第三单元 第13课《门铃通知即时到》教学设计2024-2025学年人教版（2024）初中信息科技八年级全一册

第13课 门铃通知即时到 课 题 第三单元 第13课 门铃通知即时到 应到人数 实到人数 课 型 新授课 备课时间 上课时间 教 材 分 析 本节课是八年级全一册中物联网实践与探索单元的重要实践课程，主要围绕门铃远程通知功能展开。通过学习门铃远程通知的工作过程，学生能够深入理解物联系统中的反馈机制，进一步掌握物联网服务平台在数据存储和传输方面的应用，同时提升学生的实践操作能力，为学生今后学习更复杂的物联网应用开发奠定基础。门铃远程通知功能作为物联网在智能家居领域的典型应用，有助于培养学生将物联网技术应用于实际生活的意识，提高学生解决实际问题的能力，使学生更好地适应数字化时代对物联网技术人才的需求。 学 情 分 析 学生在之前的课程中已经学习了物联网的基本概念、MQTT 协议等相关知识，对物联系统的组成和数据传输方式有了一定的了解，但对于物联系统中的反馈机制以及如何利用物联网服务平台实现具体功能（如门铃远程通知）缺乏深入认识。他们具备一定的编程基础和逻辑思维能力，但在面对新的硬件设备（如按键传感器）和复杂的功能实现（如 MQTT 服务器的搭建和配置）时，需要进一步学习和实践。 核 心 素 养 目 标 信息意识：在了解门铃远程通知工作过程中，提高对信息传输（从门铃端到用户端）和反馈（用户端收到通知）的认识，学会从信息交互的角度理解物联系统如何实现远程通知，如意识到数据在系统中的流动路径和反馈对用户的价值。 计算思维：在分析门铃远程通知功能的实现过程中，学会运用逻辑思维梳理输入、计算、输出模块之间的数据处理和控制逻辑，培养计算思维中的问题分析和抽象概括能力，如总结数据采集（按键传感器）、传输（通过 MQTT 服务器）、处理（服务器对消息的管理和分发）和反馈（用户端显示通知）的基本流程，理解程序如何实现远程通知功能。 数字化学习与创新：鼓励学生通过查阅资料、小组讨论、实践操作等方式，自主学习门铃远程通知功能的相关知识，包括反馈机制、MQTT 服务器搭建、硬件连接、编程实现等，提高数字化学习的实践能力和创新技能，如学会从互联网上获取物联网技术资料，筛选有用信息，并结合实践操作进行理解和应用，培养自主学习和终身学习的意识。 信息社会责任：在学习和实践门铃远程通知功能的过程中，引导学生树立正确的价值观和责任意识，了解物联网应用中的安全风险（如 MQTT 服务器安全漏洞、用户信息泄露），增强信息安全和法律意识，遵守物联网应用的道德规范和法律法规，积极保护个人隐私和家庭安全。 教学重点 理解门铃远程通知的工作过程，包括输入模块（按键传感器采集门铃状态数据并发布消息）、计算模块（MQTT 服务器实现数据存储、处理和转发）、输出模块（主控板订阅消息并通知用户）之间的协同工作原理，通过分析功能模块和实际操作，掌握门铃远程通知功能实现的关键环节和数据流向。 教学难点 培养学生在门铃远程通知功能实现中的创新思维和综合应用能力，如在拓展与提升部分，引导学生设计并实现其他通知方式，涉及到执行器的选择、程序的修改和优化等多方面知识和技能的综合应用，提高学生解决实际问题的能力和创新能力，激发学生对物联网技术创新应用的兴趣。 教 法 讨论交流、讲解法、演示法、任务驱动法 学 法 交流讨论法、动手实践 教学准备 教师准备可联网的计算机 学生准备:预习本节课内容 教 学 过 程 二次备课 三次备课 一、新课导入 播放一段门铃远程通知的视频，展示用户在外出时通过手机收到门铃被按下的通知，提问学生：“传统门铃只能在家中听到，而现在的门铃可以远程通知我们，这是如何实现的呢？” 引发学生对门铃远程通知功能的兴趣。 简单介绍门铃远程通知在智能家居中的便利性和实用性，强调其是物联网技术在日常生活中的具体应用，引出本节课的主题 —— 门铃通知即时到，让学生对即将学习的门铃远程通知工作过程和实现方法充满期待。 1. 2. 3. 二、讲授新课 学习活动1 结合视频内容，讲解物联系统中反馈的概念，将其类比为人体的神经系统对外部刺激的反应，如人体感觉到热会出汗，而物联系统通过反馈可以让用户了解系统中数据的利用情况。以门铃远程通知为例，当有人按门铃时，屋内响铃和手机收到通知都是反馈的表现形式，它们让用户知道门铃被按下这一事件，从而可以采取相应的行动（如开门或查看门外情况）。 详细介绍物联系统中常见的反馈方式：可视化反馈和通知反馈。通过实例说明可视化反馈，如在智能家电中，用户可以通过手机 APP 查看家电的运行状态（如空调的温度设置、洗衣机的剩余洗涤时间等），并根据这些信息做出决策（如调整温度、添加衣物等）；对于通知反馈，以门铃远程通知为例，系统实时检测门铃状态，当门铃被按下时，将 “有人按门铃” 的信息传送到用户的智能终端（手机或其他设备），以声音、文字消息等形式提醒用户。引导学生思考在不同场景下，这两种反馈方式的适用情况，如在需要用户及时响应的情况下（如门铃通知），通知反馈更为合适；而在需要用户详细了解系统状态并进行决策时（如智能家居设备管理），可视化反馈更具优势，培养学生对反馈方式的理解和应用能力。 组织学生分组讨论门铃远程通知系统中的反馈，引导学生从输入（门铃被按下这一事件如何被系统感知）、计算（系统如何处理门铃状态数据）、输出（通知如何发送到用户端）三个方面分析反馈的实现过程。在讨论过程中，教师巡视各小组，参与部分小组的讨论，引导学生理解以下过程：当有人按门铃时，按键传感器采集到门铃状态的变化（输入），将其转换为电信号并传输给主控板，主控板将数据处理后发布消息到 MQTT 服务器（计算），MQTT 服务器根据订阅关系将消息转发给用户端的主控板，用户端主控板接收到消息后通过屏幕显示或声音提示等方式通知用户（输出）。每个小组选派代表分享讨论结果，教师对各小组的分析进行点评和补充，确保学生能够清晰地理解门铃远程通知系统中的反馈机制，培养学生的逻辑思维能力和团队协作能力。 学习活动2 任务 1：将按门铃信息发布至 MQTT 服务器 展示主控板 A、按键传感器和具备移动热点功能的计算机，介绍它们在门铃远程通知系统中的作用。详细讲解主控板 A 与按键传感器的连接方法，包括引脚的对应关系（如将按键传感器连接到主控板 A 的 pin0 接口）和连接注意事项（如确保连接牢固，避免虚接导致信号传输不稳定），同时演示主控板 A 与计算机的 Wi-Fi 连接设置过程，提醒学生注意 Wi-Fi 名称和密码的正确输入，确保主控板 A 能够成功连接到服务器的 Wi-Fi 网络，培养学生的硬件连接技能。 引导学生回顾 MQTT 协议和服务器的相关知识，讲解如何在主控板 A 上建立与 MQTT 服务器的连接，包括配置服务器地址、端口号、设备 ID、用户名和密码等参数。在配置过程中，强调参数的准确性和重要性，如错误的服务器地址或端口号将导致连接失败，同时提醒学生注意保护用户名和密码的安全，培养学生的网络配置能力和信息安全意识。 展示图 13.3 中的代码，向学生详细讲解将按门铃信息发布至 MQTT 服务器的程序逻辑。首先，解释代码中导入的 button 类的作用，它用于控制按键传感器的操作。然后，逐行讲解程序代码：bt = button (0) 表示初始化连接到 pin0 接口的按键传感器；while True 循环用于持续检测按键状态；if bt.status () == 1 判断按键是否被按下，如果按下，则通过 mqttclient.publish 函数向 MQTT 服务器的 “Door/Bell” 主题发布消息 “有人按门铃”；time.sleep (5) 的作用是等待 5 秒，防止因按键抖动或重复按下导致消息重复发送。在讲解过程中，通过提问的方式，让学生思考每个代码步骤的目的和作用，如 “为什么要使用循环检测按键状态？”“如何避免消息误发？” 等，帮助学生深入理解程序与硬件之间的交互逻辑，培养学生的编程思维能力。 学生将编写好的程序烧录到主控板 A 中，连接按键传感器并进行功能测试。在测试过程中，学生按下按键传感器，观察 MQTT 服务器是否能收到 “有人按门铃” 的消息。如果服务器未收到消息，教师引导学生从硬件连接（如按键传感器是否正常工作、主控板 A 与服务器的 Wi-Fi 连接是否稳定）、程序代码（如消息发布函数的参数设置是否正确、循环逻辑是否正确）等方面进行排查，帮助学生解决问题，确保消息能够准确发布到 MQTT 服务器，培养学生的实践动手能力和问题解决能力。 任务 2：从 MQTT 服务器订阅按门铃的信息并显示 介绍主控板 B 在用户端的作用，指导学生将主控板 B 连接到服务器的 Wi-Fi 网络，确保其与服务器能够正常通信。在连接过程中，提醒学生注意 Wi-Fi 设置的一致性（与主控板 A 连接的是同一 Wi-Fi 热点），培养学生的网络连接技能。 讲解在主控板 B 上如何订阅 MQTT 服务器的 “Door/Bell” 主题，包括配置订阅参数（如主题名称、回调函数等）。强调订阅主题是接收门铃通知的关键步骤，只有正确订阅了主题，才能接收到服务器转发的消息，培养学生的服务器操作能力。 展示图 13.4 中的代码，详细讲解从 MQTT 服务器订阅按门铃信息并显示的程序逻辑。首先，解释定义的 receivedfunction 函数的作用，它是用于处理接收到的主题消息的回调函数，当收到 “Door/Bell” 主题的消息时，该函数将被自动调用。在函数内部，通过 mqttclient.message 函数获取接收到的消息内容，并使用 if 语句判断消息是否为 “有人按门铃”，如果是，则使用 oled.print 函数将消息显示在主控板 B 的屏幕上，同时使用 time.sleep (5) 和 oled.clear () 函数控制消息显示的时间和清除屏幕，以便下一次通知显示。然后，讲解 mqttclient.received 函数的功能，它用于绑定接收事件，指定当订阅的主题收到消息时，执行 receivedfunction 函数来处理消息。在讲解过程中，引导学生理解程序如何实现对服务器消息的监听、判断和显示，培养学生的编程逻辑理解能力。 学生将编写好的程序烧录到主控板 B 中，进行门铃远程通知功能的整体测试。按下主控板 A 连接的按键传感器，查看主控板 B 的屏幕是否显示 “有人按门铃”。如果显示不正常，教师引导学生从硬件连接（如主控板 B 与服务器的 Wi-Fi 连接、屏幕显示模块是否正常工作）、程序代码（如订阅设置是否正确、回调函数逻辑是否正确）等方面进行排查和优化，确保门铃远程通知功能能够稳定、准确地实现。在测试成功后，鼓励学生思考如何优化通知功能，如调整消息显示时间、增加通知声音等，培养学生的功能优化意识和创新思维能力。 三、拓展与提升 针对学生提出的不同通知方式，介绍相应的执行器，如扬声器可用于语音通知（讲解其工作原理及与主控板的连接方式，如通过音频输出接口连接，需要注意音频信号的驱动和音量控制）、震动马达可用于震动通知（展示其在智能设备中的应用实例，如手机震动马达，介绍如何将其与主控板连接并控制震动强度和时长）。以语音通知为例，详细讲解如何在现有程序基础上进行修改以实现该功能。首先，需要添加控制扬声器发声的代码部分，包括初始化扬声器驱动、设置音频参数（如频率、音量等），然后在接收到门铃消息时，触发扬声器播放预先录制的语音提示（如 “您好，有人按门铃，请查看！”）。在修改程序过程中，引导学生理解程序结构的调整和新功能模块的添加逻辑，培养学生的编程实践能力和创新应用能力。 学生分组选择一种或多种创新通知方式进行实践尝试，根据所选通知方式进行硬件准备（如连接扬声器或震动马达到主控板）和程序修改。在实践过程中，教师巡视各小组，为学生提供技术指导和问题解决支持，如帮助学生解决硬件连接中的电气连接问题、调试程序中音频播放或震动控制的参数设置等。每个小组完成实践后，进行成果展示，向其他小组展示自己设计的创新通知方式及其实现效果，包括演示硬件设备的工作情况（如扬声器播放语音、震动马达产生震动）和程序运行逻辑（如如何根据门铃消息触发通知）。其他小组可以提出问题和建议，共同探讨创新通知方式的可行性、优缺点和改进方向，培养学生的团队协作能力、表达能力和批判性思维能力。 四、教学反思 在讲解物联系统中的反馈概念和方式时，尽管通过类比和实例进行了说明，但部分学生仍然对反馈机制的理解存在困难，尤其是在将其应用于门铃远程通知系统的分析时，表现出对数据流动和系统响应逻辑的模糊认识。例如，对于按键传感器采集的数据如何通过一系列过程转化为最终的通知反馈，学生难以清晰阐述其中的各个环节。这可能是由于反馈概念较为抽象，在教学中应进一步简化解释，增加更多互动环节，如让学生自己举例说明生活中的反馈现象，并引导他们分析这些现象与物联系统反馈的异同，以加深对概念的理解。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$