第二单元第10课物物互通有新径 教案 　 2024—2025学年人教版（2024）初中信息科技八年级全一册

《万物互联有协议——MQTT通信协议》教学设计

一、教学目标

（一）知识与技能目标

1、学生能够理解物联网中通信协议的基本概念和重要性。

2、掌握 MQTT 协议的核心特点，包括轻量级、低功耗、高实时性等。

3、理解 MQTT 协议的发布订阅通信机制以及其中发布者、服务器、订阅者的角色。

 （二）过程与方法目标

1、通过对 HTTP 与 MQTT 协议的对比探究，培养学生分析和对比不同技术方案的能力。

2、以小组讨论的形式探讨 MQTT 协议在实际应用场景中的优势，提高学生团队协作和解决实际问题的能力。

 （三）情感态度与价值观目标

1、激发学生对物联网技术的兴趣，培养他们对新兴技术的探索精神。

2、通过对物联网通信协议的深入学习，使学生认识到合理选择技术方案对于系统性能和资源利用的重要性，培养学生严谨、科学的态度。

 二、教学重难点

 （一）教学重点

1、MQTT 协议的核心特点和通信机制。

2、MQTT 协议应用于实际场景中的优势体现。

 （二）教学难点

1、深入理解 MQTT 协议发布订阅机制的底层工作原理。

2、对比 HTTP 协议，全面分析 MQTT 协议在不同维度的性能差异和适用场景。

 三、教学方法

讲授法、案例分析法、小组讨论法、演示法、任务驱动法。

 四、教学过程

 （一）导入（5 分钟）

播放一段智能家居设备（如智能灯光、智能门锁等）和智能农场监控系统视频，展示物联网在生活和生产中的广泛应用。

教师提问：“同学们在视频中看到了哪些智能设备？它们之间是如何实现信息互通和协同工作的呢？这背后离不开物联网通信协议的支持。今天我们要学习一种在物联网中广泛应用的通信协议 ——MQTT 协议。”

 （二）新课讲授（20 分钟）

1、物联网技术发展现状（5 分钟）

展示 PPT 中物联网技术发展现状的页面，向学生介绍当前物联网在连接密度、时延控制、能耗表现和安全性能等方面取得的进步。如 5G RedCap 每平方公里百万级连接、TSN 网络 μs 级确定性时延、NB-IoT 设备超长续航和抗量子加密芯片量产等成果，使学生对物联网技术水平有整体的认识。

2、HTTP 轮询方式的弊端和对轻量级协议的需求（7 分钟）

以智能家居中空调与温度传感器通信为例，详细讲解直接 HTTP 轮询的工作原理。然后引导学生分析这种方式存在的高延迟、资源浪费、网络压力和电量消耗等问题。接着引出在物联网环境下，传统 HTTP 协议难以满足需求，需要更轻量级的协议，从而自然过渡到 MQTT 协议的介绍。

3、MQTT 协议的核心特点和通信机制（8 分钟）

展示 MQTT 协议的介绍页面，讲解 MQTT 协议具有开放、轻量、可靠、易实现等特点，适合硬件性能较低的远程设备进行数据传输和监控。重点阐述 MQTT 协议的发布订阅通信机制，明确发布者、服务器和订阅者三个角色及其工作流程。通过对比 HTTP 协议的请求响应模式，让学生理解 MQTT 协议在通信效率和资源利用上的优势。同时介绍 MQTT 协议的动态特性，可支持多对多通信，订阅者能动态加入或退出。

 （三）案例分析（10 分钟）

1、邮政局与订报类比（5 分钟）

展示“邮政局与订报”类比案例的 PPT 页面，将 MQTT 服务器比作邮政局，订阅者比作订报客户，发布者比作报纸出版机构。详细讲解这个类比过程，让学生从生活场景的角度加深对 MQTT 协议发布订阅机制的理解，直观感受其消息传递的高效性和便捷性。

2、对比探究（5 分钟）

展示对比 HTTP 和 MQTT 协议的表格，从协议设计、通信模式、资源消耗、实