第09课 互联协议仍沿用 教学设计 2024—2025学年人教版（2024）初中信息技术八年级全一册

第9课 互联协议仍沿用 一、教学目标 1.了解HTTP通信的基本过程，认识传统互联网协议在物联系统中的局限性。 2.了解物联系统从互联网中获取数据的方法，会使用应用程序接口。 二、教学重点与难点 教学重点 1.掌握HTTP通信的基本过程。 2.学会物联系统从互联网获取数据的方法及应用程序接口的使用。 教学难点 1.理解传统互联网协议在物联系统中的局限性。 2.解决在使用应用程序接口过程中可能遇到的问题。 三、教学准备 1.制作PPT课件，展示HTTP通信过程的图片、原理图和应用案例。 2.准备电脑及网络环境，用于演示从互联网获取数据的过程。 3.收集一些开放的应用程序接口（API）资料。 4.设计一些与HTTP通信和物联系统获取数据相关的问题卡片。 四、教学过程 （一）导入新课 师：同学们，我们已经了解了物联网的很多知识，知道物联网中的设备可以相互通信和交换数据。但是，大家有没有想过，物联系统是如何从互联网中获取数据的呢？在这个过程中，又会用到哪些协议呢？今天，我们就一起来探讨物联系统从互联网获取数据的方法，以及其中一个重要的协议——HTTP。 （展示一些物联系统从互联网获取数据的场景图片，如智能手表显示天气预报、智能家居设备根据网络时间自动调整等，激发学生的学习兴趣。） （二）新课讲解 1.HTTP通信简介 （1）定义 师：HTTP（HypertextTransferProtocol），即超文本传输协议，是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。它是互联网上最常用的协议之一，主要用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本数据，如网页、图片、视频等。 （展示HTTP协议的概念图，让学生直观地了解其定义。） （2）发展历程 师：HTTP协议最早由蒂姆·伯纳斯·李于1989年在欧洲核子研究组织（CERN）提出，目的是为了方便科学家之间共享研究成果。随着互联网的发展，HTTP协议也在不断地演进和完善。 HTTP/0.9：这是HTTP协议的第一个版本，只支持简单的文本传输，没有请求头和响应头。 HTTP/1.0：这个版本增加了请求头和响应头，支持多种数据类型的传输，如图片、音频、视频等。同时，还引入了状态码，用于表示服务器的响应状态。 HTTP/1.1：这是目前使用最广泛的HTTP版本，它在HTTP/1.0的基础上进行了很多改进，如增加了持久连接、管道化传输、分块传输编码等功能，提高了传输效率和性能。 HTTP/2：HTTP/2是对HTTP/1.1的重大升级，它采用二进制分帧层，实现了多路复用、头部压缩、服务器推送等功能，进一步提高了传输效率和性能。 HTTP/3：HTTP/3基于QUIC协议，使用UDP代替TCP作为传输层协议，具有更低的延迟和更高的可靠性。 （通过图片和文字介绍，展示HTTP协议的发展历程，让学生了解HTTP协议的不断进步和完善。） （3）工作原理 师：HTTP通信是基于客户端服务器模型的。客户端（通常是Web浏览器）向服务器发送请求，服务器接收请求并返回响应。HTTP通信的基本过程如下： 建立连接：客户端通过TCP/IP协议与服务器建立连接。在建立连接之前，客户端需要知道服务器的IP地址和端口号。一般情况下，Web服务器的端口号是80（HTTP）或443（HTTPS）。 发送请求：客户端向服务器发送HTTP请求，请求包括请求方法、请求URL、请求头和请求体。请求方法表示客户端对服务器的操作，如GET（获取资源）、POST（提交数据）、PUT（更新资源）、DELETE（删除资源）等。请求URL表示客户端要请求的资源的地址。请求头包含了一些关于请求的元数据，如客户端的类型、接受的数据类型、语言等。请求体包含了客户端要提交给服务器的数据，如表单数据、文件等。 处理请求：服务器接收到客户端的请求后，根据请求方法和请求URL确定要处理的资源，并对请求进行处理。服务器处理请求的过程可能包括读取数据库、执行脚本、生成动态内容等。 返回响应：服务器处理完请求后，向客户端返回HTTP响应，响应包括响应状态码、响应头和响应体。响应状态码表示服务器对请求的处理结果，如200（成功）、404（未找到资源）、500（服务器内部错误）等。响应头包含了一些关于响应的元数据，如服务器的类型、响应的数据类型、长度等。响应体包含了服务器返回给客户端的数据，如网页内容、图片、视频等。 关闭连接：客户端接收到服务器的响应后，根据HTTP协议的规定，可以选择关闭连接或者保持连接。如果是短连接，客户端在接收到响应后会立即关闭连接；如果是长连接，客户端可以在一段时间内保持连接，以便后续的请求可以复用这个连接。 （通过示意图和动画演示，详细讲解HTTP通信的工作原理，让学生了解HTTP通信的基本过程。） 2.传统互联网协议在物联系统中的局限性 （1）资源消耗大 师：传统互联网协议如HTTP通常是为了满足Web浏览等大规模数据传输的需求而设计的，在物联系统中，很多设备的资源有限，如存储空间小、处理能力弱、电池电量有限等。使用传统互联网协议会消耗大量的资源，如内存、CPU时间、网络带宽等，这可能会导致设备性能下降、电池寿命缩短等问题。 （展示一些资源有限的物联设备图片，如传感器节点、智能手表等，让学生直观地了解传统互联网协议在物联系统中的资源消耗问题。） （2）实时性差 师：物联系统中的很多应用需要实时的数据传输和处理，如工业自动化、智能交通等。传统互联网协议通常采用请求响应模式，客户端需要主动发起请求才能获取数据，这种模式的实时性较差，不能满足物联系统的实时性要求。 （展示一些需要实时数据传输的物联系统应用场景图片，如智能工厂中的生产线监控、智能交通中的车辆导航等，让学生直观地了解传统互联网协议在物联系统中的实时性问题。） （3）安全性低 师：物联系统中的设备通常连接到公共网络，容易受到黑客攻击和恶意软件的感染。传统互联网协议在安全性方面存在一些不足，如缺乏对设备身份的认证、数据加密强度不够等。这可能会导致物联系统中的数据被窃取、篡改或破坏，影响物联系统的安全性和可靠性。 （展示一些物联系统受到黑客攻击的案例图片，如智能家居设备被黑客控制、智能汽车被远程攻击等，让学生直观地了解传统互联网协议在物联系统中的安全性问题。） 3.物联系统从互联网获取数据的方法 （1）使用HTTP请求 师：物联系统中的设备可以通过发送HTTP请求来从互联网获取数据。这种方法的优点是简单易用，很多物联设备都支持HTTP协议。但是，如前所述，使用HTTP请求会消耗大量的资源，实时性也较差。 （通过实际案例演示，如一个物联设备通过HTTP请求获取天气预报数据，让学生了解物联系统使用HTTP请求从互联网获取数据的方法。） （2）使用应用程序接口（API） 师：应用程序接口（API）是一组定义了软件组件之间交互方式的规范。物联系统中的设备可以通过调用互联网上的API来获取数据。这种方法的优点是可以实现更加灵活和高效的数据获取，同时也可以提高物联系统的可扩展性和兼容性。但是，使用API需要一定的编程知识和技能，对于一些资源有限的物联设备来说可能比较困难。 （展示一些开放的API平台，如天气API、地图API等，让学生了解物联系统使用API从互联网获取数据的方法。） （3）使用消息队列遥测传输（MQTT）协议 师：MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport）是一种轻量级的发布/订阅消息传输协议，专门为资源有限的设备和低带宽、高延迟的网络环境设计。物联系统中的设备可以通过MQTT协议订阅互联网上的主题，当有新的数据发布到该主题时，设备就可以接收到数据。这种方法的优点是资源消耗小、实时性高、安全性好，非常适合物联系统中的数据获取。但是，使用MQTT协议需要一定的编程知识和技能，同时也需要一个MQTT服务器来支持。 （展示MQTT协议的工作原理图，让学生了解物联系统使用MQTT协议从互联网获取数据的方法。） 4.互联网中天气数据实践探索 （1）实践目的 师：通过本次实践探索，让学生亲身体验物联系统从互联网获取天气数据的过程，掌握使用HTTP请求和API从互联网获取数据的方法。 （2）实践器材 电脑一台。 网络连接。 （3）实践步骤 使用HTTP请求获取天气数据： 打开浏览器，输入一个提供天气数据的网站地址，如中国天气网。 在网站上找到天气查询功能，输入要查询的城市名称。 观察浏览器地址栏中的URL，可以看到一些参数，如城市代码、日期等。这些参数是用来向服务器发送请求的。 按下回车键，浏览器会向服务器发送HTTP请求，服务器会返回响应，其中包含了天气数据。 观察浏览器显示的天气数据，了解HTTP请求获取天气数据的过程。 使用API获取天气数据： 注册一个提供天气API的平台，如和风天气。 获取API的密钥（Key），这是调用API的凭证。 查看API的文档，了解API的调用方法和参数。 使用编程语言（如Python）编写代码，调用天气API，传入城市名称等参数。 运行代码，观察输出的天气数据，了解使用API获取天气数据的过程。 （4）注意事项 在使用HTTP请求获取天气数据时，要注意选择可靠的天气网站，避免访问不安全的网站。 在使用API获取天气数据时，要注意保护API的密钥，不要泄露给他人。同时，要遵守API的使用条款和限制，避免滥用API。 （三）巩固练习 1.HTTP知识问答 （1）将学生分成若干小组，每个小组推选一名代表。 （2）教师准备一些与HTTP通信相关的问题，如HTTP请求的方法有哪些、HTTP响应状态码的含义是什么、HTTP协议的版本有哪些等。 （3）每个小组的代表依次回答问题，答对一题得一分，答错一题扣一分。 （4）最后得分最高的小组获胜，教师给予奖励。 （通过知识问答的方式，巩固学生对HTTP通信知识的掌握，提高学生的学习积极性和竞争意识。） 2.物联系统数据获取实验 （1）教师准备一些物联设备模拟软件，如虚拟传感器、虚拟智能手表等。 （2）学生分成小组，进行物联系统数据获取实验。每个小组的任务是选择一种物联设备模拟软件，使用HTTP请求或API从互联网获取数据，并将获取的数据显示在物联设备上。 （3）学生在小组内进行实验和记录，完成任务后提交实验报告。 （4）教师对学生的实验报告进行评价，总结学生在实验过程中遇到的问题和解决方法。 （通过实验的方式，让学生亲身体验物联系统从互联网获取数据的过程，提高学生的实践操作能力和问题解决能力。） 3.API应用创意设计 （1）教师提出一个设计任务，如设计一个基于API的物联系统应用，如智能农业灌溉系统、智能家庭能源管理系统等。 （2）学生分成小组，进行API应用创意设计。每个小组可以根据自己的兴趣和特长，选择不同的设计方向，如环境监测、健康管理、交通出行等。 （3）学生在小组内进行讨论和设计，绘制系统架构图，撰写设计说明。 （4）每个小组推选一名代表进行展示，介绍自己小组的设计方案。 （5）其他小组的学生对展示的方案进行评价，提出优点和不足之处。 （6）教师对每个小组的方案进行点评，评选出最佳设计方案。 （通过创意设计的方式，培养学生的创新思维和实践能力，让学生将所学的API知识应用到实际问题中。） （四）课堂小结 师：同学们，今天我们一起学习了HTTP通信的基本过程、传统互联网协议在物联系统中的局限性以及物联系统从互联网获取数据的方法。通过学习，我们了解了HTTP协议的定义、发展历程和工作原理，认识到了传统互联网协议在物联系统中的局限性，掌握了物联系统从互联网获取数据的方法，包括使用HTTP请求、API和MQTT协议。同时，我们还通过实践探索，亲身体验了物联系统从互联网获取天气数据的过程。希望同学们在今后的学习和生活中，能够关注物联系统的发展，积极探索物联系统与互联网的融合，为推动物联系统的发展做出自己的贡献。 （五）作业布置 1.查阅资料，了解更多关于物联系统从互联网获取数据的方法，并选择一种方法进行深入研究，写一篇短文。 2.思考如何利用物联系统从互联网获取的数据来解决生活中的实际问题，提出一个创意方案，并撰写方案说明。 五、板书设计 1.HTTP通信简介（定义、发展历程、工作原理） 2.传统互联网协议局限性 3.物联系统获取数据方法 4.天气数据实践要点 六、课后反思 在本节课的教学中，通过多种教学方法的运用，如讲解、演示、实践操作、小组讨论等，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习积极性和参与度。在新课讲解环节，对HTTP通信的基本过程、传统互联网协议在物联系统中的局限性以及物联系统从互联网获取数据的方法进行了详细的讲解，使学生对物联系统与互联网的融合有了较为全面的认识。在巩固练习环节，通过知识问答、实验操作和创意设计等活动，巩固了学生对所学知识的掌握，提高了学生的实践操作能力和创新思维能力。 然而，在教学过程中也存在一些不足之处。例如，在讲解传统互联网协议在物联系统中的局限性时，由于这部分内容比较抽象，学生理解起来有一定的难度。在今后的教学中，可以多采用一些具体的案例和对比分析的方法，帮助学生更好地理解传统互联网协议在物联系统中的局限性。另外，在实践操作环节，部分学生在使用API从互联网获取数据时遇到了一些问题，如API调用失败、数据解析错误等。在今后的教学中，可以提前对API的使用方法和注意事项进行更加详细的讲解，同时加强对学生的指导，及时解决学生在实践操作中遇到的问题。 总之，通过本节课的教学，我对信息科技教学有了更深入的认识和理解。在今后的教学中，我将不断改进教学方法，提高教学质量，为学生的成长和发展贡献自己的力量。 学科网（北京）股份有限公司 $$