第三单元 第14课 远程控制更便捷 教学设计 2025—2026学年人教版（2024）初中信息技术八年级全一册

《第 14 课 远程控制更便捷》教案（含导学案） 一、课程基本信息 1. 课程名称：第 14 课 远程控制更便捷 1. 所属单元：第三单元 简单物联功能实践 1. 适用年级：八年级 1. 课时安排：1 课时（约 45 分钟） 二、教学目标 1. 知识与技能 3. 了解物联系统中控制实现的过程，明确反馈与控制的关系。 3. 能够区分人工控制和自动控制，并列举相关实例。 3. 理解远程控制开锁功能的工作原理，掌握其模拟实现的基本步骤。 1. 过程与方法 3. 通过小组讨论和合作实践，培养分析问题和解决问题的能力。 3. 在模拟实现远程控制开锁功能的过程中，提升动手操作和团队协作能力。 1. 情感态度与价值观 3. 感受远程控制技术在生活中的应用价值，激发对信息科技的兴趣。 3. 培养安全意识，思考远程控制技术可能存在的安全隐患。 三、教学重难点 1. 教学重点 3. 物联系统中反馈与控制的关系，人工控制与自动控制的区别。 3. 远程控制开锁功能的工作过程及模拟实现。 1. 教学难点 3. 理解 MQTT 服务器在远程控制中的作用，以及发布与订阅机制。 3. 小组合作完成远程控制开锁功能的模拟实现。 四、教学准备 1. 教师准备 3. 多媒体课件（包含课程相关图片、视频、代码等）。课件中会展示远程控制在智能家居、工业生产等领域的实际应用场景图片，播放远程控制开锁的演示视频，以及清晰呈现模拟实现远程控制开锁功能的代码片段和注释。 3. 实验器材：主控板、按键传感器、舵机、具备移动热点功能的计算机等。所有实验器材提前进行检查和调试，确保其性能良好，能正常工作。 3. 提前搭建好本地 MQTT 服务器，准备好相关代码。对服务器进行压力测试，保证在多组学生同时连接时能稳定运行，代码也进行多次调试，确保准确无误。 1. 学生准备 3. 预习课程相关内容，了解远程控制的基本概念。可以让学生通过阅读教材、观看相关科普视频等方式进行预习。 3. 分组：将学生分成若干小组，每组 4-5 人，选好组长。提前告知学生分组情况，让组长明确自己的职责，如组织小组讨论、分配实践任务等。 五、教学过程 （一）课堂导入（5 分钟） 3. 展示图片（远程通知反馈功能相关图片，如远程监控画面显示有人按门铃，手机收到提示消息等），提问学生：“有了远程通知反馈功能，用户不在家也能及时收到有人到访的消息了。那么可以远程控制开锁吗？” 3. 引导学生思考，有的学生可能会说可以，因为看到过相关新闻报道；有的学生可能会有疑问，担心安全问题。通过学生的不同回答，激发他们的好奇心，进而进入本节课的学习主题 —— 远程控制。 （二）新知讲授（15 分钟） 1. 认识物联系统中的控制 3. 讲解反馈与控制的关系：物联系统中的反馈与控制密不可分，控制是基于反馈的数据调整设备或者系统的工作状态。可以结合生活中的例子，比如空调，当室内温度高于设定温度时，反馈给控制系统，控制系统就会发出指令让空调制冷；当温度低于设定温度时，反馈后控制系统让空调制热。 3. 举例说明：火车站的验票系统，当乘客将车票插入验票口，系统通过识别车票信息（反馈），控制闸机打开（控制）；家里的扫地机器人，通过传感器感知地面灰尘情况（反馈），控制自身的清扫动作和路径（控制）。 3. 介绍人工控制和自动控制 3. 人工控制：通过发送指令，实现对远程设备的控制（如人们用手机 APP 远程控制家里的灯具开关、设置扫地机器人开启和清洁模式）。 3. 自动控制：根据设定的控制规则，系统控制设备运转（如扫地机器人感知环境数据、规划路线、避开障碍清扫；智能灌溉系统根据土壤湿度传感器反馈的数据，自动开启或关闭灌溉装置）。 3. 组织学生讨论：“你见过哪些远程控制的案例？它们是如何实现控制的？” 给学生 3 分钟左右的时间进行小组讨论，然后请 2-3 名学生分享。比如有学生提到远程控制汽车解锁，是通过手机发送信号到汽车的控制系统实现的；远程控制电饭煲煮饭，是手机 APP 发送指令到电饭煲的控制模块等。 1. 分析远程控制开锁功能 3. 提出功能需求：远程控制门锁打开。 3. 组织小组讨论： 3. 该功能属于人工控制还是自动控制？引导学生思考，因为是人为发送开锁指令，所以属于人工控制。 3. 系统是如何工作的？让学生各抒己见，初步构建对远程控制开锁工作过程的认识。 3. 讲解远程控制开锁功能的工作过程： 3. 搭建 MQTT 服务器，设置主题，实现发布与订阅。可以简单解释 MQTT 服务器就像一个信息中转站，发布者将信息发送到服务器的特定主题，订阅了该主题的接收者就能收到信息。 3. 订阅开锁指令。门锁端的设备需要订阅开锁相关的主题，才能接收到开锁指令。 3. 按键触发，发布开锁指令。当用户按下按键时，就会向 MQTT 服务器发布开锁指令。 32. 控制开锁。门锁端收到开锁指令后，执行开锁动作。 展示模块组成表格，介绍各模块的硬件和功能： （三）实践操作（20 分钟） 3. 布置实践任务：小组合作，模拟实现远程控制开锁功能，要求小智远程按下按键传感器后，舵机转动。明确任务目标，让学生清楚自己要完成的操作。 3. 指导学生按照以下步骤进行操作： 3. 分解模块，设计算法 3. 用户端（输入模块）：按下按键，发送数据（发布主题 “Door/Lock”）。让学生理解用户端的核心任务是将按键动作转化为数据并发布。 3. 门锁端（输出模块）：收到数据，控制门锁（订阅主题 “Door/Lock”）。明确门锁端要订阅相应主题，接收数据并执行动作。 3. 搭建实验环境 3. 连接无线网络（提供网络名称和密码）。教师在黑板上写出网络名称和密码，指导学生正确连接，确保设备能接入网络。 3. 搭建本地 MQTT 服务器，获取服务器地址、端口号、用户名和密码。教师提前搭建好，学生只需输入相关信息进行连接即可，并简单说明这些参数的作用，如服务器地址是找到服务器的 “位置”，端口号是服务器的 “门牌号”。 3. 实现用户端功能 3. 连接硬件和软件，打开程序。指导学生正确连接主控板、按键传感器与计算机，打开对应的编程软件。 3. 理解核心代码：将按键传感器连接到 Pin1 接口，当按键被按下时，向 MQTT 服务器的 “Door/Lock” 主题发送 “open” 消息，等待 5 秒防止重复发送。逐行解释代码的含义，让学生明白代码是如何实现功能的。 3. 修改和完善程序，将程序烧录到主控板 A，运行调试。鼓励学生根据自己的理解对程序进行微调，烧录完成后进行测试，看按键按下时是否能成功发送消息。 3. 实现门锁端功能 3. 理解代码：定义开锁函数，通过控制舵机转动模拟开锁；绑定 MQTT 消息接收事件，当收到 “Door/Lock” 主题的 “open” 消息时，调用开锁函数。同样对代码进行详细讲解，让学生掌握其逻辑。 3. 小组自主完成程序的补充完善，将程序烧录到主控板 B，运行调试。让学生发挥自主性，遇到问题时小组内共同解决，或向教师求助。 3. 教师巡视指导，及时解决学生在实践过程中遇到的问题。如有的小组连接网络失败，教师检查是否输入了正确的网络名称和密码；有的小组程序烧录出错，查看是否是代码有误或连接接触不良等。 3. 成果展示：请 2 个小组展示他们的作品成果，分享实践过程中的经验和遇到的问题。比如有小组分享说在调试时，舵机没有反应，后来发现是订阅的主题写错了，修改后就成功了。通过成果展示，让学生相互学习，共同进步。 （四）课堂总结（3 分钟） 1. 总结本节课的主要内容： 3. 物联系统中的反馈与控制密不可分，控制是基于反馈的数据调整设备或者系统的工作状态。控制通常分为人工控制和自动控制，人工控制需要人为发送指令，自动控制则是系统根据设定规则自主控制。 3. 远程控制开锁功能由输入、计算和输出三个模块组成，可以利用 MQTT 的订阅与发布模拟实现，输入模块发布开锁指令，计算模块作为服务器中转，输出模块接收指令并执行开锁动作。 （五）拓展与提升（2 分钟） 3. 布置拓展任务：两个小组间合作探究，尝试利用本小组的主控板控制对方的舵机。这可以让学生进一步熟悉远程控制的原理和操作，增强团队合作能力。 3. 引导学生思考：当前系统存在哪些安全隐患？（如指令被截取、未授权访问等）让学生意识到技术在带来便利的同时也存在风险，为后续学习安全防护知识埋下伏笔。 六、板书设计 第14课 远程控制更便捷 1、 物联系统中的控制 1. 反馈与控制：控制基于反馈数据调整设备或系统状态 2. 控制类型： 人工控制（如远程控灯、设扫地模式） 自动控制（如扫地机器人避障、智能灌溉） 2、 远程控制开锁功能 1. 工作过程： 搭建MQTT服务器→订阅指令→发布指令→控制开锁 2. 模块组成： 输入模块、计算模块、输出模块 3、 实践：模拟实现远程控制开锁 四、总结与拓展 七、导学案 （一）课前预习 1. 什么是远程控制？你在生活中接触过哪些远程控制的例子？ 远程控制是指通过一定的技术手段，在远离被控制对象的地方，对其进行控制的技术。生活中接触过的远程控制例子有远程控制电视开关、远程控制窗帘升降、远程控制汽车启动等。 答案： 远程控制是指通过一定的技术手段，在远离被控制对象的地方，对其进行控制的技术。生活中接触过的远程控制例子有远程控制电视开关、远程控制窗帘升降、远程控制汽车启动等。 1. 思考远程控制可能需要哪些设备或技术支持？ 答案： 可能需要控制端设备（如手机、电脑）、被控制端设备（如电视、窗帘电机）、网络（如无线网络、移动网络）、控制协议和服务器等技术支持。 可能需要控制端设备（如手机、电脑）、被控制端设备（如电视、窗帘电机）、网络（如无线网络、移动网络）、控制协议和服务器等技术支持。 （二）课堂探究 1. 物联系统中反馈与控制的关系是怎样的？请举例说明。 答案： 物联系统中反馈与控制密不可分，控制是基于反馈的数据调整设备或者系统的工作状态。例如智能冰箱，通过传感器检测冰箱内的温度（反馈），当温度高于设定值时，控制系统会指令压缩机工作进行制冷（控制）；当温度低于设定值时，控制系统指令压缩机关闭。 1.填写下表，区分人工控制和自动控制： 答案如下： 2.远程控制开锁功能属于哪种控制类型？其工作过程分为哪几个步骤？ 远程控制开锁功能属于人工控制。其工作过程分为搭建 MQTT 服务器，设置主题，实现发布与订阅；订阅开锁指令；按键触发，发布开锁指令；控制开锁这几个步骤。 3.程控制开锁功能属于人工控制。其工作过程分为： 答案：搭建 MQTT 服务器，设置主题，实现发布与订阅；订阅开锁指令；按键触发，发布开锁指令；控制开锁这几个步骤。 （三）实践操作记录 1. 小组在搭建实验环境时，遇到了哪些问题？是如何解决的？写出用户端和门锁端核心代码的作用？（根据实际情况填写，例如） 答案： 遇到的问题：连接无线网络时，输入密码后一直连接不上。解决方法：检查密码是否输入正确，发现是密码中的字母大小写输错了，更正后成功连接。 用户端核心代码：将按键传感器连接到 Pin1 接口，当按键被按下时，向 MQTT 服务器的 “Door/Lock” 主题发送 “open” 消息，等待 5 秒防止重复发送。其作用是检测按键动作，并将开锁指令发布到相应主题。 （四）课后拓展 1. 尝试与其他小组合作，用自己小组的主控板控制对方的舵机，记录操作过程和结果。 答案： 操作过程：与合作小组确定好 MQTT 服务器的主题，本小组作为发布端，在主控板上编写并烧录发布该主题消息的代码，对方小组作为接收端，编写并烧录订阅该主题消息并控制舵机转动的代码，然后本小组按下按键发送消息，观察对方小组的舵机是否转动。 结果：对方小组的舵机成功转动，实现了跨小组控制。 1. 结合本节课所学知识，思考远程控制开锁系统可能存在哪些安全隐患？如何防范这些安全隐患？ 可能存在的安全隐患：开锁指令在传输过程中被黑客截取和破解；未授权的用户通过非法手段获取控制权限，进行远程开锁；MQTT 服务器被攻击，导致系统瘫痪或信息泄露等。防范措施：对传输的指令进行加密处理，提高破解难度；设置严格的身份验证机制，如密码、指纹、人脸识别等，确保只有授权用户才能发送指令；加强 MQTT 服务器的安全防护，定期进行安全检测和升级，防止被攻击。 八、教学反思 （课后根据实际教学情况填写，主要包括教学目标的达成情况、教学过程中存在的问题、改进措施等） 1. 学生对反馈与控制关系的理解程度如何，是否需要进一步强化？ 从课堂提问和学生的讨论发言来看，大部分学生能够理解反馈与控制的关系，并能举出相应的例子，说明教学目标在这方面的达成情况较好。但仍有少数学生对两者的逻辑关系理解不够清晰，在后续的习题练习或课堂复习中，可通过更多实例进行讲解，进一步强化他们的理解。 1. 实践操作环节的时间分配是否合理，学生的参与度和完成度怎样？ 实践操作环节安排 20 分钟，从实际情况来看，时间分配基本合理。大部分小组能够在规定时间内完成模拟实现远程控制开锁功能的任务，学生的参与度较高，都积极投入到实践操作中。但有个别小组由于对代码的理解较慢，导致完成时间稍晚，下次可以在实践操作前增加对代码的讲解时间，让学生更熟悉代码。 1. MQTT 服务器比作邮局，主题比作邮箱，发布者是寄信人，订阅者是收信人，让学生更容易理解。另外，在小组讨论环节，个别小组讨论不够积极，下次可以采用小组竞赛的方式，提高学生的参与积极性。 学科网（北京）股份有限公司 $$