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《第9课物联网协议》教学设计
教学内容分析
本节课是2023年浙江教育出版社出版的七年级下册第二单元第9课。本节课分为三个活动:“认识MQTT协议”“MQTT订阅模型”两部分内容组成。学生通过小组合作探究学习逐步掌握本节课的知识点,具备一定的小组合作能力、探究能力、创新能力等,提升信息社会责任,综合提升信息素养。
教学目标及核心素养指向
通过互联网和物联网协议的学习,了解物联网协议(信息意识、信息社会责任)
通过MQTT协议的消息发布/订阅模型的学习,了解应用MQTT协议实现物联网通信的基本过程(信息意识、信息社会责任)
教学重难点
教学重点:
通过互联网和物联网协议的学习,了解物联网协议
设计原因:了解物联网协议是本节课的主要内容,知识点的渗透需要作为重点内容。
教学难点:
通过MQTT协议的消息发布/订阅模型的学习,了解应用MQTT协议实现物联网通信的基本过程
设计原因:MQTT协议的内容对学生来说比较困难,所以此部分对学生来说难度较高,应作为难点内容。
教学过程
1、情境导入(3分钟)
教师活动
学生活动
情境引入:物联网的通信架构建立在互联网之上,需遵循众多互联网中的通信协议,如HTTP、TCP/IP等,为更好地优化通信协议,出现了适用于物联网的CoAP(ConstrainedApplicationProtocol,受限应用协议)、MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport,消息队列遥测传输)等物联网专用通信协议。
大家想一想:
不同类型的设备是如何在网络上实现信息共享和传递的?
你知道物联网是如何实现通信的吗?
学生听教师引导生活中的案例,学生讨论,回答提问
设计意图:
激发学生对网页的学习兴趣并快速进入学习状态。
2、新知讲授(35分钟)
教师活动
学生活动
活动1:认识MQTT协议
物联网协议分为两大类:
①传输协议,一般负责子网内设备间的组网及通信
②通信协议,负责设备通过互联网进行数据交换及通信
通信环境不同,相应支持的协议也不同
HTTP是互联网中使用最广泛的网络通信协议。物联网作为互联网的延伸,早期的物联网通信采用的协议便是HTTP
随着物联网技术的不断发展更节约网络带宽和系统资源的MOTT协议被设计并得以广泛应用。
MQTT协议基于TCP/IP协议,是一种支持在各方之间异步通信的消息协议,其最初的用途是将石油管道上的传感器与卫星相连接。MQTT协议可以在严重受限的设备硬件和高延迟、带宽有限的网络上实现通信,为物联网的多样化应用场景的设计提供了可能
活动2:MQTT订阅模型
MOTT是一种能实现一对多通信的协议,也称发布或订阅型协议。它由3种功能构成:中介、发布者和订阅者。发布者要分发数据时,它会将包含数据的信息发送给中介,中介将信息分发给已订阅该主题的任何订阅者
MOTT订阅模型中,发布者和订阅者起着客户端的作用,中介则承担着转发MOTT通信的服务器的作用,它不存储任何消息。订阅者客户端可以订阅任何消息“主题”订阅后便与中介建立连接;发布者客户端把相应的数据以特定的方式加在主题上进行发送,它只需在消息发布时与中介建立连接发布“主题”消息。
学生通过教师的讲解,以小组合作的方式,开展探讨交流,完成任务
活动1:认识MQTT协议
活动2:MQTT订阅模型
开动脑筋
在MOTT订阅模型中,“订阅者”订阅后为什么需要始终保持连接?
亲身体验
在“智能光照”物联系统原型中,订阅“light”主题消息,并将数据用合适的方式呈现和分享。
设计意图:
培养学生独立思考的能力,提高核心素养。
3、课堂小结(7分钟)
教师活动
学生活动
总结本课内容:
活动1:认识MQTT协议
活动2:MQTT订阅模型
学生一同回答并梳理知识
设计意图:
帮助学生梳理本节课知识,加深学生对知识的理解。
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