第十三课 课门铃通知即时到 教学设计 人教版（2024）初中信息科技八年级全一册.docx

课题

课门铃通知即时到

单元

第三单元

学科

信息技术

年级

八年级

学习目标

1.理解门铃远程通知的工作过程，明确数据在物联系统中的采集（门铃按键状态）、传输（通过网络和MQTT服务器）和反馈（在用户终端显示通知）流程，掌握物联系统中反馈的概念和作用。

2.学会使用物联网服务平台（MQTT服务器）存储和传输数据，能够熟练搭建本地MQTT服务器，掌握在服务器上设置主题、实现发布与订阅功能的方法，以及利用MQTT协议实现门铃远程通知功能的编程操作。

3.掌握门铃远程通知功能的模块组成（输入、计算、输出模块），理解各模块的硬件构成和功能实现，能够根据功能需求设计和编写相应的程序代码，实现门铃状态数据的采集、传输和通知显示。

重点

1.门铃远程通知的工作过程和功能实现，使学生深入理解物联系统中反馈机制的应用，这是掌握智能家居物联网应用的关键。

2.利用物联网服务平台（MQTT服务器）实现门铃远程通知功能的实践操作，包括搭建本地MQTT服务器、设置主题、编写发布和订阅程序代码以及硬件连接（主控板、按键传感器等），确保学生能够成功模拟门铃远程通知过程，体验物联系统的实际运行。

3.门铃远程通知功能的模块组成及各模块功能，让学生清晰把握系统的架构，为进一步学习和设计更复杂的物联系统奠定基础。

难点

1.深入理解物联系统中反馈机制的原理，特别是数据如何在各层之间传递和触发相应动作，涉及到多设备、多环节的协同工作，学生理解起来可能有难度。

2.在实践操作中，正确搭建本地MQTT服务器并进行复杂的配置（如获取服务器地址、端口号、用户名和密码等），以及确保发布和订阅程序的正确性和稳定性，需要学生具备一定的网络知识、编程能力和调试经验，对学生来说可能是一个挑战。

3.理解如何根据不同的通知方式（如蜂鸣器、RGB灯等）选择合适的执行器并修改程序代码实现多样化通知，需要学生综合运用硬件知识和编程技巧，对学生的创新能力和知识迁移能力提出了较高要求。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

展示问题情境中传统门铃和物联门锁门铃的对比，提问学生物联门锁要实现远程通知应如何连接，引发学生思考，引出本节课的主题——门铃远程通知功能的实现，激发学生的学习兴趣，让学生明确本节课将深入探究物联网技术在门铃系统中的应用及反馈机制。

倾听老师引入相关问题

激发学生的学习兴趣，让从问题中进行思考，从而引出本节课的学习内容

讲授新课

一、认识物联系统中的反馈

1.讲解物联系统中反馈的概念，即针对现实世界采取行动的过程，可用于反馈的设备称为输出设备，以门铃远程通知为例，让学生理解反馈是系统实现交互和智能控制的重要环节。

2.组织学生分组讨论“门铃按、通知到”的工作过程，引导学生从感知层（门铃按下，按键传感器采集状态数据）、网络层（通过网络将数据发布至主题，如利用MQTT协议）、应用层（用户终端从主题接收数据并显示通知）三个层面进行分析，每个小组推选一名代表发言，分享小组讨论结果，教师进行总结和补充，确保学生理解门铃远程通知的完整工作流程，培养学生的逻辑思维和团队协作能力。

3.强调远程通知使用MQTT协议的优势（如轻量级、可靠、适用于低带宽和不稳定网络环境等），以及门铃按下作为触发条件的重要性，让学生明白系统各部分之间的协同工作原理。

二、分析门铃远程通知功能

1.介绍门铃远程通知功能由输入、计算、输出三个模块组成，通过表格形式详细讲解各模块的硬件构成和功能：

输入模块：

硬件：主控板和按键传感器。

功能：按键传感器检测门铃按下状态，将状态数据传输给主控板，主控板负责将数据发布至MQTT服务器相应主题，实现数据的采集和初步处理。

计算模块：

硬件：具备移动热点功能的计算机（用于搭建本地MQTT服务器）。

功能：搭建MQTT服务器，设置主题，实现数据的存储、管理和分发，同时处理发布与订阅请求，确保数据在系统中的准确传输和交互。

输出模块：

硬件：主控板（在用户端）。

功能：订阅MQTT服务器相应主题，当接收到数据后，以通知形式提醒用户，如在显示屏上显示“有人按门铃”。

2.实践操作环节：

分解模块，设计算法：

教师引导学生根据功能模块分析，设计门铃远程通知功能的实现算法，包括门铃端（输入模块）如何采集按键状态数据并发布主题消息，用户端（输出模块）如何订阅主题消息并显示通知，以及计算模块（物联网服务平台）如何搭建本地MQTT服务器，让学生明确各部分的任务和逻辑关系，培养学生的系统设计能力。

搭建实验环境，模拟实现功能：

连接无线网络：确保实验设备能够正常连接网络，教师指导学生进行网络连接设置，检查网络连接是否成功，避免因网络问题影响后续实验。

搭建本地MQTT服务器：

教师演示使用具备移动热点功能的计算机搭建本地MQTT服务器的过程，包括安装相关软件、进行