《第14課遠(yuǎn)程控制更便捷》教案（含導(dǎo)學(xué)案）一、課程基本信息課程名稱：第14課遠(yuǎn)程控制更便捷所屬單元：第三單元簡(jiǎn)單物聯(lián)功能實(shí)踐適用年級(jí)：八年級(jí)課時(shí)安排：1課時(shí)（約45分鐘）二、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能了解物聯(lián)系統(tǒng)中控制實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，明確反饋與控制的關(guān)系。能夠區(qū)分人工控制和自動(dòng)控制，并列舉相關(guān)實(shí)例。理解遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能的工作原理，掌握其模擬實(shí)現(xiàn)的基本步驟。過(guò)程與方法通過(guò)小組討論和合作實(shí)踐，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在模擬實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能的過(guò)程中，提升動(dòng)手操作和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀感受遠(yuǎn)程控制技術(shù)在生活中的應(yīng)用價(jià)值，激發(fā)對(duì)信息科技的興趣。培養(yǎng)安全意識(shí)，思考遠(yuǎn)程控制技術(shù)可能存在的安全隱患。三、教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)物聯(lián)系統(tǒng)中反饋與控制的關(guān)系，人工控制與自動(dòng)控制的區(qū)別。遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能的工作過(guò)程及模擬實(shí)現(xiàn)。教學(xué)難點(diǎn)理解MQTT服務(wù)器在遠(yuǎn)程控制中的作用，以及發(fā)布與訂閱機(jī)制。小組合作完成遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能的模擬實(shí)現(xiàn)。四、教學(xué)準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備多媒體課件（包含課程相關(guān)圖片、視頻、代碼等）。課件中會(huì)展示遠(yuǎn)程控制在智能家居、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景圖片，播放遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖的演示視頻，以及清晰呈現(xiàn)模擬實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能的代碼片段和注釋。實(shí)驗(yàn)器材：主控板、按鍵傳感器、舵機(jī)、具備移動(dòng)熱點(diǎn)功能的計(jì)算機(jī)等。所有實(shí)驗(yàn)器材提前進(jìn)行檢查和調(diào)試，確保其性能良好，能正常工作。提前搭建好本地MQTT服務(wù)器，準(zhǔn)備好相關(guān)代碼。對(duì)服務(wù)器進(jìn)行壓力測(cè)試，保證在多組學(xué)生同時(shí)連接時(shí)能穩(wěn)定運(yùn)行，代碼也進(jìn)行多次調(diào)試，確保準(zhǔn)確無(wú)誤。學(xué)生準(zhǔn)備預(yù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，了解遠(yuǎn)程控制的基本概念。可以讓學(xué)生通過(guò)閱讀教材、觀看相關(guān)科普視頻等方式進(jìn)行預(yù)習(xí)。分組：將學(xué)生分成若干小組，每組45人，選好組長(zhǎng)。提前告知學(xué)生分組情況，讓組長(zhǎng)明確自己的職責(zé)，如組織小組討論、分配實(shí)踐任務(wù)等。五、教學(xué)過(guò)程（一）課堂導(dǎo)入（5分鐘）展示圖片（遠(yuǎn)程通知反饋功能相關(guān)圖片，如遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面顯示有人按門鈴，手機(jī)收到提示消息等），提問(wèn)學(xué)生：“有了遠(yuǎn)程通知反饋功能，用戶不在家也能及時(shí)收到有人到訪的消息了。那么可以遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖嗎？”引導(dǎo)學(xué)生思考，有的學(xué)生可能會(huì)說(shuō)可以，因?yàn)榭吹竭^(guò)相關(guān)新聞報(bào)道；有的學(xué)生可能會(huì)有疑問(wèn)，擔(dān)心安全問(wèn)題。通過(guò)學(xué)生的不同回答，激發(fā)他們的好奇心，進(jìn)而進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題——遠(yuǎn)程控制。（二）新知講授（15分鐘）認(rèn)識(shí)物聯(lián)系統(tǒng)中的控制講解反饋與控制的關(guān)系：物聯(lián)系統(tǒng)中的反饋與控制密不可分，控制是基于反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)備或者系統(tǒng)的工作狀態(tài)?？梢越Y(jié)合生活中的例子，比如空調(diào)，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出指令讓空調(diào)制冷；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，反饋后控制系統(tǒng)讓空調(diào)制熱。舉例說(shuō)明：火車站的驗(yàn)票系統(tǒng)，當(dāng)乘客將車票插入驗(yàn)票口，系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別車票信息（反饋），控制閘機(jī)打開(kāi)（控制）；家里的掃地機(jī)器人，通過(guò)傳感器感知地面灰塵情況（反饋），控制自身的清掃動(dòng)作和路徑（控制）。介紹人工控制和自動(dòng)控制人工控制：通過(guò)發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的控制（如人們用手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制家里的燈具開(kāi)關(guān)、設(shè)置掃地機(jī)器人開(kāi)啟和清潔模式）。自動(dòng)控制：根據(jù)設(shè)定的控制規(guī)則，系統(tǒng)控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)（如掃地機(jī)器人感知環(huán)境數(shù)據(jù)、規(guī)劃路線、避開(kāi)障礙清掃；智能灌溉系統(tǒng)根據(jù)土壤濕度傳感器反饋的數(shù)據(jù)，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉灌溉裝置）。組織學(xué)生討論：“你見(jiàn)過(guò)哪些遠(yuǎn)程控制的案例？它們是如何實(shí)現(xiàn)控制的？”給學(xué)生3分鐘左右的時(shí)間進(jìn)行小組討論，然后請(qǐng)23名學(xué)生分享。比如有學(xué)生提到遠(yuǎn)程控制汽車解鎖，是通過(guò)手機(jī)發(fā)送信號(hào)到汽車的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的；遠(yuǎn)程控制電飯煲煮飯，是手機(jī)APP發(fā)送指令到電飯煲的控制模塊等。分析遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能提出功能需求：遠(yuǎn)程控制門鎖打開(kāi)。組織小組討論：該功能屬于人工控制還是自動(dòng)控制？引導(dǎo)學(xué)生思考，因?yàn)槭侨藶榘l(fā)送開(kāi)鎖指令，所以屬于人工控制。系統(tǒng)是如何工作的？讓學(xué)生各抒己見(jiàn)，初步構(gòu)建對(duì)遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖工作過(guò)程的認(rèn)識(shí)。講解遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能的工作過(guò)程：搭建MQTT服務(wù)器，設(shè)置主題，實(shí)現(xiàn)發(fā)布與訂閱。可以簡(jiǎn)單解釋MQTT服務(wù)器就像一個(gè)信息中轉(zhuǎn)站，發(fā)布者將信息發(fā)送到服務(wù)器的特定主題，訂閱了該主題的接收者就能收到信息。訂閱開(kāi)鎖指令。門鎖端的設(shè)備需要訂閱開(kāi)鎖相關(guān)的主題，才能接收到開(kāi)鎖指令。按鍵觸發(fā)，發(fā)布開(kāi)鎖指令。當(dāng)用戶按下按鍵時(shí)，就會(huì)向MQTT服務(wù)器發(fā)布開(kāi)鎖指令。（三）實(shí)踐操作（20分鐘）布置實(shí)踐任務(wù)：小組合作，模擬實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能，要求小智遠(yuǎn)程按下按鍵傳感器后，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。明確任務(wù)目標(biāo)，讓學(xué)生清楚自己要完成的操作。指導(dǎo)學(xué)生按照以下步驟進(jìn)行操作：分解模塊，設(shè)計(jì)算法用戶端（輸入模塊）：按下按鍵，發(fā)送數(shù)據(jù)（發(fā)布主題“Door/Lock”）。讓學(xué)生理解用戶端的核心任務(wù)是將按鍵動(dòng)作轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)并發(fā)布。門鎖端（輸出模塊）：收到數(shù)據(jù)，控制門鎖（訂閱主題“Door/Lock”）。明確門鎖端要訂閱相應(yīng)主題，接收數(shù)據(jù)并執(zhí)行動(dòng)作。搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（提供網(wǎng)絡(luò)名稱和密碼）。教師在黑板上寫出網(wǎng)絡(luò)名稱和密碼，指導(dǎo)學(xué)生正確連接，確保設(shè)備能接入網(wǎng)絡(luò)。搭建本地MQTT服務(wù)器，獲取服務(wù)器地址、端口號(hào)、用戶名和密碼。教師提前搭建好，學(xué)生只需輸入相關(guān)信息進(jìn)行連接即可，并簡(jiǎn)單說(shuō)明這些參數(shù)的作用，如服務(wù)器地址是找到服務(wù)器的“位置”，端口號(hào)是服務(wù)器的“門牌號(hào)”。實(shí)現(xiàn)用戶端功能連接硬件和軟件，打開(kāi)程序。指導(dǎo)學(xué)生正確連接主控板、按鍵傳感器與計(jì)算機(jī)，打開(kāi)對(duì)應(yīng)的編程軟件。理解核心代碼：將按鍵傳感器連接到Pin1接口，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，向MQTT服務(wù)器的“Door/Lock”主題發(fā)送“open”消息，等待5秒防止重復(fù)發(fā)送。逐行解釋代碼的含義，讓學(xué)生明白代碼是如何實(shí)現(xiàn)功能的。修改和完善程序，將程序燒錄到主控板A，運(yùn)行調(diào)試。鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的理解對(duì)程序進(jìn)行微調(diào)，燒錄完成后進(jìn)行測(cè)試，看按鍵按下時(shí)是否能成功發(fā)送消息。實(shí)現(xiàn)門鎖端功能理解代碼：定義開(kāi)鎖函數(shù)，通過(guò)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模擬開(kāi)鎖；綁定MQTT消息接收事件，當(dāng)收到“Door/Lock”主題的“open”消息時(shí)，調(diào)用開(kāi)鎖函數(shù)。同樣對(duì)代碼進(jìn)行詳細(xì)講解，讓學(xué)生掌握其邏輯。小組自主完成程序的補(bǔ)充完善，將程序燒錄到主控板B，運(yùn)行調(diào)試。讓學(xué)生發(fā)揮自主性，遇到問(wèn)題時(shí)小組內(nèi)共同解決，或向教師求助。教師巡視指導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題。如有的小組連接網(wǎng)絡(luò)失敗，教師檢查是否輸入了正確的網(wǎng)絡(luò)名稱和密碼；有的小組程序燒錄出錯(cuò)，查看是否是代碼有誤或連接接觸不良等。成果展示：請(qǐng)2個(gè)小組展示他們的作品成果，分享實(shí)踐過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和遇到的問(wèn)題。比如有小組分享說(shuō)在調(diào)試時(shí)，舵機(jī)沒(méi)有反應(yīng)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是訂閱的主題寫錯(cuò)了，修改后就成功了。通過(guò)成果展示，讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。（四）課堂總結(jié)（3分鐘）總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容：物聯(lián)系統(tǒng)中的反饋與控制密不可分，控制是基于反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)備或者系統(tǒng)的工作狀態(tài)?？刂仆ǔ７譃槿斯た刂坪妥詣?dòng)控制，人工控制需要人為發(fā)送指令，自動(dòng)控制則是系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定規(guī)則自主控制。遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能由輸入、計(jì)算和輸出三個(gè)模塊組成，可以利用MQTT的訂閱與發(fā)布模擬實(shí)現(xiàn)，輸入模塊發(fā)布開(kāi)鎖指令，計(jì)算模塊作為服務(wù)器中轉(zhuǎn)，輸出模塊接收指令并執(zhí)行開(kāi)鎖動(dòng)作。（五）拓展與提升（2分鐘）布置拓展任務(wù)：兩個(gè)小組間合作探究，嘗試?yán)帽拘〗M的主控板控制對(duì)方的舵機(jī)。這可以讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉遠(yuǎn)程控制的原理和操作，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作能力。引導(dǎo)學(xué)生思考：當(dāng)前系統(tǒng)存在哪些安全隱患？（如指令被截取、未授權(quán)訪問(wèn)等）讓學(xué)生意識(shí)到技術(shù)在帶來(lái)便利的同時(shí)也存在風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)學(xué)習(xí)安全防護(hù)知識(shí)埋下伏筆。六、板書設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程控制更便捷物聯(lián)系統(tǒng)中的控制反饋與控制：控制基于反饋數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)備或系統(tǒng)狀態(tài)2.控制類型：人工控制（如遠(yuǎn)程控?zé)?、設(shè)掃地模式）自動(dòng)控制（如掃地機(jī)器人避障、智能灌溉）遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能工作過(guò)程：搭建MQTT服務(wù)器→訂閱指令→發(fā)布指令→控制開(kāi)鎖模塊組成：輸入模塊、計(jì)算模塊、輸出模塊實(shí)踐：模擬實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖四、總結(jié)與拓展七、導(dǎo)學(xué)案（一）課前預(yù)習(xí)什么是遠(yuǎn)程控制？你在生活中接觸過(guò)哪些遠(yuǎn)程控制的例子？遠(yuǎn)程控制是指通過(guò)一定的技術(shù)手段，在遠(yuǎn)離被控制對(duì)象的地方，對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)。生活中接觸過(guò)的遠(yuǎn)程控制例子有遠(yuǎn)程控制電視開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程控制窗簾升降、遠(yuǎn)程控制汽車啟動(dòng)等。答案：遠(yuǎn)程控制是指通過(guò)一定的技術(shù)手段，在遠(yuǎn)離被控制對(duì)象的地方，對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)。生活中接觸過(guò)的遠(yuǎn)程控制例子有遠(yuǎn)程控制電視開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程控制窗簾升降、遠(yuǎn)程控制汽車啟動(dòng)等。思考遠(yuǎn)程控制可能需要哪些設(shè)備或技術(shù)支持？答案：可能需要控制端設(shè)備（如手機(jī)、電腦）、被控制端設(shè)備（如電視、窗簾電機(jī)）、網(wǎng)絡(luò)（如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）、控制協(xié)議和服務(wù)器等技術(shù)支持?？赡苄枰刂贫嗽O(shè)備（如手機(jī)、電腦）、被控制端設(shè)備（如電視、窗簾電機(jī)）、網(wǎng)絡(luò)（如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）、控制協(xié)議和服務(wù)器等技術(shù)支持。（二）課堂探究物聯(lián)系統(tǒng)中反饋與控制的關(guān)系是怎樣的？請(qǐng)舉例說(shuō)明。答案：物聯(lián)系統(tǒng)中反饋與控制密不可分，控制是基于反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)備或者系統(tǒng)的工作狀態(tài)。例如智能冰箱，通過(guò)傳感器檢測(cè)冰箱內(nèi)的溫度（反饋），當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)指令壓縮機(jī)工作進(jìn)行制冷（控制）；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)指令壓縮機(jī)關(guān)閉。1.填寫下表，區(qū)分人工控制和自動(dòng)控制：2.遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能屬于哪種控制類型？其工作過(guò)程分為哪幾個(gè)步驟？遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖功能屬于人工控制。其工作過(guò)程分為搭建MQTT服務(wù)器，設(shè)置主題，實(shí)現(xiàn)發(fā)布與訂閱；訂閱開(kāi)鎖指令；按鍵觸發(fā)，發(fā)布開(kāi)鎖指令；控制開(kāi)鎖這幾個(gè)步驟。3.程控制開(kāi)鎖功能屬于人工控制。其工作過(guò)程分為：答案：搭建MQTT服務(wù)器，設(shè)置主題，實(shí)現(xiàn)發(fā)布與訂閱；訂閱開(kāi)鎖指令；按鍵觸發(fā)，發(fā)布開(kāi)鎖指令；控制開(kāi)鎖這幾個(gè)步驟。（三）實(shí)踐操作記錄小組在搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境時(shí)，遇到了哪些問(wèn)題？是如何解決的？寫出用戶端和門鎖端核心代碼的作用？（根據(jù)實(shí)際情況填寫，例如）答案：遇到的問(wèn)題：連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，輸入密碼后一直連接不上。解決方法：檢查密碼是否輸入正確，發(fā)現(xiàn)是密碼中的字母大小寫輸錯(cuò)了，更正后成功連接。用戶端核心代碼：將按鍵傳感器連接到Pin1接口，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，向MQTT服務(wù)器的“Door/Lock”主題發(fā)送“open”消息，等待5秒防止重復(fù)發(fā)送。其作用是檢測(cè)按鍵動(dòng)作，并將開(kāi)鎖指令發(fā)布到相應(yīng)主題。（四）課后拓展嘗試與其他小組合作，用自己小組的主控板控制對(duì)方的舵機(jī)，記錄操作過(guò)程和結(jié)果。答案：操作過(guò)程：與合作小組確定好MQTT服務(wù)器的主題，本小組作為發(fā)布端，在主控板上編寫并燒錄發(fā)布該主題消息的代碼，對(duì)方小組作為接收端，編寫并燒錄訂閱該主題消息并控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的代碼，然后本小組按下按鍵發(fā)送消息，觀察對(duì)方小組的舵機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果：對(duì)方小組的舵機(jī)成功轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了跨小組控制。結(jié)合本節(jié)課所學(xué)知識(shí)，思考遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖系統(tǒng)可能存在哪些安全隱患？如何防范這些安全隱患？可能存在的安全隱患：開(kāi)鎖指令在傳輸過(guò)程中被黑客截取和破解；未授權(quán)的用戶通過(guò)非法手段獲取控制權(quán)限，進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)鎖；MQTT服務(wù)器被攻擊，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或信息泄露等。防范措施：對(duì)傳輸?shù)闹噶钸M(jìn)行加密處理，提高破解難度；設(shè)置嚴(yán)格的身份驗(yàn)證機(jī)制，如密碼、指紋、人臉識(shí)別等，確保只有授權(quán)用戶才能發(fā)送指令；加強(qiáng)MQTT服務(wù)器的安全防護(hù)，定期進(jìn)行安全檢測(cè)和升級(jí)，防止被攻擊。八、教學(xué)反思（課后根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況填寫，主要包括教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況、教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題、改進(jìn)措施等）學(xué)生對(duì)反饋與控制關(guān)系的理解程度如何，是否需要進(jìn)一步強(qiáng)化？從課堂提問(wèn)和學(xué)生的討論發(fā)言來(lái)看，大部分學(xué)生能夠理解反饋與控制的關(guān)系，并能舉出相應(yīng)的例子，說(shuō)明教學(xué)目標(biāo)在這方面的達(dá)成情況較好。但仍有少數(shù)學(xué)生對(duì)兩者的邏輯關(guān)系理解不夠清晰，在后續(xù)的習(xí)題練習(xí)或課堂復(fù)習(xí)中，可通過(guò)更多實(shí)例進(jìn)行講解，進(jìn)一步強(qiáng)化他們的理解。實(shí)踐操作環(huán)節(jié)