第9課 互聯(lián)協(xié)議仍沿用 教學設計
一、學情分析
學生在之前的學習中對互聯(lián)網有了一定的認識，了解了一些基本的網絡概念和操作。但對于互聯(lián)網協(xié)議的具體內容和作用還缺乏深入的理解。此階段的學生具有較強的好奇心和求知欲，喜歡通過實際操作和案例分析來學習新知識。
二、教材分析
本單元圍繞萬物互聯(lián)有協(xié)議展開，第九課重點介紹互聯(lián)協(xié)議仍沿用的原因和重要性。教材通過生動的案例和簡潔的語言，引導學生理解互聯(lián)網協(xié)議在網絡通信中的關鍵作用。
三、核心素養(yǎng)教育目標
1.信息意識：讓學生認識到互聯(lián)網協(xié)議在信息傳遞中的重要性，培養(yǎng)對網絡信息的敏感度。
2.計算思維：幫助學生理解互聯(lián)網協(xié)議的工作原理，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。
3.數(shù)字化學習與創(chuàng)新：鼓勵學生利用互聯(lián)網協(xié)議進行創(chuàng)新實踐，提高數(shù)字化學習能力。
4.信息社會責任：引導學生在使用互聯(lián)網協(xié)議時遵守法律法規(guī)，增強信息安全意識。
四、教學重點與難點
教學重點
1.掌握HTTP通信的基本過程。
2.學會物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法及應用程序接口的使用。
教學難點
1.理解傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性。
2.解決在使用應用程序接口過程中可能遇到的問題。
五、教學準備
1.制作PPT課件，展示HTTP通信過程的圖片、原理圖和應用案例。
2.準備電腦及網絡環(huán)境，用于演示從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的過程。
3.收集一些開放的應用程序接口（API）資料。
4.設計一些與HTTP通信和物聯(lián)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)相關的問題卡片。
六、教學過程
（一）導入新課
師：同學們，我們已經了解了物聯(lián)網的很多知識，知道物聯(lián)網中的設備可以相互通信和交換數(shù)據(jù)。但是，大家有沒有想過，物聯(lián)系統(tǒng)是如何從互聯(lián)網中獲取數(shù)據(jù)的呢？在這個過程中，又會用到哪些協(xié)議呢？今天，我們就一起來探討物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法，以及其中一個重要的協(xié)議——HTTP。
（展示一些物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的場景圖片，如智能手表顯示天氣預報、智能家居設備根據(jù)網絡時間自動調整等，激發(fā)學生的學習興趣。）
（二）新課講解
1.HTTP通信簡介
（1）定義
師：HTTP（Hypertext Transfer Prtcl），即超文本傳輸協(xié)議，是一種用于分布式、協(xié)作式和超媒體信息系統(tǒng)的應用層協(xié)議。它是互聯(lián)網上最常用的協(xié)議之一，主要用于在Web瀏覽器和Web服務器之間傳輸超文本數(shù)據(jù)，如網頁、圖片、視頻等。
（展示HTTP協(xié)議的概念圖，讓學生直觀地了解其定義。）
（2）發(fā)展歷程
師：HTTP協(xié)議最早由蒂姆·伯納斯·李于1989年在歐洲核子研究組織（CERN）提出，目的是為了方便科學家之間共享研究成果。隨著互聯(lián)網的發(fā)展，HTTP協(xié)議也在不斷地演進和完善。
HTTP/0.9：這是HTTP協(xié)議的第一個版本，只支持簡單的文本傳輸，沒有請求頭和響應頭。
HTTP/1.0：這個版本增加了請求頭和響應頭，支持多種數(shù)據(jù)類型的傳輸，如圖片、音頻、視頻等。同時，還引入了狀態(tài)碼，用于表示服務器的響應狀態(tài)。
HTTP/1.1：這是目前使用最廣泛的HTTP版本，它在HTTP/1.0的基礎上進行了很多改進，如增加了持久連接、管道化傳輸、分塊傳輸編碼等功能，提高了傳輸效率和性能。
HTTP/2：HTTP/2是對HTTP/1.1的重大升級，它采用二進制分幀層，實現(xiàn)了多路復用、頭部壓縮、服務器推送等功能，進一步提高了傳輸效率和性能。
HTTP/3：HTTP/3基于QUIC協(xié)議，使用UDP代替TCP作為傳輸層協(xié)議，具有更低的延遲和更高的可靠性。
（通過圖片和文字介紹，展示HTTP協(xié)議的發(fā)展歷程，讓學生了解HTTP協(xié)議的不斷進步和完善。）
（3）工作原理
師：HTTP通信是基于客戶端服務器模型的?？蛻舳耍ㄍǔＪ荳eb瀏覽器）向服務器發(fā)送請求，服務器接收請求并返回響應。HTTP通信的基本過程如下：
建立連接：客戶端通過TCP/IP協(xié)議與服務器建立連接。在建立連接之前，客戶端需要知道服務器的IP地址和端口號。一般情況下，Web服務器的端口號是80（HTTP）或443（HTTPS）。
發(fā)送請求：客戶端向服務器發(fā)送HTTP請求，請求包括請求方法、請求URL、請求頭和請求體。請求方法表示客戶端對服務器的操作，如GET（獲取資源）、POST（提交數(shù)據(jù)）、PUT（更新資源）、DELETE（刪除資源）等。請求URL表示客戶端要請求的資源的地址。請求頭包含了一些關于請求的元數(shù)據(jù)，如客戶端的類型、接受的數(shù)據(jù)類型、語言等。請求體包含了客戶端要提交給服務器的數(shù)據(jù)，如表單數(shù)據(jù)、文件等。
處理請求：服務器接收到客戶端的請求后，根據(jù)請求方法和請求URL確定要處理的資源，并對請求進行處理。服務器處理請求的過程可能包括讀取數(shù)據(jù)庫、執(zhí)行腳本、生成動態(tài)內容等。
返回響應：服務器處理完請求后，向客戶端返回HTTP響應，響應包括響應狀態(tài)碼、響應頭和響應體。響應狀態(tài)碼表示服務器對請求的處理結果，如200（成功）、404（未找到資源）、500（服務器內部錯誤）等。響應頭包含了一些關于響應的元數(shù)據(jù)，如服務器的類型、響應的數(shù)據(jù)類型、長度等。響應體包含了服務器返回給客戶端的數(shù)據(jù)，如網頁內容、圖片、視頻等。
關閉連接：客戶端接收到服務器的響應后，根據(jù)HTTP協(xié)議的規(guī)定，可以選擇關閉連接或者保持連接。如果是短連接，客戶端在接收到響應后會立即關閉連接；如果是長連接，客戶端可以在一段時間內保持連接，以便后續(xù)的請求可以復用這個連接。
（通過示意圖和動畫演示，詳細講解HTTP通信的工作原理，讓學生了解HTTP通信的基本過程。）
2.傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性
（1）資源消耗大
師：傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議如HTTP通常是為了滿足Web瀏覽等大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖O計的，在物聯(lián)系統(tǒng)中，很多設備的資源有限，如存儲空間小、處理能力弱、電池電量有限等。使用傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議會消耗大量的資源，如內存、CPU時間、網絡帶寬等，這可能會導致設備性能下降、電池壽命縮短等問題。
（展示一些資源有限的物聯(lián)設備圖片，如傳感器節(jié)點、智能手表等，讓學生直觀地了解傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的資源消耗問題。）
（2）實時性差
師：物聯(lián)系統(tǒng)中的很多應用需要實時的數(shù)據(jù)傳輸和處理，如工業(yè)自動化、智能交通等。傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議通常采用請求響應模式，客戶端需要主動發(fā)起請求才能獲取數(shù)據(jù)，這種模式的實時性較差，不能滿足物聯(lián)系統(tǒng)的實時性要求。
（展示一些需要實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)系統(tǒng)應用場景圖片，如智能工廠中的生產線監(jiān)控、智能交通中的車輛導航等，讓學生直觀地了解傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的實時性問題。）
（3）安全性低
師：物聯(lián)系統(tǒng)中的設備通常連接到公共網絡，容易受到黑客攻擊和惡意軟件的感染。傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在安全性方面存在一些不足，如缺乏對設備身份的認證、數(shù)據(jù)加密強度不夠等。這可能會導致物聯(lián)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)被竊取、篡改或破壞，影響物聯(lián)系統(tǒng)的安全性和可靠性。
（展示一些物聯(lián)系統(tǒng)受到黑客攻擊的案例圖片，如智能家居設備被黑客控制、智能汽車被遠程攻擊等，讓學生直觀地了解傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的安全性問題。）
3.物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法
（1）使用HTTP請求
師：物聯(lián)系統(tǒng)中的設備可以通過發(fā)送HTTP請求來從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點是簡單易用，很多物聯(lián)設備都支持HTTP協(xié)議。但是，如前所述，使用HTTP請求會消耗大量的資源，實時性也較差。
（通過實際案例演示，如一個物聯(lián)設備通過HTTP請求獲取天氣預報數(shù)據(jù)，讓學生了解物聯(lián)系統(tǒng)使用HTTP請求從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法。）
（2）使用應用程序接口（API）
師：應用程序接口（API）是一組定義了軟件組件之間交互方式的規(guī)范。物聯(lián)系統(tǒng)中的設備可以通過調用互聯(lián)網上的API來獲取數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點是可以實現(xiàn)更加靈活和高效的數(shù)據(jù)獲取，同時也可以提高物聯(lián)系統(tǒng)的可擴展性和兼容性。但是，使用API需要一定的編程知識和技能，對于一些資源有限的物聯(lián)設備來說可能比較困難。
（展示一些開放的API平臺，如天氣API、地圖API等，讓學生了解物聯(lián)系統(tǒng)使用API從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法。）
（3）使用消息隊列遙測傳輸（MQTT）協(xié)議
師：MQTT（MessageQueuingTelemetryTransprt）是一種輕量級的發(fā)布/訂閱消息傳輸協(xié)議，專門為資源有限的設備和低帶寬、高延遲的網絡環(huán)境設計。物聯(lián)系統(tǒng)中的設備可以通過MQTT協(xié)議訂閱互聯(lián)網上的主題，當有新的數(shù)據(jù)發(fā)布到該主題時，設備就可以接收到數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)點是資源消耗小、實時性高、安全性好，非常適合物聯(lián)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)獲取。但是，使用MQTT協(xié)議需要一定的編程知識和技能，同時也需要一個MQTT服務器來支持。
（展示MQTT協(xié)議的工作原理圖，讓學生了解物聯(lián)系統(tǒng)使用MQTT協(xié)議從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法。）
4.互聯(lián)網中天氣數(shù)據(jù)實踐探索
（1）實踐目的
師：通過本次實踐探索，讓學生親身體驗物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取天氣數(shù)據(jù)的過程，掌握使用HTTP請求和API從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法。
（2）實踐器材
電腦一臺。
網絡連接。
（3）實踐步驟
使用HTTP請求獲取天氣數(shù)據(jù)：
打開瀏覽器，輸入一個提供天氣數(shù)據(jù)的網站地址，如中國天氣網。
在網站上找到天氣查詢功能，輸入要查詢的城市名稱。
觀察瀏覽器地址欄中的URL，可以看到一些參數(shù)，如城市代碼、日期等。這些參數(shù)是用來向服務器發(fā)送請求的。
按下回車鍵，瀏覽器會向服務器發(fā)送HTTP請求，服務器會返回響應，其中包含了天氣數(shù)據(jù)。
觀察瀏覽器顯示的天氣數(shù)據(jù)，了解HTTP請求獲取天氣數(shù)據(jù)的過程。
使用API獲取天氣數(shù)據(jù)：
注冊一個提供天氣API的平臺，如和風天氣。
獲取API的密鑰（Key），這是調用API的憑證。
查看API的文檔，了解API的調用方法和參數(shù)。
使用編程語言（如Pythn）編寫代碼，調用天氣API，傳入城市名稱等參數(shù)。
運行代碼，觀察輸出的天氣數(shù)據(jù)，了解使用API獲取天氣數(shù)據(jù)的過程。
（4）注意事項
在使用HTTP請求獲取天氣數(shù)據(jù)時，要注意選擇可靠的天氣網站，避免訪問不安全的網站。
在使用API獲取天氣數(shù)據(jù)時，要注意保護API的密鑰，不要泄露給他人。同時，要遵守API的使用條款和限制，避免濫用API。
（三）鞏固練習
1.HTTP知識問答
（1）將學生分成若干小組，每個小組推選一名代表。
（2）教師準備一些與HTTP通信相關的問題，如HTTP請求的方法有哪些、HTTP響應狀態(tài)碼的含義是什么、HTTP協(xié)議的版本有哪些等。
（3）每個小組的代表依次回答問題，答對一題得一分，答錯一題扣一分。
（4）最后得分最高的小組獲勝，教師給予獎勵。
（通過知識問答的方式，鞏固學生對HTTP通信知識的掌握，提高學生的學習積極性和競爭意識。）
2.物聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取實驗
（1）教師準備一些物聯(lián)設備模擬軟件，如虛擬傳感器、虛擬智能手表等。
（2）學生分成小組，進行物聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取實驗。每個小組的任務是選擇一種物聯(lián)設備模擬軟件，使用HTTP請求或API從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)，并將獲取的數(shù)據(jù)顯示在物聯(lián)設備上。
（3）學生在小組內進行實驗和記錄，完成任務后提交實驗報告。
（4）教師對學生的實驗報告進行評價，總結學生在實驗過程中遇到的問題和解決方法。
（通過實驗的方式，讓學生親身體驗物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的過程，提高學生的實踐操作能力和問題解決能力。）
3.API應用創(chuàng)意設計
（1）教師提出一個設計任務，如設計一個基于API的物聯(lián)系統(tǒng)應用，如智能農業(yè)灌溉系統(tǒng)、智能家庭能源管理系統(tǒng)等。
（2）學生分成小組，進行API應用創(chuàng)意設計。每個小組可以根據(jù)自己的興趣和特長，選擇不同的設計方向，如環(huán)境監(jiān)測、健康管理、交通出行等。
（3）學生在小組內進行討論和設計，繪制系統(tǒng)架構圖，撰寫設計說明。
（4）每個小組推選一名代表進行展示，介紹自己小組的設計方案。
（5）其他小組的學生對展示的方案進行評價，提出優(yōu)點和不足之處。
（6）教師對每個小組的方案進行點評，評選出最佳設計方案。
（通過創(chuàng)意設計的方式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，讓學生將所學的API知識應用到實際問題中。）
（四）課堂小結
師：同學們，今天我們一起學習了HTTP通信的基本過程、傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性以及物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法。通過學習，我們了解了HTTP協(xié)議的定義、發(fā)展歷程和工作原理，認識到了傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性，掌握了物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法，包括使用HTTP請求、API和MQTT協(xié)議。同時，我們還通過實踐探索，親身體驗了物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取天氣數(shù)據(jù)的過程。希望同學們在今后的學習和生活中，能夠關注物聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展，積極探索物聯(lián)系統(tǒng)與互聯(lián)網的融合，為推動物聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展做出自己的貢獻。
（五）作業(yè)布置
1.查閱資料，了解更多關于物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法，并選擇一種方法進行深入研究，寫一篇短文。
2.思考如何利用物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取的數(shù)據(jù)來解決生活中的實際問題，提出一個創(chuàng)意方案，并撰寫方案說明。
七、板書設計
1.HTTP通信簡介（定義、發(fā)展歷程、工作原理）
2.傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議局限性
3.物聯(lián)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)方法
4.天氣數(shù)據(jù)實踐要點
八、課后反思
在本節(jié)課的教學中，通過多種教學方法的運用，如講解、演示、實踐操作、小組討論等，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性和參與度。在新課講解環(huán)節(jié)，對HTTP通信的基本過程、傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性以及物聯(lián)系統(tǒng)從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)的方法進行了詳細的講解，使學生對物聯(lián)系統(tǒng)與互聯(lián)網的融合有了較為全面的認識。在鞏固練習環(huán)節(jié)，通過知識問答、實驗操作和創(chuàng)意設計等活動，鞏固了學生對所學知識的掌握，提高了學生的實踐操作能力和創(chuàng)新思維能力。
然而，在教學過程中也存在一些不足之處。例如，在講解傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性時，由于這部分內容比較抽象，學生理解起來有一定的難度。在今后的教學中，可以多采用一些具體的案例和對比分析的方法，幫助學生更好地理解傳統(tǒng)互聯(lián)網協(xié)議在物聯(lián)系統(tǒng)中的局限性。另外，在實踐操作環(huán)節(jié)，部分學生在使用API從互聯(lián)網獲取數(shù)據(jù)時遇到了一些問題，如API調用失敗、數(shù)據(jù)解析錯誤等。在今后的教學中，可以提前對API的使用方法和注意事項進行更加詳細的講解，同時加強對學生的指導，及時解決學生在實踐操作中遇到的問題。
總之，通過本節(jié)課的教學，我對信息科技教學有了更深入的認識和理解。在今后的教學中，我將不斷改進教學方法，提高教學質量，為學生的成長和發(fā)展貢獻自己的力量。

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第9課 互聯(lián)協(xié)議仍沿用

版本： 義務教育版（2024）

年級： 八年級全一冊

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