人教版2024新版八年级全一册信息技术第8课 巧用蓝牙做工具 教学设计

第第页人教版(2024新版）\o"八年级全一册"八年级全一册信息技术第二单元\o"第2单元万物互联有协议"万物互联有协议第8课巧用蓝牙做工具教学设计一、学情分析学生在日常生活中对蓝牙技术有一定的接触和了解，如使用蓝牙耳机、蓝牙音箱等设备。但对于蓝牙的工作原理、具体设置和应用开发等方面的知识较为缺乏。这个阶段的学生具有较强的好奇心和动手实践能力，渴望通过实际操作来探索新技术。二、教材分析本单元主题是万物互联有协议，第八课聚焦蓝牙技术，介绍了蓝牙的特点、应用场景以及如何在不同设备之间进行蓝牙连接和数据传输。通过学习本课，学生将深入了解蓝牙在物联网中的重要作用，掌握基本的蓝牙操作技能。三、核心素养教育目标1.信息意识：让学生认识到蓝牙技术在信息传输中的便捷性，培养学生对新技术的敏感度。2.计算思维：引导学生分析蓝牙连接过程中的问题，培养其逻辑思维和问题解决能力。3.数字化学习与创新：鼓励学生利用蓝牙技术进行创新应用，提高学生的数字化创新能力。4.信息社会责任：强调蓝牙使用中的安全规范，培养学生的信息安全意识。四、教学重点与难点教学重点1.掌握蓝牙协议的工作原理。2.理解近距离通信的特点。3.学会利用蓝牙进行实践操作。教学难点1.深入理解蓝牙协议的技术细节。2.解决蓝牙实践操作中可能出现的问题。三、教学准备1.准备蓝牙设备，如蓝牙音箱、蓝牙鼠标、蓝牙键盘等。2.制作PPT课件，展示蓝牙技术的图片、原理图和应用案例。3.准备一些与蓝牙技术相关的问题卡片，用于课堂互动。4.搭建蓝牙实践平台，包括电脑、蓝牙适配器和蓝牙设备。五、教学过程（一）导入新课师：同学们，在我们的生活中，经常会用到一些无线设备进行通信，比如我们可以用蓝牙耳机听音乐、用蓝牙鼠标操作电脑等。这些设备是如何实现无线通信的呢？今天，我们就一起来探索蓝牙技术的奥秘，了解蓝牙协议的基本原理和近距离通信的特点。（展示一些蓝牙设备的图片，如蓝牙耳机、蓝牙音箱等，激发学生的学习兴趣。）（二）新课讲解1.蓝牙协议简介（1）定义师：蓝牙是一种短距离无线通信技术标准，它可以在设备之间进行数据传输和通信。蓝牙技术的出现，使得我们可以摆脱有线连接的束缚，更加方便地进行设备之间的通信和数据交换。（展示蓝牙技术的概念图，让学生直观地了解其定义。）（2）发展历程师：蓝牙技术最早由瑞典爱立信公司于1994年开始研发，1998年成立了蓝牙技术联盟（BluetoothSpecialInterestGroup，简称SIG）。经过多年的发展，蓝牙技术不断更新和完善，目前已经广泛应用于各种领域。蓝牙1.0和1.1版本：这两个版本的蓝牙技术主要用于手机、耳机等设备之间的通信，传输速率较低，只有721Kbps。蓝牙2.0和2.1版本：这两个版本的蓝牙技术在传输速率和安全性方面有了很大的提升，传输速率达到了2.1Mbps，并且增加了安全简单配对（SecureSimplePairing，简称SSP）功能，使得设备之间的配对更加方便和安全。蓝牙3.0和4.0版本：蓝牙3.0版本引入了高速传输技术（HighSpeed，简称HS），传输速率可以达到24Mbps。蓝牙4.0版本则引入了低功耗蓝牙（BluetoothLowEnergy，简称BLE）技术，使得蓝牙设备的功耗更低，续航时间更长。蓝牙5.0和5.1版本：蓝牙5.0版本在传输速率、传输距离和功耗方面都有了很大的提升，传输速率可以达到2Mbps，传输距离可以达到300米，功耗也更低。蓝牙5.1版本则引入了方向查找（DirectionFinding）功能，可以实现更加精确的位置定位。（通过图片和文字介绍，展示蓝牙技术的发展历程，让学生了解蓝牙技术的不断进步和完善。）（3）蓝牙协议栈师：蓝牙协议栈是蓝牙技术的核心部分，它由多个协议层组成，包括物理层、链路层、逻辑链路控制和适配协议层（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol，简称L2CAP）、服务发现协议层（ServiceDiscoveryProtocol，简称SDP）、射频通信协议层（RadioFrequencyCommunication，简称RFCOMM）等。物理层：物理层负责蓝牙设备之间的无线通信，它使用2.4GHz的ISM频段进行通信，采用跳频扩频（FrequencyHoppingSpreadSpectrum，简称FHSS）技术，以提高通信的抗干扰能力和安全性。链路层：链路层负责蓝牙设备之间的链路管理和控制，它包括链路控制协议（LinkControlProtocol，简称LCP）、链路管理协议（LinkManagerProtocol，简称LMP）等。链路控制协议负责建立和维护蓝牙设备之间的物理链路，链路管理协议负责管理蓝牙设备之间的逻辑链路，包括链路的建立、断开、加密、解密等。L2CAP层：L2CAP层负责蓝牙设备之间的数据传输和通信，它提供了面向连接和无连接的数据服务，可以支持多种数据格式和协议。L2CAP层还提供了流量控制和错误控制功能，以保证数据传输的可靠性和稳定性。SDP层：SDP层负责蓝牙设备之间的服务发现和描述，它可以让蓝牙设备自动发现周围的其他蓝牙设备，并了解这些设备所提供的服务和功能。SDP层还可以让蓝牙设备向其他设备描述自己所提供的服务和功能，以便其他设备进行连接和使用。RFCOMM层：RFCOMM层是一种模拟串口通信的协议层，它可以让蓝牙设备之间模拟串口通信，从而实现对传统串口设备的支持。RFCOMM层还可以提供流量控制和错误控制功能，以保证数据传输的可靠性和稳定性。（通过示意图和文字介绍，详细讲解蓝牙协议栈的各个协议层的作用和功能。）2.蓝牙的工作原理（1）蓝牙设备的连接过程师：蓝牙设备之间的连接过程主要包括以下几个步骤：设备发现：当一个蓝牙设备想要与其他蓝牙设备进行连接时，它会首先进入设备发现模式，向周围发送查询请求（InquiryRequest）。周围的蓝牙设备收到查询请求后，会返回查询响应（InquiryResponse），其中包含了设备的地址、名称、服务等信息。查询设备收到查询响应后，会根据这些信息选择要连接的设备。配对和绑定：当查询设备选择了要连接的设备后，它会向该设备发送配对请求（PairingRequest）。被连接的设备收到配对请求后，会返回配对响应（PairingResponse），其中包含了设备的配对码（Passkey）。查询设备收到配对响应后，会提示用户输入配对码。用户输入配对码后，查询设备会将配对码发送给被连接的设备。被连接的设备收到配对码后，会进行验证。如果配对码正确，两个设备就会完成配对和绑定，建立起逻辑链路。连接建立：当两个设备完成配对和绑定后，它们就可以建立起物理链路和逻辑链路，进行数据传输和通信。在连接建立过程中，两个设备会协商通信参数，如传输速率、数据格式、加密方式等。（通过示意图和动画演示，详细讲解蓝牙设备的连接过程，让学生了解蓝牙设备之间是如何建立连接的。）（2）蓝牙数据传输过程师：蓝牙设备之间的数据传输过程主要包括以下几个步骤：数据封装：当一个蓝牙设备想要向另一个蓝牙设备发送数据时，它会将数据封装成蓝牙数据包（BluetoothPacket）。蓝牙数据包由包头（Header）、有效载荷（Payload）和包尾（Trailer）组成。包头包含了数据包的类型、长度、校验码等信息，有效载荷包含了要传输的数据，包尾包含了数据包的结束标志。数据传输：蓝牙设备将封装好的蓝牙数据包通过无线信道发送出去。在发送过程中，蓝牙设备会采用跳频扩频技术，不断地在不同的频率上发送数据包，以提高通信的抗干扰能力和安全性。数据接收：另一个蓝牙设备接收到数据包后，会对数据包进行校验和解析。如果数据包校验正确，接收设备就会将有效载荷中的数据提取出来，并进行相应的处理。如果数据包校验错误，接收设备就会请求发送设备重新发送数据包。（通过示意图和动画演示，详细讲解蓝牙数据传输过程，让学生了解蓝牙设备之间是如何进行数据传输的。）3.近距离通信的特点（1）短距离通信师：近距离通信的最大特点就是通信距离短。蓝牙技术的通信距离一般在10米左右，有些蓝牙设备的通信距离可以达到100米以上。相比之下，远距离通信技术如WiFi、移动网络等的通信距离可以达到几百米甚至几千米。（展示蓝牙设备和远距离通信设备的通信距离对比图，让学生直观地了解近距离通信的短距离特点。）（2）低功耗师：近距离通信设备通常采用低功耗设计，以延长设备的续航时间。蓝牙技术中的低功耗蓝牙（BLE）就是一种专门为低功耗设备设计的蓝牙技术，它可以在保持通信功能的同时，将设备的功耗降低到非常低的水平。相比之下，远距离通信设备如手机、平板电脑等的功耗较高，需要经常充电。（展示蓝牙设备和远距离通信设备的功耗对比图，让学生直观地了解近距离通信的低功耗特点。）（3）简单易用师：近距离通信设备通常采用简单易用的设计，用户可以很容易地进行设备之间的连接和通信。蓝牙技术中的设备发现、配对和绑定等过程都非常简单，用户只需要按照提示进行操作即可。相比之下，远距离通信设备如手机、平板电脑等的连接和设置过程相对复杂，需要用户具备一定的技术知识和操作经验。（通过实际操作演示，让学生感受蓝牙设备的简单易用性，与远距离通信设备进行对比。）（4）安全性高师：近距离通信设备通常采用较高的安全标准，以保证通信的安全性和隐私性。蓝牙技术中的加密、认证等安全机制可以有效地防止数据被窃取和篡改。相比之下，远距离通信设备如WiFi、移动网络等的安全风险相对较高，容易受到黑客攻击和窃听。（展示蓝牙设备和远距离通信设备的安全风险对比图，让学生直观地了解近距离通信的高安全性特点。）4.蓝牙翻页笔实践探索（1）实践目的师：通过本次实践探索，让学生亲身体验蓝牙技术的应用，了解蓝牙翻页笔的工作原理和使用方法，掌握蓝牙设备的连接和操作技巧。（2）实践器材蓝牙翻页笔一支。电脑一台。投影仪一台。（3）实践步骤连接蓝牙翻页笔：将蓝牙翻页笔的电源开关打开，然后按下翻页笔上的连接按钮，使其进入连接模式。在电脑上打开蓝牙设置，搜索附近的蓝牙设备，找到蓝牙翻页笔后，点击连接按钮进行连接。测试蓝牙翻页笔：连接成功后，打开一个演示文稿或文档，测试蓝牙翻页笔的上下翻页、激光笔等功能是否正常。如果功能不正常，可以检查蓝牙连接是否稳定，或者重新连接蓝牙翻页笔。分析蓝牙翻页笔的工作原理：在使用蓝牙翻页笔的过程中，观察蓝牙翻页笔与电脑之间的通信过程，思考蓝牙翻页笔是如何通过蓝牙技术实现与电脑的连接和通信的。可以结合所学的蓝牙技术知识，分析蓝牙翻页笔的工作原理和技术实现。（4）注意事项在连接蓝牙翻页笔时，要确保电脑的蓝牙功能已经打开，并且蓝牙翻页笔处于连接模式。在使用蓝牙翻页笔时，要注意保持蓝牙连接的稳定性，避免距离过远或有障碍物干扰。在分析蓝牙翻页笔的工作原理时，要结合所学的蓝牙技术知识进行思考，不要盲目猜测。（三）巩固练习1.蓝牙知识问答（1）将学生分成若干小组，每个小组推选一名代表。（2）教师准备一些与蓝牙技术相关的问题，如蓝牙协议的版本、蓝牙设备的连接过程、蓝牙数据传输的原理等。（3）每个小组的代表依次回答问题，答对一题得一分，答错一题扣一分。（4）最后得分最高的小组获胜，教师给予奖励。（通过知识问答的方式，巩固学生对蓝牙技术知识的掌握，提高学生的学习积极性和竞争意识。）2.蓝牙设备连接实验（1）教师准备一些蓝牙设备，如蓝牙音箱、蓝牙鼠标、蓝牙键盘等。（2）学生分成小组，进行蓝牙设备连接实验。每个小组的任务是选择一种蓝牙设备，按照设备的说明书进行连接和设置，然后测试设备的功能是否正常。（3）学生在小组内进行实验和记录，完成任务后提交实验报告。（4）教师对学生的实验报告进行评价，总结学生在实验过程中遇到的问题和解决方法。（通过实验的方式，让学生亲身体验蓝牙设备的连接和使用过程，提高学生的实践操作能力和问题解决能力。）3.蓝牙应用创意设计（1）教师提出一个设计任务，如设计一个基于蓝牙技术的智能家居系统、智能办公系统等。（2）学生分成小组，进行蓝牙应用创意设计。每个小组可以根据自己的兴趣和特长，选择不同的设计方向，如智能家居控制、智能办公设备、智能健康监测等。（3）学生在小组内进行讨论和设计，绘制系统架构图，撰写设计说明。（4）每个小组推选一名代表进行展示，介绍自己小组的设计方案。（5）其他小组的学生对展示的方案进行评价，提出优点和不足之处。（6）教师对每个小组的方案进行点评，评选出最佳设计方案。（通过创意设计的方式，培养学生的创新思维和实践能力，让学生将所学的蓝牙技术知识应用到实际问题中。）（四）课堂小结师：同学们，今天我们一起学习了蓝牙协议的基本原理、近距离通信的特点以及蓝牙翻页笔的实践探索。通过学习，我们了解了蓝牙技术的发展历程、蓝牙协议栈的组成、蓝牙设备的连接过程和数据传输原理，掌握了近距离通信的特点和蓝牙设备的使用方法。希望同学们在今后的学习和生活中，能够关注蓝牙技术的发展，积极探索其在不同领域的应用，为推动信息技术的进步贡献自己的力量。（五）作业布置1.查阅资料，了解更多关于蓝牙技术的应用案例，并选择一个自己感兴趣的案例进行分析，写一篇短文