第二单元第10课物物互通有新径教学设计2026-2027学年人教版初中信息科技八年级全一册

第 10 课《物物互通有新径》教学设计 2026—2027学年人教版初中信息科技八年级全一册 课　　题 第 10 课　物物互通有新径 教材版本 人教版（2024）八年级全一册 所在单元 第二单元　万物互联有协议 课　　型 新授课 课　　时 1 课时（40 分钟） 授课对象 八年级学生 一、教学目标 1. 能说出 MQTT（消息队列遥测传输）是目前物联网中很流行的一种协议，具有开放、轻量、可靠、易实现的特点，知道它能为大量硬件性能较低、处于互联网中的远程设备提供数据传输和监控服务。 2. 能说出 MQTT 通信机制中的三个角色——发布者、MQTT 服务器、订阅者，并能准确说出各自的职责：发布者负责把消息发布至指定的主题；服务器充当“数据中转站”，发布者和订阅者之间的所有通信都要通过它；订阅者订阅主题，从订阅的主题获取消息，只接收已订阅主题的消息。 3. 能按顺序描述 MQTT“发布—订阅—中转”的通信流程（建立连接→向特定主题发布消息→订阅主题→服务器把消息转发给所有订阅了该主题的客户端），能举例说明主题（Topic）像频道或地址标签、在通信中的核心作用。 4. 知道 MQTT 的几条特点（支持随时订阅、服务器中允许同时存在多个发布者和订阅者、发布者也可以是订阅者），能对比 MQTT 与 HTTP 在通信模式（发布—订阅与请求—响应）上的不同。 5. 能在在线物联网服务平台上完成注册登录、添加项目、添加主题与添加设备，并利用主控板作为订阅端实现订阅功能、接收并显示消息；树立账号与数据安全意识。 二、教学重点与难点 教学重点：MQTT 通信机制的三个角色（发布者、MQTT 服务器、订阅者）及各自职责；“发布—订阅—中转”的通信流程；主题（Topic）在通信中的作用。 教学难点：理解 MQTT 服务器作为“数据中转站”的中转作用（发布者与订阅者之间并不直接通信）；区分 MQTT“发布—订阅”与 HTTP“请求—响应”两种通信模式的差异；利用物联网服务平台实现订阅功能。 三、教学方法与教学准备 教学方法：情境教学法、类比教学法、任务驱动法、动手实践法、小组合作法。 教学准备：多媒体课件；智能门锁消息推送演示视频；物联实验套件（主控板、数据线、显示屏）；mPython 软件；在线 MQTT 服务器（物联网服务平台）账号；能上网的计算机（可用计算机或路由器搭建网络）；角色卡片、《MQTT 通信流程图》与《主题匹配》学习任务单。 四、教学过程（40 分钟） 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 门锁的“消息 魔法” （5 分钟） 播放一段短视频或用课件演示：爸爸在单位用手机 App 远程开锁，门一开，妈妈和小明的手机立刻收到“门锁已开启”的消息。追问：“门锁和手机之间并没有用线连接，也不在同一个房间，门锁怎样把消息准确地送到手机上？是一台手机一台手机地直接发送吗？如果一栋楼上百户都装了同一品牌的智能门锁，为什么你不会收到别人家的开锁消息？”引导学生说出“通过服务器中转”“有识别标记”等猜想，顺势引出课题《物物互通有新径》，并说明本课要认识物联网中很流行的一种通信协议——MQTT。 观看演示，对“隔着一个房间也能精准收到消息”的现象产生好奇；围绕“消息怎样中转”“怎样保证只送到自己手机上”展开猜测和讨论；带着本节课的核心问题进入学习。 用学生熟悉的智能门锁场景制造认知冲突（无直接连接却能精准传消息），提炼出“如何中转、如何识别”的核心问题，自然引出 MQTT 的学习，符合“现象—问题—探究”的导入逻辑。 探究一 认识 MQTT 厘清三个角色 （10 分钟） 讲解 MQTT（消息队列遥测传输）是目前物联网中很流行的一种协议，具有开放、轻量、可靠、易实现的特点，能够为大量硬件性能较低、处于互联网中的远程设备提供数据传输和监控服务。借助“订报纸”的生活类比拆解三个角色：报社相当于发布者（发布消息的客户端，负责把消息发布至指定的主题，不需要知道是谁接收），邮局相当于 MQTT 服务器（充当“数据中转站”，发布者和订阅者之间的所有通信都要通过它），订户相当于订阅者（订阅主题的客户端，从订阅的主题获取消息，只接收已订阅主题的消息）。组织学生结合门锁案例，在角色卡片上分别写出三者的职责并相互交流。 听讲并与教师一起用“订报纸”类比理解三个角色；分组完成“角色配对”活动，把发布者、MQTT 服务器、订阅者的名称与职责卡片一一对应；结合门锁案例说出各自对应的角色，并交流“为什么发布者不需要知道谁在接收”。 用生活化的类比把抽象的“发布者—服务器—订阅者”关系具象化，帮助学生建立 MQTT 三角色的认知，为下一环节梳理通信流程打好基础，同时培养信息意识。 探究二 梳理“发布—订阅—中转” 流程·认识主题 （11 分钟） 讲解 MQTT 的通信流程：发布者和订阅者分别与 MQTT 服务器建立连接后，发布者向服务器中特定的主题发送消息，订阅者订阅服务器中的主题，服务器收到消息后，把它转发给所有订阅了该主题的客户端。重点说明“主题”的作用：主题像频道或地址标签，可以采用斜杠分隔的层级结构，例如 home/living_room/temperature，订阅者只接收自己感兴趣的主题的消息；归纳 MQTT 的三条特点（支持随时订阅；服务器中允许同时存在多个发布者和订阅者；发布者也可以是订阅者）。组织学生借助教材插图，用箭头和方框绘制一张“发布—订阅—中转”的流程图，并设计“主题匹配”小活动：给出若干主题和若干订阅需求，让学生判断哪个订阅者能收到消息。 跟随讲解理清“发布—订阅—中转”的完整流程；分组绘制 MQTT 通信流程图，标注出三个角色和消息的传递方向；参与“主题匹配”活动，判断不同订阅需求对应的主题，并说出服务器是怎样把消息准确地转发给相应客户端的；结合门锁案例解释“为什么不会收到别人家的消息”。 通过流程图绘制与主题匹配活动，把抽象协议转化为可视化、可操作的模型，突破“服务器中转、按主题分发”这一难点，发展学生的计算思维与逻辑推理能力。 探究三 体验物联网服务 平台·实现订阅 （9 分钟） 说明可从“在线 MQTT 服务器”和“本地 MQTT 服务器”两种方式体验：本地服务器能直观感受 MQTT 读取和交换数据的过程，在线服务器使用方便、提供的服务较多。演示在线物联网服务平台的动手实践步骤：①注册并登录在线 MQTT 服务器；②添加项目（如“体验 MQTT”）；③添加主题，系统会生成由数字和字母组成的主题 ID；④添加设备，系统会生成设备 ID、用户名和密码。随后指导各组用一块主控板作为订阅端：启动计算机（或路由器）网络、编写连接 MQTT 服务器的程序并烧录、在服务器的主题中发送一条消息，观察主控板显示屏是否显示出收到的消息。 分组在电脑上完成注册登录、添加项目、添加主题与添加设备的操作，记录系统生成的主题 ID 与设备信息；完成订阅端主控板的程序连接与烧录，在服务器上发送消息后观察主控板显示屏的显示结果；记录实验现象，交流“主控板为什么能收到这条消息”。 以动手实践为主线，让学生亲历“添加主题—添加设备—订阅消息”的完整过程，把抽象的发布—订阅机制转化为直观体验，在“做中学”中深化对 MQTT 通信机制的理解，培养数字化学习与创新能力。 课堂小结 与作业 （5 分钟） 师生共同梳理知识结构（依托板书）：MQTT 是物联网中很流行的协议（开放·轻量·可靠·易实现）→ 三个角色（发布者·MQTT 服务器·订阅者）→ 服务器充当“数据中转站”→ 通信流程（建立连接→向主题发布消息→订阅主题→服务器转发给所有订阅该主题的客户端）→ 主题像频道或地址标签 → 三条特点（随时订阅·可多个发布者与订阅者·发布者也可以是订阅者）→ 在线与本地 MQTT 服务器 → 与 HTTP“请求—响应”模式的对比。强调“物联设备之间需要一种专门、轻量、可靠的协议来实现高效互通”。提醒在使用在线物联网服务平台时注意账号与数据安全。布置课后作业。 回顾本课收获，用一两句话概括“MQTT 是怎样让消息在物物之间传递的”；说出 MQTT 的三个角色和主题的作用；比较 MQTT 与 HTTP 在通信模式上的一点不同；记录作业要求。 梳理知识脉络，把本课探究沉淀为完整的单元认知，与第二单元前几课形成知识闭环；同时以 MQTT 与 HTTP 的对比，为后续学习物联系统实践作铺垫。 五、板书设计 物物互通有新径 一、MQTT（消息队列遥测传输）：物联网中很流行的一种协议，具有开放、轻量、可靠、易实现的特点 二、三个角色：发布者（发布消息至指定主题的客户端）· MQTT 服务器（“数据中转站”）· 订阅者（订阅主题、从订阅的主题获取消息的客户端） 三、通信流程：发布者与订阅者分别与服务器建立连接 → 发布者向特定主题发布消息 → 订阅者订阅主题 → 服务器把消息转发给所有订阅了该主题的客户端 四、主题（Topic）：像频道或地址标签，可用斜杠分隔层级，如 home/living_room/temperature；订阅者只接收已订阅主题的消息 五、MQTT 的特点：①支持随时订阅　②允许同时存在多个发布者和订阅者　③发布者也可以是订阅者 六、体验物联网服务平台：在线 MQTT 服务器（方便、服务多）／本地 MQTT 服务器（直观）；添加项目 → 添加主题（生成主题 ID） → 添加设备（生成设备 ID、用户名、密码） → 订阅端接收消息 七、与 HTTP 对比：HTTP 为“请求—响应”，需客户端主动、持续请求；MQTT 为“发布—订阅”，可由服务器主动推送消息，更轻量、功耗更低，更适合物联网 ★ 核心认识：物与物之间需要一种专门、轻量、可靠的协议来实现高效互通，MQTT 的发布—订阅机制正是其中的“新径” 六、作业设计 1. 基础题：用自己的话说说 MQTT 通信机制中的三个角色分别是什么、各起什么作用，并写出 MQTT“发布—订阅—中转”的通信流程。 2. 实践题：在教师或家长的指导下，登录一个在线物联网服务平台，完成添加项目、添加主题和添加设备的操作，记录系统生成的主题 ID 与设备信息，并说明“主题”在其中的作用。 3. 拓展题（选做）：以家庭中的智能设备（如智能门锁、智能音箱、智能摄像头）为例，画出它把消息送达手机 App 的简单示意图，标出发布者、MQTT 服务器和订阅者。 4. 复习题：结合本课和第二单元前面几课所学，说说 MQTT 与 HTTP 在通信模式上有什么不同，为什么 MQTT 更适合物联网设备；并制作一张《第二单元协议梳理表》，为单元复习做准备。 第 页　共 页 学科网（北京）股份有限公司 $