《家电的远程控制》教学案例.docx

《家电的远程控制》教学案例

实验内容分析

学习对象分析

实验教学目标

①通过家电远程控制子系统的搭建，在遇到相关问题时能想到物联网技术在其中可能发挥的作用，接触到相关产品或应用时有主动探索背后可能存在的数据传输方式或基本原理的意识，体会到物联网对学习、生活和工作的影响。（信息意识）

②根据实际的问题情境需求，探究家电远程控制的实现过程并进行归纳、抽象，通过两个掌控板模拟发送端和接收端，发送端将开关指令通过物联网平台将信息传递给接收端，在此过程中理解物联网技术应用的基本过程和实现原理，体验数据处理、传递和应用过程，能在逻辑上理解物联网的运行机制，在探索数据采集、处理和反馈的过程中培养计算思维。（计算思维）

③通过物联网原型搭建，了解适应物联网的实验环境，选择适当的数字资源支持学习，明确在数字化学习环境下如何解决实际的问题，能够根据实际情境需求设计方案，使用相关硬件、软件、平台等完成系统搭建。（数字化学习与创新）

④自觉遵守物联网实验的操作规程，在使用实验设备搭建物联系统原型，通过实验平台读取、发送、接收和使用数据时，养成良好的信息工具使用习惯，在编程实现数据的读取和控制等过程中理解物联网技术带来的信息安全和隐私保护等问题，并理解自主可控对国家安全和物联网技术发展的重要性。（信息社会责任）

重点：根据实验操作单和微课等学习资源，会使用EasyIoT物联网平台进行数据传输与分析、利用掌控板物联网学习套件搭建远程控制家电系统原型，实现简单数据采集、实时传输、控制与数据分析功能，了解物联网系统的三层架构及MQTT协议基本原理。

难点：理解物联网MQTT协议传输应用中基于“发布＼订阅”模式的远程通信原理与方法，并能够利用mPython进行编程实现其功能。

实验整体思路

本课教学重点为家电的远程控制模型搭建、物联网MQTT协议知识等，并在实验探究中内化物联网原理。本课设计了三条教学主线，即两条逻辑暗线：原型搭建过程中知识建构过程、物联网远程控制过程中的数据通信；一条明线：问题与需求驱动，设置递进式任务（如下图）。通过几个探究活动贯穿整个物联网实验教学，用科学原理指导实验，在实验活动中内化物联网原理，形成实践与理论相结合的闭环。

实验资源准备

物联网实验套装（掌控板）、安装mPython编程平台的计算机、教学课件、学生自主学习包（电子实验导学单、微课）。

实验教学过程

1.创设情境问题聚焦，探究物联网通信

知识回顾：智能家居系统1。

背景：使用广播通信方式实现当家人入户时红外感应器感应到有人，会智能开启对应的家电。

师：上节课我们通过什么去感知获取到是否有人来的信息？（师生回顾上节课数据传递的过程）

设计意图：创设基于真实生活的问题情境，回顾广播通信数据传递过程，以问题引领的方式师生共同梳理物联网三层架构，从实际情境中抽象问题，培养学生计算思维能力。

探究活动1：多种物联网通信模式。

师：天气越来越热了，老师想在回家之前提前打开家里的电器，老师家离学校有30多公里，我们上节课学习的无线广播通信方式能不能实现远程控制呢？

展示活动：一个学生在教室里拿着接收端，另一个学生拿着发送端，发送端的学生持续进行数据发送并慢慢远离教室，观察接收端掌控板的灯是否一直亮？

实验结果：当远离教室十几米的时候，接收端灯就灭了。

实验猜想：广播通信是短距离通信方式，无法实现远程通信控制。

探究内容：以远程控制开关灯为例，远程控制使用何种通讯方式？

师：假如一位同学在教室里需要用手机发微信给远在公司的妈妈，那么两个手机如何进行通信？

生：手机需要联网，Wi-Fi、4G、5G。

师（实验小结）：类比于手机通讯联网方式，发送端和接收端也需要联网，实现万物互联的前提是物要联网。接下来，我们一起探究使用Wi-Fi通讯方式实验远程控制。

设计意图：抓住核心问题（物联网通信），引出本节课的主题，核心问题是思维发展的基石，聚焦核心问题，引导学生在实验问题解决的过程中，学会利用学科思维解决实验问题。

2.分析问题设计方案，探究物联网协议

探究活动2：物联网平台。

设计意图：问题与需求驱动，观看视频引导学生发现物联网应用中起到远程通信“桥梁”作用的MQTT服务器，激发学生的探究欲。

师：物联网平台可以实现数据的接收与转发，因此，我们可以把物联网平台看成是远程通信的中介服务器，为了能实现数据的接收与精准转发，需要遵守一定的数据传输规则，这就是物联网传输协议MQTT。MQTT协议（MessageQueuingTelemetryTransport）是一种轻量级、灵活、可靠的开放式消息队列遥测传输协议，通常用于物联网领域的设备间通信，可以理解为客户端和服务器端约定好的数据通信规则。MQTT协议是一种基于发布/订阅模式的消息传输协议，即发布者（发送端）发送一个消息到Topic，接收端订阅这