中小学教育资源及组卷应用平台 第2.3课《物联网中的协议》教学设计 课题 物联网中的协议 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 八年级 核心素养目标 信息意识：能认识到物联网协议是设备间通信的“语言”，理解不同协议的应用场景差异，并能根据实际需求选择合适的通信方式。计算思维：通过分析物联网MQTT协议，能将复杂通信问题拆解为可解决的步骤，初步形成用协议思维解决实际问题的能力。数字化学习与创新：能利用开源物联网平台采集数据，设计简单的智能场景，体验从概念到原型的创新实践。信息社会责任：能意识到物联网协议安全的重要性，讨论技术滥用风险，树立“技术应为社会造福”的伦理观。 教学重点 通过分析物联网MQTT协议，能将复杂通信问题拆解为可解决的步骤，初步形成用协议思维解决实际问题的能力。 教学难点 能意识到物联网协议安全的重要性，讨论技术滥用风险，树立“技术应为社会造福”的伦理观。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 第2.1课 物联网中的协议学习目标：知道物联网的数据通过协议进行传输。了解物联网中的协议———MQTT 。能够采集数据，并通过 MQTT 传输。 观看视频。 课程新知导入。 帮助学生初步理解本课研究内容。 讲授新课 新知讲解：一、物联网特征及架构在日常生活中，我们会邮寄物品给远方的亲朋好友。作为物品发送方，我们只需要提供物品的邮寄地址给邮局，邮局自会按照提供的邮寄地址发送物品给接收方。在这一过程中，发送方、邮局、接收方都遵守相关规则和约定，从而保证邮寄的物品能够安全准确到达。相似地，物联网数据的发送和接收过程也需要一个类似“邮局”的角色提供支持，即通信协议。思考：物联网中感知的数据能够安全准确地到达服务器端，提供给用户使用，这中间需要做哪些工作呢？在物联网中，确保感知数据安全、准确地传输到服务器并最终提供给用户，需要多个环节协同工作：首先，终端设备采集数据并加密封装；其次，通过合适的通信协议（如MQTT、CoAP）和网络（如Wi-Fi、5G）传输，并借助加密（TLS）和身份认证保障安全；随后，服务器接收、解析并存储数据，进行清洗和分析；最后，通过权限控制和可视化工具将数据安全地交付给用户。通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定，而物联网通信协议主要负责物联网设备之间以及物联网设备和服务器之间的数据交换。目前物联网应用最为广泛的协议是MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)。物联网使用MQTT可以实现物与物的连接，只要控制端(信息发布者)和被控制端(信息订阅者)发送和订阅的是同一个主题，就可以互相沟通。阅读MQTT是一种基于发布/订阅(Publish/Subscribe)模式的“轻量级”通信协议，也是基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。服务器为“代理Broker”，客户可以是信息发布者Publish或订阅者 Subscribe。每个客户端都可以连接到代理，当发布者需要发布新数据时，通常会将包含数据的控制消息发送到连接的代理(服务器)，再由代理将信息分发给已订阅该主题的任何客户端(图2-3-1)。依靠温度传感器制作的采集装置虽然可以实时采集水泥地和草地的环境温度数据，但是必须人工手动记录，且无法做到实时对比。如果我们将这些数据发送到物联网应用平台上，就可以在应用终端实时观测两者的环境温度情况。二、做中学实验目的：采集环境温度数据，并上传物联网平台，随时查看。实验要求：实时采集环境温度数据；本地显示，物联网平台读取数据。实验器材：如表 2-3-1所示。表2-3-1序号设备数量1行空板实验平台12数字温湿度传感器2实验步骤： 步骤一：设备及电路连接。将设备安装好，并连接电路。 步骤二：平台设置。 (1)登录界面。 使用数据线连接电脑US ... ...
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