中深入研究MQTT協(xié)議。 提出相關(guān)問題，學(xué)生之間進(jìn)行討論與思考，進(jìn)一步擴(kuò)展所學(xué)知識 進(jìn)一步拓展本節(jié)課的學(xué)習(xí)知識
課堂小結(jié) 1.與學(xué)生一起回顧本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，包括MQTT通信機(jī)制（發(fā)布者、訂閱者、服務(wù)器角色及關(guān)系）、在線MQTT服務(wù)器的使用方法，強(qiáng)調(diào)MQTT協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信中的重要性和特點(diǎn)。2.提問學(xué)生：“通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你對MQTT協(xié)議有了哪些新的認(rèn)識？在生活中你能想到哪些場景可以應(yīng)用MQTT協(xié)議？”引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)自己的學(xué)習(xí)收獲，加深對知識的理解和應(yīng)用能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生活中應(yīng)用的觀察力。 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)自己本節(jié)課的學(xué)習(xí)收獲 對本節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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