資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
八年級(jí)信息技術(shù)義務(wù)教育版教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 課門(mén)鈴?fù)ㄖ磿r(shí)到 單元 第三單元 學(xué)科 信息技術(shù) 年級(jí) 八年級(jí)
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知的工作過(guò)程，明確數(shù)據(jù)在物聯(lián)系統(tǒng)中的采集（門(mén)鈴按鍵狀態(tài)）、傳輸（通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和MQTT服務(wù)器）和反饋（在用戶(hù)終端顯示通知）流程，掌握物聯(lián)系統(tǒng)中反饋的概念和作用。2.學(xué)會(huì)使用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)（MQTT服務(wù)器）存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，能夠熟練搭建本地MQTT服務(wù)器，掌握在服務(wù)器上設(shè)置主題、實(shí)現(xiàn)發(fā)布與訂閱功能的方法，以及利用MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的編程操作。3.掌握門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的模塊組成（輸入、計(jì)算、輸出模塊），理解各模塊的硬件構(gòu)成和功能實(shí)現(xiàn)，能夠根據(jù)功能需求設(shè)計(jì)和編寫(xiě)相應(yīng)的程序代碼，實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和通知顯示。
重點(diǎn) 1.門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知的工作過(guò)程和功能實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生深入理解物聯(lián)系統(tǒng)中反饋機(jī)制的應(yīng)用，這是掌握智能家居物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵。2.利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)（MQTT服務(wù)器）實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的實(shí)踐操作，包括搭建本地MQTT服務(wù)器、設(shè)置主題、編寫(xiě)發(fā)布和訂閱程序代碼以及硬件連接（主控板、按鍵傳感器等），確保學(xué)生能夠成功模擬門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知過(guò)程，體驗(yàn)物聯(lián)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行。3.門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的模塊組成及各模塊功能，讓學(xué)生清晰把握系統(tǒng)的架構(gòu)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)更復(fù)雜的物聯(lián)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。
難點(diǎn) 1.深入理解物聯(lián)系統(tǒng)中反饋機(jī)制的原理，特別是數(shù)據(jù)如何在各層之間傳遞和觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作，涉及到多設(shè)備、多環(huán)節(jié)的協(xié)同工作，學(xué)生理解起來(lái)可能有難度。2.在實(shí)踐操作中，正確搭建本地MQTT服務(wù)器并進(jìn)行復(fù)雜的配置（如獲取服務(wù)器地址、端口號(hào)、用戶(hù)名和密碼等），以及確保發(fā)布和訂閱程序的正確性和穩(wěn)定性，需要學(xué)生具備一定的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)、編程能力和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。3.理解如何根據(jù)不同的通知方式（如蜂鳴器、RGB燈等）選擇合適的執(zhí)行器并修改程序代碼實(shí)現(xiàn)多樣化通知，需要學(xué)生綜合運(yùn)用硬件知識(shí)和編程技巧，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識(shí)遷移能力提出了較高要求。
教學(xué)過(guò)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(wèn)題情境中傳統(tǒng)門(mén)鈴和物聯(lián)門(mén)鎖門(mén)鈴的對(duì)比，提問(wèn)學(xué)生物聯(lián)門(mén)鎖要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通知應(yīng)如何連接，引發(fā)學(xué)生思考，引出本節(jié)課的主題——門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的實(shí)現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生明確本節(jié)課將深入探究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在門(mén)鈴系統(tǒng)中的應(yīng)用及反饋機(jī)制。 傾聽(tīng)老師引入相關(guān)問(wèn)題 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓從問(wèn)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、認(rèn)識(shí)物聯(lián)系統(tǒng)中的反饋1.講解物聯(lián)系統(tǒng)中反饋的概念，即針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界采取行動(dòng)的過(guò)程，可用于反饋的設(shè)備稱(chēng)為輸出設(shè)備，以門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知為例，讓學(xué)生理解反饋是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互和智能控制的重要環(huán)節(jié)。2.組織學(xué)生分組討論“門(mén)鈴按、通知到”的工作過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生從感知層（門(mén)鈴按下，按鍵傳感器采集狀態(tài)數(shù)據(jù)）、網(wǎng)絡(luò)層（通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)布至主題，如利用MQTT協(xié)議）、應(yīng)用層（用戶(hù)終端從主題接收數(shù)據(jù)并顯示通知）三個(gè)層面進(jìn)行分析，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)和補(bǔ)充，確保學(xué)生理解門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知的完整工作流程，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。3.強(qiáng)調(diào)遠(yuǎn)程通知使用MQTT協(xié)議的優(yōu)勢(shì)（如輕量級(jí)、可靠、適用于低帶寬和不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等），以及門(mén)鈴按下作為觸發(fā)條件的重要性，讓學(xué)生明白系統(tǒng)各部分之間的協(xié)同工作原理。二、分析門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能1.介紹門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能由輸入、計(jì)算、輸出三個(gè)模塊組成，通過(guò)表格形式詳細(xì)講解各模塊的硬件構(gòu)成和功能：輸入模塊：硬件：主控板和按鍵傳感器。功能：按鍵傳感器檢測(cè)門(mén)鈴按下?tīng)顟B(tài)，將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給主控板，主控板負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)布至MQTT服務(wù)器相應(yīng)主題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和初步處理。計(jì)算模塊：硬件：具備移動(dòng)熱點(diǎn)功能的計(jì)算機(jī)（用于搭建本地MQTT服務(wù)器）。功能：搭建MQTT服務(wù)器，設(shè)置主題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分發(fā)，同時(shí)處理發(fā)布與訂閱請(qǐng)求，確保數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的準(zhǔn)確傳輸和交互。輸出模塊：硬件：主控板（在用戶(hù)端）。功能：訂閱MQTT服務(wù)器相應(yīng)主題，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，以通知形式提醒用戶(hù)，如在顯示屏上顯示“有人按門(mén)鈴”。2.實(shí)踐操作環(huán)節(jié)：分解模塊，設(shè)計(jì)算法：教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)功能模塊分析，設(shè)計(jì)門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的實(shí)現(xiàn)算法，包括門(mén)鈴端（輸入模塊）如何采集按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)并發(fā)布主題消息，用戶(hù)端（輸出模塊）如何訂閱主題消息并顯示通知，以及計(jì)算模塊（物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)）如何搭建本地MQTT服務(wù)器，讓學(xué)生明確各部分的任務(wù)和邏輯關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬實(shí)現(xiàn)功能：連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠正常連接網(wǎng)絡(luò)，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)置，檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否成功，避免因網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)。搭建本地MQTT服務(wù)器：教師演示使用具備移動(dòng)熱點(diǎn)功能的計(jì)算機(jī)搭建本地MQTT服務(wù)器的過(guò)程，包括安裝相關(guān)軟件、進(jìn)行配置（如設(shè)置服務(wù)器地址、端口號(hào)、用戶(hù)名和密碼等），強(qiáng)調(diào)服務(wù)器配置的關(guān)鍵參數(shù)和注意事項(xiàng)，讓學(xué)生了解服務(wù)器搭建的基本步驟。學(xué)生分組在計(jì)算機(jī)上搭建本地MQTT服務(wù)器，記錄服務(wù)器的相關(guān)信息（地址、端口、用戶(hù)名和密碼），教師巡視各小組，及時(shí)幫助學(xué)生解決遇到的問(wèn)題（如軟件安裝失敗、配置錯(cuò)誤等），確保每個(gè)小組都能成功搭建服務(wù)器，培養(yǎng)學(xué)生的服務(wù)器操作能力。門(mén)鈴端功能實(shí)現(xiàn)：教師講解門(mén)鈴端（輸入模塊）的硬件連接方法，即按鍵傳感器與主控板的連接（如將按鍵傳感器連接到主控板的特定引腳），展示連接示意圖，讓學(xué)生清晰了解硬件連接方式。教師展示門(mén)鈴端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布的主要代碼，逐行解釋代碼含義，如初始化按鍵傳感器、檢測(cè)按鍵狀態(tài)、當(dāng)按鍵按下時(shí)向MQTT服務(wù)器主題發(fā)布消息（“有人按門(mén)鈴”），并設(shè)置延遲時(shí)間防止重復(fù)發(fā)送，讓學(xué)生理解代碼如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和發(fā)布，培養(yǎng)學(xué)生的編程思維。學(xué)生根據(jù)教師講解進(jìn)行硬件連接和程序編寫(xiě)，將編寫(xiě)好的程序燒錄到門(mén)鈴端主控板中，教師檢查學(xué)生硬件連接和程序代碼，確保無(wú)誤后進(jìn)行下一步操作，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。用戶(hù)端功能實(shí)現(xiàn)：教師講解用戶(hù)端（輸出模塊）的硬件連接（主控板用于顯示通知）和程序編寫(xiě)思路，即訂閱MQTT服務(wù)器主題，當(dāng)接收到消息時(shí)在主控板顯示屏上顯示通知內(nèi)容，展示訂閱主題和顯示通知的代碼示例，讓學(xué)生理解用戶(hù)端如何接收和處理數(shù)據(jù)。學(xué)生編寫(xiě)用戶(hù)端程序，連接主控板，將程序燒錄到主控板中，教師巡視指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決程序編寫(xiě)和硬件連接中遇到的問(wèn)題（如訂閱失敗、顯示異常等），確保用戶(hù)端能夠正確接收通知并顯示，培養(yǎng)學(xué)生的編程和調(diào)試能力。小組合作，完善代碼，運(yùn)行驗(yàn)證功能：學(xué)生分組進(jìn)行整體功能的調(diào)試和完善，確保門(mén)鈴端能夠準(zhǔn)確采集按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)并發(fā)布，MQTT服務(wù)器正常工作，用戶(hù)端能夠及時(shí)接收到通知并顯示，教師引導(dǎo)學(xué)生在調(diào)試過(guò)程中觀察系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)，分析可能出現(xiàn)的問(wèn)題并進(jìn)行排查，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。各小組進(jìn)行功能驗(yàn)證，模擬按下門(mén)鈴按鍵，觀察用戶(hù)端是否能正確收到通知，若出現(xiàn)問(wèn)題，小組內(nèi)共同分析原因并解決，教師巡視各小組，對(duì)普遍問(wèn)題進(jìn)行集中講解和指導(dǎo)，確保每個(gè)小組都能成功實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能，讓學(xué)生體驗(yàn)到物聯(lián)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐成就感。 深入了解物聯(lián)系統(tǒng)中的反饋的相關(guān)知識(shí) 通過(guò)幾個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)讓學(xué)習(xí)開(kāi)始掌握本節(jié)課的重點(diǎn)及難點(diǎn)
課堂練習(xí) 提出問(wèn)題：“在模擬門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的過(guò)程中，你遇到了哪些困難？如何解決的？你認(rèn)為門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知系統(tǒng)還可以在哪些方面進(jìn)行改進(jìn)？”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(wèn)題，如服務(wù)器搭建失敗的解決方法、程序邏輯錯(cuò)誤的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)等，引導(dǎo)學(xué)生思考如何提高門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知系統(tǒng)的穩(wěn)定性（如優(yōu)化服務(wù)器配置、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性）、可靠性（如增加數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制）和功能擴(kuò)展性，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新思維。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(wèn)，教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)，強(qiáng)調(diào)在物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化和創(chuàng)新的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中注重系統(tǒng)的性能提升和功能拓展。 提出相關(guān)問(wèn)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(shí) 進(jìn)一步拓展本節(jié)課的學(xué)習(xí)知識(shí)
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，包括物聯(lián)系統(tǒng)中反饋的概念、門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知的工作過(guò)程（感知-網(wǎng)絡(luò)-應(yīng)用層的數(shù)據(jù)流程）、功能模塊組成（輸入、計(jì)算、輸出模塊及功能）以及利用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的實(shí)踐操作要點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)反饋機(jī)制在物聯(lián)系統(tǒng)中的重要作用和MQTT協(xié)議在遠(yuǎn)程通知中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。2.提問(wèn)學(xué)生：“通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你對(duì)門(mén)鈴遠(yuǎn)程通知功能的實(shí)現(xiàn)有了哪些新的認(rèn)識(shí)？在生活中你還能想到哪些類(lèi)似的物聯(lián)網(wǎng)反饋應(yīng)用場(chǎng)景？”引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)自己的學(xué)習(xí)收獲，加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)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(duì)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(yè) （共 2 頁(yè)）
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