第二单元 第9课《互联协议仍沿用》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09课 互联协议仍沿用 课 题 第二单元 第09课 互联协议仍沿用 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课程，主要探讨物联网与互联网之间的数据交互以及传统互联网协议在物联网中的应用与局限。在物联网体系中，获取互联网数据是实现设备智能化和功能多样化的重要途径，而理解传统互联网协议（如 HTTP）在物联网场景中的情况对于构建高效、稳定的物联网系统至关重要。通过学习本节课，学生能够深入了解物联系统获取互联网数据的方法，掌握 HTTP 通信的基本过程，同时认识到传统互联网协议在物联网应用中的局限性，为后续学习更适合物联网的通信协议奠定基础，培养学生在物联网技术领域的综合分析和问题解决能力，使学生能够更好地适应物联网技术发展的需求。 学 情 分 析 学生在之前的课程中已经对互联网和物联网有了一定的了解，知道互联网提供丰富的数据资源，物联网设备之间可以进行通信，但对于物联系统如何获取互联网数据以及传统互联网协议在物联网中的具体应用和局限缺乏深入认识。他们具备一定的编程基础和网络知识，但在面对新的概念（如 API）和复杂的操作（如 HTTP 请求和数据解析）时，需要进一步学习和实践。 核 心 素 养 目 标 信息意识：在了解 HTTP 通信过程和物联网协议局限性的过程中，提高对信息传输效率和质量的关注，学会从信息获取和处理的角度思考如何优化物联网系统的数据交互，如意识到高效的数据获取方式对物联网设备功能实现的影响。 计算思维：在利用 HTTP 获取互联网数据的实践活动中，学会运用逻辑思维分析程序与网络服务器之间的数据交互逻辑，培养计算思维中的问题分析和抽象概括能力，如总结数据请求、传输和处理的基本流程，理解程序如何通过 HTTP 协议实现与服务器的数据通信。 数字化学习与创新：鼓励学生通过网络搜索、实际操作等方式，自主学习 HTTP 通信、API 应用以及物联网协议等知识，提高数字化学习的实践能力和创新技能，如学会从互联网上筛选可靠的 API 资源，结合所学知识进行数据获取和应用，培养自主学习和终身学习的意识。 信息社会责任：在学习物联网与互联网数据交互的过程中，引导学生树立正确的价值观和责任意识，了解数据获取和使用过程中的安全风险（如 API 调用的权限管理、数据隐私保护等），增强信息安全和法律意识，遵守物联网数据应用的道德规范和法律法规，积极保护个人隐私和数据安全。 教学重点 理解 HTTP 通信的基本过程，包括客户端与服务器之间的请求 - 响应机制、数据传输格式等，通过理论讲解和实践操作，明确 HTTP 协议在物联网数据获取中的作用和原理，为深入理解物联网数据交互奠定基础。 教学难点 培养学生在物联网数据获取和应用中的创新思维和综合应用能力，如在拓展与提升部分，引导学生根据获取的互联网数据设计创新的物联网应用场景，涉及到数据的整合、分析和设备功能的拓展，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 展示一些常见的物联设备，如物联音箱、智能手环、智能汽车等，提问学生：“这些物联设备都能为我们提供各种有用的信息，但是它们很多自身并没有直接采集这些信息的传感器，那它们是如何获取这些信息的呢？” 引发学生对物联设备数据来源的思考。 以物联音箱获取天气预报为例，简单介绍物联设备可以从互联网中获取数据来丰富其功能，强调互联网数据在物联网应用中的重要性，引出本节课的主题 —— 互联协议仍沿用，让学生对即将学习的物联网与互联网数据交互的知识充满期待。 1. 2. 3. 二、讲授新课 学习活动1 引导学生列举生活中常见的物联设备，如智能手机、智能手表、智能家居设备（智能灯泡、智能门锁等）、智能健康监测设备（血压计、体脂秤等），并将学生列举的设备分类写在黑板或电子白板上。对于每一类物联设备，组织学生讨论其可能从互联网中获取的数据类型。例如，智能手机可以获取天气预报、新闻资讯、地图导航数据等；智能手表可以获取运动数据（如跑步路线、运动消耗热量）、健康建议（根据运动数据和生理指标）、天气信息等；智能家居设备可以获取家电控制指令（通过手机 APP 发送，从互联网传输到设备）、能源管理数据（如电费查询、用电分析）等；智能健康监测设备可以将测量数据上传到互联网，供医生或用户查看历史数据、获取健康分析报告等。在讨论过程中，教师引导学生思考这些数据对物联设备功能实现的重要性，如天气预报数据可以让用户提前做好出行准备，运动数据可以帮助用户制定健身计划等，培养学生的观察能力和分析问题的能力。 教师对学生讨论的结果进行总结，梳理出不同物联设备获取互联网数据的常见类型，并进一步拓展这些数据在物联设备中的应用场景。例如，除了上述提到的应用，地图导航数据还可以用于智能汽车的自动驾驶辅助系统，根据实时交通状况规划最优路线；健康监测设备的数据可以与医疗机构的系统相连，实现远程医疗诊断等。通过总结和拓展，让学生更全面地了解互联网数据在物联网中的广泛应用，提高学生对物联网与互联网数据交互的认识，激发学生对物联网应用的兴趣。 学习活动2 介绍 API 的概念，将其比喻为不同软件或应用之间的 “桥梁”，使得物联设备能够获取互联网上的数据资源。以获取天气预报数据为例，指导学生通过网络搜索找到提供天气预报数据的 API。教师可以提供一些常用的 API 平台或网站，如聚合数据、高德地图 API 等，引导学生在这些平台上查找适合的天气预报 API，并记录其网址。在查找过程中，提醒学生注意查看 API 的使用说明、权限要求和数据格式等信息，培养学生的信息检索能力和对 API 的初步认识。 展示图 9.1 中的代码，向学生详细讲解利用 HTTP 发起网络请求的代码逻辑。首先，讲解代码中导入的 urequests 库的作用，它是用于简化 HTTP 请求发送的 Python 库。然后，解释连接 Wi - Fi 网络的代码（wifi.connect ("网络名称","密码")），确保设备能够访问互联网。接着，重点讲解通过 GET 方法访问 API 网址的代码（response = urequests.get (url)），让学生理解这里是向服务器发送请求以获取数据。最后，介绍获取返回数据的代码（res = response.text），此时数据是以字符串形式返回的，需要进一步解析才能使用。在讲解过程中，教师可以通过提问的方式，让学生思考每个代码步骤的目的和作用，如 “为什么要先连接 Wi - Fi？”“GET 方法在这里起到什么作用？” 等，帮助学生深入理解网络请求的过程，培养学生的编程思维能力。 学生根据教师的讲解，在编程环境中编写或补充完善发起网络请求的程序。教师巡视各小组，为学生提供编程指导，帮助学生解决编程过程中遇到的语法错误、逻辑问题等，确保学生能够顺利完成网络请求代码的编写，使学生掌握利用 HTTP 获取互联网数据的关键步骤。 展示图 9.2 中的代码，讲解如何解析 API 返回的结果。首先，介绍 ujson 库的作用，它可以将 JSON 格式的字符串解析为 Python 中的字典数据类型，方便数据的处理和提取。然后，详细讲解解析数据的代码（data = ujson.loads (res) 和 nowtime = data ["sysTime2"]），让学生理解如何从解析后的字典中获取所需的数据（这里以提取日期数据为例）。最后，讲解将数据显示在主控板上的代码（oled.print (nowtime)），让学生看到最终获取的数据在设备上的呈现效果。在讲解过程中，引导学生观察 API 返回数据的格式，理解 JSON 格式的特点以及如何通过键值对的方式提取数据，培养学生的数据处理能力。 学生在完成返回结果解析代码的编写后，运行程序，观察主控板上显示的数据是否正确。如果数据显示不正确，教师引导学生从代码逻辑、数据格式解析、API 返回数据的准确性等方面进行排查，帮助学生解决问题，确保学生能够成功获取并显示互联网数据，让学生体验从数据请求到最终显示的完整过程，提高学生的实践操作能力。 新课讲授 结合学生在学习活动 2 中的实践操作，回顾 HTTP 通信的基本过程，包括客户端（物联设备）向服务器发送请求的方式（如 GET 方法）、请求中包含的信息（如 API 网址、请求头等）、服务器接收到请求后的处理过程以及服务器向客户端返回响应的格式（如 JSON 或 XML 格式的字符串）和内容（包含请求的数据或错误信息等）。通过详细的讲解和图示，帮助学生建立起清晰的 HTTP 通信流程概念，加深学生对 HTTP 协议在物联网数据获取中作用的理解，为后续分析其局限性奠定基础。 以物联设备需要实时获取服务器指令为例，详细分析 HTTP 协议在物联网环境中的局限性。讲解在客户端 / 服务器模式下，HTTP 协议要求客户端主动向服务器发送请求以获取数据，这意味着物联设备为了实时响应可能的远程控制指令，需要持续不断地向服务器发出请求，消耗大量的设备资源（如电量、计算资源等），同时也会对服务器和传输网络造成较大的负担。通过对比传统互联网应用（如浏览器浏览网页，用户主动发起请求获取信息）和物联网应用（如智能传感器实时上传数据、设备随时接收控制指令）的场景差异，让学生深刻理解为什么 HTTP 协议不完全适合物联网场景，特别是在对实时性、低功耗要求较高的应用中，培养学生对技术应用场景的分析能力。 介绍物联网通信协议应具备的特性：低功耗、低带宽、低延时、兼容性和可靠性。讲解低功耗特性的重要性，由于很多物联设备采用电池供电，如无线传感器、智能穿戴设备等，低功耗协议能够延长设备的使用时间，减少电池更换频率，降低维护成本。以蓝牙低功耗协议为例，说明其在智能手环等设备中的应用优势，如长时间监测心率、运动数据而不需要频繁充电。 解释低带宽要求的原因，在一些物联网应用场景中，网络带宽可能受限，如偏远地区的传感器网络、地下停车场的车辆监控系统等。在这些场景下，通信协议需要能够在低带宽条件下高效工作，减少数据传输量，优化数据传输策略，确保关键数据的及时传输。例如，传感器数据可以采用压缩算法减少数据量后再传输，或者采用增量传输方式，只传输数据的变化部分。 强调低延时特性在物联网中的关键作用，以自动驾驶汽车、工业自动化控制系统等为例，这些应用需要设备能够实时响应控制指令或环境变化，低延时的通信协议能够保证数据的快速传输和处理，确保系统的安全性和高效性。例如，自动驾驶汽车的传感器数据需要及时传输到控制系统，控制系统根据数据立即做出决策，如刹车、加速或转向等操作，任何延时都可能导致严重后果。 说明兼容性的重要性，物联网环境中包含来自不同制造商的多种设备，通信协议需要支持不同设备之间的互联互通，确保数据能够在不同品牌、不同类型的设备之间准确传输和理解。例如，智能家居系统中，不同厂家生产的智能灯泡、智能插座、智能门锁等设备需要能够协同工作，共同实现智能家居的功能。 最后，强调可靠性是物联网项目成功的关键条件，通信协议应确保设备与系统之间的连接稳定可靠，数据传输准确无误，避免数据丢失或错误传输导致的系统故障或错误决策。例如，在远程医疗监测系统中，患者的生命体征数据必须准确可靠地传输到医疗机构，否则可能影响医生的诊断和治疗。通过对这些特性的详细讲解，让学生全面理解物联网通信协议的要求，为今后学习和应用更适合物联网的协议做好准备。 三、拓展与提升 提供一些常用的 API 平台或网站信息，如聚合数据、高德地图 API 等，帮助学生更快地找到合适的免费 API。同时，提醒学生在选择 API 时，要仔细阅读其使用文档，了解 API 的请求参数、返回数据格式、调用频率限制等重要信息，确保能够正确使用 API。 在学生调用 API 和处理返回数据的过程中，巡视各小组，及时解答学生遇到的问题。对于学生在代码编写过程中出现的语法错误、逻辑错误以及对 API 返回数据解析的困难，给予针对性的指导。例如，当学生遇到 API 返回的数据格式与预期不符时，引导学生仔细检查 API 文档，确认数据格式，并根据实际情况调整解析代码；当学生在发起 HTTP 请求时遇到连接问题，帮助学生检查网络设置、API 网址是否正确等。 选取部分学生的成果进行展示，让学生分享自己搜索到的 API 及其功能，以及在调用 API 过程中遇到的问题和解决方法。展示学生如何将获取的数据在主控板上进行显示，如显示股票行情的实时价格、电影资讯的简介、图书的详细信息等，鼓励学生展示创新的显示方式或对数据的进一步处理和应用。 组织学生进行交流和讨论，其他学生可以提出问题和建议，如 API 的适用性、数据的准确性和完整性、显示效果的优化等。通过交流，促进学生之间的相互学习和共同进步，拓宽学生的思维视野，激发学生更多的创意和想法，培养学生的团队协作精神和交流表达能力。同时，教师对学生的成果进行点评，肯定学生的努力和创新之处，指出存在的不足和改进方向，进一步巩固学生所学知识和技能。 四、教学反思 在拓展与提升部分，学生在搜索合适的 API 时，表现出对 API 的功能和适用场景缺乏准确判断的能力。部分学生只是随机选择 API，而没有充分考虑其与物联网应用的关联性和可行性。在后续教学中，应加强对 API 相关知识的介绍，引导学生如何根据物联网应用需求分析和选择合适的 API，如从数据类型、接口调用方式、数据更新频率等方面进行考量，提高学生对 API 的理解和应用能力，使学生能够更有针对性地选择和使用 API 资源。 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 $$