第第頁人教版（2024）八年級全一冊信息科技第10課《物物互通有新徑》教案課程名稱：第10課物物互通有新徑年級：八年級課時：45分鐘一、教學目標分析知識與技能1.能夠準確描述MQTT的通信機制，明確發(fā)布者、訂閱者和服務器三者的角色及關系。2.能夠熟練使用物聯(lián)網服務平臺（如“掌控IOT中小學物聯(lián)網實驗平臺”）完成訂閱功能的操作，包括注冊登錄、添加項目與主題、設備配置及代碼燒錄。過程與方法1.通過類比郵政系統(tǒng)理解MQTT通信模型，培養(yǎng)抽象思維與跨學科聯(lián)想能力。2.通過實踐操作在線MQTT服務器，提升數(shù)字化工具應用能力及問題解決能力。情感態(tài)度價值觀1.激發(fā)對物聯(lián)網技術的興趣，感受現(xiàn)代通信協(xié)議在智能設備互聯(lián)中的重要性。2.培養(yǎng)嚴謹?shù)倪壿嬎季S和團隊協(xié)作意識，在動手實踐中體驗科技的實用性與創(chuàng)新性。二、教學內容及重點教學重點1.深入理解MQTT的發(fā)布-訂閱機制，掌握發(fā)布者、服務器、訂閱者的協(xié)同工作流程。2.能獨立完成在線MQTT服務器的訂閱功能操作，包括硬件連接、平臺配置及代碼調試。教學難點1.從實際物聯(lián)網場景中抽象出MQTT通信模型，理解不同協(xié)議（如HTTP、MQTT）的適用場景差異。2.調試MQTT訂閱功能時的常見問題排查，如網絡連接失敗、主題訂閱錯誤等。三、教學過程設計教學過程教學內容教學方法情景導入（5分鐘）師：同學們知道在物聯(lián)網中，為什么需要專門的協(xié)議來處理設備的連接和數(shù)據(jù)的傳輸呢？師：在物聯(lián)網里，設備類型繁雜，通信需求多樣，不同設備硬件、傳輸能力差異大。專門協(xié)議能規(guī)范設備連接流程，讓五花八門的設備順利“握手”；還能保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、安全性與高效性，應對物聯(lián)網多場景、大數(shù)據(jù)量的傳輸需求，要是沒有統(tǒng)一協(xié)議，設備間會像“語言不通”，無法協(xié)同工作，所以得靠專門協(xié)議打通物物互通的“新徑”，讓物聯(lián)網高效運轉。師：本節(jié)課的學習內容包括：了解MQTT的通信機制、體驗物聯(lián)網服務平臺。師：我們將圍繞下面兩個問題展開今天的學習：MQTT的通信機制是什么？如何利用物聯(lián)網服務平臺實現(xiàn)訂閱功能？問題導向學習法知識點1：了解MQTT通信機制（10分鐘）師：首先，先來了解MQTT通信機制。MQTT采用發(fā)布訂閱的通信機制，在這個機制中有三個角色，分別是發(fā)布者、服務器和訂閱者。發(fā)布者和訂閱者并不直接向彼此發(fā)布或訂閱消息，而是由發(fā)布消息的客戶端向MQTT服務器管理的主題上傳數(shù)據(jù)，服務器向訂閱該主題的客戶端發(fā)送消息。如圖所示，訂閱者1預先訂閱了主題一，發(fā)布者A發(fā)布主題一后，MQTT服務器就會把消息傳遞給訂閱者1；訂閱者2預先訂閱了主題二，發(fā)布者B發(fā)布主題二后，MQTT服務器就會把消息傳遞給訂閱者2；訂閱者3也可以在發(fā)布者A發(fā)布主題一后，再訂閱主題一。師：為了更直觀理解，把MQTT服務器理解為郵政局，訂閱者理解為訂報客戶，發(fā)布者理解為報紙出版機構。報紙出版機構每天都會出版新報紙，并送至郵政局；如果客戶訂購了一年的報紙，郵政局會每天將新出版的報紙送到客戶地址，而不需要客戶每天重復訂購。師：現(xiàn)在請同學們思考，在不同的物聯(lián)網場景中，你認為使用哪種協(xié)議更合適？為什么？生：分組討論并回答（如智能農業(yè)用MQTT，因設備多、需低功耗）。師：HTTP協(xié)議在智能辦公場景中，易與辦公系統(tǒng)集成，支持多種數(shù)據(jù)格式，開發(fā)調試輕松，助力辦公自動化；于智能零售場景，能便捷對接電商、支付系統(tǒng)，通用性強，滿足商業(yè)交互需求。師：MQTT協(xié)議在智能物流里，可應對大量設備連接，低功耗特性契合物流中眾多傳感器實時傳輸數(shù)據(jù)的要求；在環(huán)境監(jiān)測方面，其數(shù)據(jù)包小，節(jié)省流量，還支持離線存儲，保障數(shù)據(jù)完整連續(xù)，適合長期、不間斷的環(huán)境數(shù)據(jù)采集。了解這些，能助我們按需選用協(xié)議，實現(xiàn)高效物物互通。講授法、類比法、討論法知識點2：體驗物聯(lián)網服務平臺（10分鐘）師：另外，MQTT服務器是連接發(fā)布者和訂閱者的橋梁，是信息的存儲基地。在實踐中，既可以選擇在線MQTT服務器作為物聯(lián)網服務平臺，也可以搭建本地MQTT服務器。搭建本地MQTT服務器可以直觀感受MQTT讀取和交換數(shù)據(jù)的過程，而在線MQTT服務器使用比較方便，也會提供較多的服務。師：MQTT需要有服務器支持發(fā)布者與訂閱者之間的通信。在線MQTT服務器的優(yōu)點是使用方便，且具有數(shù)據(jù)可視化、分析等功能，缺點是需要注冊。搭建本地MQTT服務器的優(yōu)點是不用注冊，可以運行后直接使用，缺點是操作相對煩瑣，功能也比較簡單。對比分析法、案例教學法學習活動1：利用MQTT實現(xiàn)訂閱功能（10分鐘）師：現(xiàn)在我們利用在線MQTT服務器，用戶在訂閱MQTT的主題后，可以接收MQTT服務器發(fā)送的消息。師：本實驗活動需要用到的物聯(lián)實驗設備有一塊主控板和MQTT服務器。師：現(xiàn)在我們來認識一下在線MQTT服務器。第一步，注冊并登錄平臺，輸入手機號和驗證碼，記住用戶名和密碼。師：第二步:添加項目和主題。在MQTT服務器中建立一個項目，如“體驗MQTT”。師：然后添加主題,主題ID是由數(shù)字和字母組成的字符串。師：第三步，添加設備，記錄系統(tǒng)生成的設備ID、用戶名和密碼，這些信息就像設備的“身份證”，這些參數(shù)后面我們編寫程序時會用到。師：現(xiàn)在我們來實現(xiàn)MQTT訂閱功能。首先手機設置移動熱點，例如網絡名稱設為“moewifi”，密碼“Mqtt1601”，當然名稱和密碼可自由設定，或者直接使用環(huán)境中可用的非5G移動網絡。師：打開mPython軟件，單擊mPython的“教程”→教程案例→義務教育指南八年級代碼→圖形化程序→第二單元→第10課物物互通有新徑→學習活動1.mxml，點擊“加載”。首先配置連接Wi-Fi，設定MQTT服務器為“iot#mypython#cn”、端口1883，client_id等參數(shù)；接著判斷MQTT連接狀態(tài)，連接則顯示屏顯“已連接”，未連接顯“未連接”；同時訂閱主題“5b47fv4CX”，收到該主題消息時，將消息存到變量msg并在顯示屏顯示。師：代碼版如圖所示。師：單擊mPython的刷入，將程序下載到主控板中。師：燒錄完成后，在MQTT服務器主題管理界面發(fā)送消息“您好”，觀察主控板是否顯示消息。任務驅動法、實踐操作法、小組協(xié)作法拓展深化，回歸生活（5分鐘分鐘）師：除了在線服務器，我們還可以搭建本地MQTT服務器，實現(xiàn)訂閱功能。自主探究法、拓展延伸法課后作業(yè)（2分鐘）師：請完成課后作業(yè)：手繪MQTT通信機制圖，用簡單圖形代表發(fā)布者、服務器、訂閱者，箭頭表示消息傳遞方向，并標注各部分作用。例如：發(fā)布者→服務器（發(fā)送消息），服務器→訂閱者（轉發(fā)消息）。課堂小結與評價（3分鐘）師：本節(jié)課，我們了解了MQTT的通信機制，認識了發(fā)布者、訂閱者和服務器之間的關系，并且利用物聯(lián)網服務平臺實現(xiàn)了訂閱功能。教學反思1.反思點：部分學生對抽象的通信機制理解困難，類比郵政系統(tǒng)雖有