第二单元 第10课《物物互通有新径》教学设计-2026-2027学年人教版八年级信息技术全一册

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（新教材）初中信息技术八年级全一册

一、教学背景

本课为第二单元《万物互联有协议》收尾课时，承接前一课《互

联协议仍沿用》，学生已掌握TCP/IP.HTTP传统互联网协议的分层

结构、交互流程，知晓HTTP协议在低功耗小型物联网设备中的使用

局限。本课聚焦物联网专属新型通信技术与轻量化协议，讲解5G、

边缘计算、MQTT、CoAP.LoRaWAN等适配物物直连的新技术路径，解

决传统协议无法适配海量低功耗感知设备的行业痛点。课堂结合智能

家居、智意农业、智能水表等实景案例开展线卜机房探究，打通“传

统互联网协议一物联网新型通信路径”完整知识体系，帮助学生建立

完整万物互联通信技术认知，为第三单元简易物联功能实践提供通信

原理支撑。

二、教材分析

教材以智慧农田传感器集群为导入案例，完整划分三大核心教学

模块：第一模块梳理物联网专属通信硬件路径，包含5G广域通信、

LoRa低功耗广域网、边缘计算协同模式，配套智慧农业、智慧城市

实景图片；第二模块讲解轻量化物联网专属协议MQTT、CoAP,对比

上一课HTTP协议，解析发布-订阅交互模式的低功耗优势；第三

模块设置综合探究任务，要求学生根据设备供电、传输距离、数据量，

自主匹配适配通信路径与协议，配套对比表格、简易物联系统流程图。

教材规避复杂底层代码，侧重生活化场景对比、流程图梳理、机房模

拟探究，兼顾理论辨析与数字化实践，辩证区分传统互联网方案与物

联网全新互通路径的适用场景，单元收尾形成完整知识闭环。

三、核心素养教学目标

1.信息意识：识别5G、LoRa、边缘计算、MQTT等物联网专属通

信技术，区分传统HTTP协议与轻量化物联协议的适用场景；

能根据设备功耗、传输距离判断适配的互通路径，形成通信技

术价值判断意识。

2.计算思维：运用分解、对比、建模思维梳理“感知设备一边缘

节点一云端平台”三级数据传输链路；拆解MQTT发布-订阅

交互逻辑，建立物物双向主动推送的计算思维模型。

3.数字化学习与创新：依托机房模拟工具完成MQTT发布订阅简

易模拟实操；小组合作针对智慧教室设备设计完整通信方案，

自主搭配通信路径与轻量化协议。

4.信息社会责任：了解海量物联网设备联网带来的数据安全、算

力负载问题，知晓边缘计算本地处理数据的隐私保护优势；树

立合理规划物联网设备组网、节约网络与算力资源的数字责任

意识。

四、教学重难点

(-)教学重点

1.掌握5G、LoRa,边缘计算三类物联网新型通信硬件路径的特点

与适用场景；

2.理解MQTT轻量化协议发布-订阅交互模式，对比HTTP请求

响应模式的低功耗优势；

3.能根据设备使用条件匹配对应的互通技术路径与通信协议。

(-)教学难点

理清“感知终端一边缘节点一云端”协同传输完整链路；区分发

布-订阅与请求响应两种交互模式的底层逻辑，理解轻量化协议适

配海量低功耗设备的核心原理。

五、教学过程

环节1:复习旧知衔接导入，朗读教材导语，出示课题

教师板书上一课核心知识点：TCP/TP四层协议、HTTP请求-响

应模式、HTTP适配低功耗传感器的短板，面向全班提问：“上节课

我们发现温湿度、水表、农田传感器依靠电池供电，频繁发起HTTF请

求会快速耗电，服务器持续轮询也会造成算力压力，针对海量小型低

功耗物联网设备，行业推出了哪些全新的物物互通解决方案？”

学生自由作答：研发更省电的专用通信协议、全新无线网络技术、本

地设备处理数据减少云端交互。

教师过渡衔接单元主题：“传统互联网协议仅能满足大功率智能设备

联网需求，海量低功耗感知设备需要专属通信技术与轻量化协议，今

天我们学习单元最后一课《物物互通有新径》，认识5G、LoRa,边

缘计算等新型传输路径，掌握MQTT、CoAP轻量化物联网协议，看懂

物与设备之间专属的互通逻辑。”

教师引导学生翻开教材，完整朗读教材开篇导语原文：“万物互联时

代，大量小型感知设备需要远距离、低功耗、广连接的通信支持，传

统互联网HTTP协议难以满足需求。行业发展出全新物物互通技术路

径：5G高速广域通信、LoRa低功耗远距离传输、边缘计算本地数据

处理；同时诞生MQTT、CoAP轻量化通信为议，采用发布-订阅交

互模式，实现设备之间主动推送数据、低电量稳定联网，构建适配海

量物联网终端的新型通信体系。”同步展示教材配套智慧农田传感器

集群配图，抛出导入探究问题：“农田分布大量电池供电温湿度传感

器，远距离传输数据，不能频繁联网耗电，需要搭配哪一类新型通信

技术？”

学生结合画面预判低功耗远距离传输技术：教师播放教材配套物联网

传输短视频，完成初听整体感知。

设计意图：复习前一课HTTP协议短板，搭建单元新旧知识对比框架,

依托教材导语与智慧农田实景配图建立情境，先预判技术需求再开展

新知学习，激发学生主动探究新型互通路径的学习兴趣，快速聚焦本

课物联网专属通信技术核心。

环节2：初读教材新型通信硬件路径文本，配套板书梳理对比表格

教师引导学生分段阅读教材“物联网新型互通硬件路径”板块文

字，同步在黑板绘制《三类物联网通信路径特征对照表》，师生互动

填充表格内容，穿插分层问答拆解基础知识点。

通信路径教材标注核心特点功耗/传输距离典型适用场景

5G广域通高速率、低时延、支功耗中等，远距自动驾驶、城市监

信持百万级设备同时离全域覆盖控、高清智能摄像

联网头

LoRa低功极低电量消耗、超远功耗极低”数公农田传感器、智能

耗广域网距离传输、窄带宽里远距离传输水表、地下管线监

测设备

边缘计算协本地边缘节点就近减少云端交互，智慧教室、小区智

同传输处理数据，仅上传关降低设备网络能家居集群、工厂

键信息至云端请求频次传感设备

师对照表格提问：“教材标注LoRa技术功耗极低，适合电池供

电小型传感器，对比5G通信，两种技术分别适配什么类型物联网设

备？为什么农田监测优先选用LoRa?”

全体学生结合表格内容小组讨论后代表发言：5G带宽高、速度快，

适合摄像头、自动驾驶等高数据量设备；LoRa耗电少、传输距离远，

农田传感器分布分散、依靠电池供电，不需要高速传输，优先选用

LoRa技术。

教师补充教材文字核心知识点：边缘计算是全新数据处理路径，区别

于所有数据直接上传云端的传统模式，在设备本地网关、边缘节点完

成数据筛选、简单运算，只把异常、关键数据上传服务器，大幅减少

设备网络请求次数，从源头降低设备电量消耗，完美弥补HTTP协议

频繁轮询的短板。

师抛出递进探究问题：“智慧教室分布温湿度、光照、人体感应多类

传感器，搭配本地边缘网关，边缘计算会如何优化数据传输流程？”

学生独立作答：传感器采集数据先在本地边缘网关处理，正常环境数

据不发送云端，仅温湿度超标、人员异常停留等关键信息上传服务器,

减少设备联网频次，节约电量与网络资源。

教师总结表格核心逻辑：5G、LoRa解决物联网设备远距离联网硬件

通道问题，边缘计算优化数据传输逻辑，三者共同构成物物互通全新

硬件路径，为轻量化协议学习做好铺垫。

设计意图：完整落实教材通信路径文本，可视化表格整合三类硬件技

术特征，搭配实景场景问答，让学生直观区分不同互通路径的适用边

界，建立“设备场景匹配对应通信硬件”的基础信息意识，理清本课

理论第一层框架。

环节3：分段精读教材轻量化协议文本，拆解MQTT发布-订阅核

心交互模式

教师按照教材划分的MQTT协议、HTTP协议对比两大模块分层

讲解，每一段播放配套交互示意图、朗读教材赏析文字，设置多轮师

问生答互动，联动上一课HTTP知识点对比学习。

模块一：MQTT轻量化协议核心原理

播放教材MQTT发布-订阅交互流程图，朗读教材原文：〃MQTT

是专为物联网设计的轻量化应用层协议，采用发布-订阅交互模式,

分为三类角色：发布端（传感器设备）、服务端（消息Broker）、

订阅端（手机APP、控制终端）。传感器采集数据后主动发布至服务

端，所有订阅对应主题的设备可实时接收推送，无需持续主动发起请

求，数据包体积小巧，电量消耗极低。”

师出示教材截取交互流程图提问：〃HTTP是客户端主动请求服务器，

MQTT是设备主动推送数据，两种交互模式最大区别是什么？对于电

池供电传感器会带来什么影响？”

生举手作答：HTTP需要设备定时主动访问服务器，持续耗电;MQTT传

感器采集到数据后按需推送，无数据时保持休眠，大幅节约电量。

教师板书MQTT核心要点（对标教材）：轻量化数据包、发布-订

阅主动推送机制、设备可休眠，是低功耗物联网设备首选通信协议。

模块二：MQTT与HTTP综合对比辨析

教师组织同桌互问互答，结合教材对匕文字梳理两类协议适配场

景：同桌互相说一说，智能摄像头选用哪类协议？农田温湿度传感器

选用哪类协议，理由是什么？

同桌交流后分享发言：高清摄像头数据量大、持续供电，可复用HTTP

协议；农田传感器可池供电、低频次传输，优先使用MQTT轻量化协

议。

教师补充教材延伸知识点CoAP协议：CoAP同样为轻量化物联网协

议，适配窄带宽、极低功耗设备，逻辑与MQTT相近，多用于小型微

型传感终端，是LoRa传输配套常用协议。

模块三：完整物物互通链路整合

教师整合教材图文，梳理完整新型互通链路：低功耗传感器一

LoRa/5G通信硬件一边缘网关本地处理一MQTT协议发布数据一云端

消息服务端一订阅端手机/控制设备接收推送。

师提问辨析:“边缘计算搭配MQTT协议，双重优化物联网设备功耗，

二者分别起到什么作用？”

学生分组发言：边缘计算减少无用数据上传频次，MQTT协议简化数

据包、采用推送机制避免轮询，双重降低设备电量消耗，解决传统

HTTP协议的核心短板。

教师汇总本环节逻辑链条：5G/LoRa提供远距离传输通道一边缘计算

减少无效网络交互一MQTT轻量化协议提供低功耗推送交互模式，三

者组合形成完整物物互通全新技术路径。

设计意图：依托教材MQTT配套流程图、对比文本分层讲解，联动上

一课HTTP知识开展对比问答、同桌互研，将抽象发布-订阅模式

转化为可视化交互流程，紧扣本课教学重点，打通单元两课时协议知

识体系。

环节4：教材综合探究案例讲解，突破本课教学难点

教师展示教材两组完整物联网系统案例：左侧智慧农田

LoRa+MQTT+边缘计算系统、右侧家用智能音箱HTTP联网系统，朗

读教材综合探究思考题文字提问：“结合两节课全部知识，梳理智慧

农田整套设备的完整数据传输链路，分析这套新型互通路径如何解决

传统互联网协议存在的功耗、算力压力问题。”

师生共同板书完整传输链路流程图：

农田温湿度传感器（发布端）一LoRa低功耗远距离传输一田间边缘

网关（边缘计算筛选数据）一MQTT轻量化协议推送异常数据一云端

消息服务端一农户手机APP（订阅端接收推送）

师深化难点探究提问：“这条完整链路中，边缘计算、MQTT发布订

阅、LoRa技术分别解决了HTTP协议的哪一项短板？三者协同如何

实现低功耗、海量设备稳定互通？”

学生分组充分交流后派代表发言：LoRa解决远距离传输、低功耗硬

件通道；边缘计算减少频繁网络请求，降低服务器算力压力；MQTT发

布-订阅模式替代轮询请求，设备无数据时休眠，三重技术协同，

完美适配海量电池供电感知设备，实现传统协议无法达成的物物直连

互通效果。

教师结合教材单元总结文字,破解本课难点：本课核心难点是理清“感

知终端一边缘节点一云端”三级协同传输链路，区分请求响应、发布

订阅两种交互逻辑；传统互联网协议以“人使用的联网设备”为设计

核心，物联网全新互通路径以“无人值守、电池供电、海量分布的感

知设备”为设计核心，二者设计目标不同，因此形成两套完全不同的

通信体系，共同构成完整万物互联通信生态。

设计意图：依托教材综合探究实景案例搭建完整链路模型，流程图灯

视化拆解三层传输结构，通过深度探究问题引导学生整合全单元知识,

自主拆解传输链路、交互模式两大教学难点，完成单元知识闭环梳理。

环节5：机房模拟实践完整指导

教师朗读教材课堂实践仟务原文：〃1.在机房模拟工具中完成

MQTT发布-订阅简易模拟，分别扮演传感器发布端、手机订阅端,

体验数据主动推送过程；2.小组合作选取智慧教室/智慧农田任一场

景，绘制完整物物互通流程图，标注通信硬件路径、轻量化协议、边

缘计算节点；3.表格梳理场景内所有设备，匹配适配的通信技术与

协议，并说明匹配理由。”

教师分步示范完整模拟实操流程，全程对装教材要求，联动上一课

HTTP协议对比练习：

第一步：机房模拟MQTT实操，分组分配发布、订阅角色，发布端模

拟传感器推送温湿度数据，订阅端实时接收推送；巡回随机提问学生:

MQTT和HTTP的数据交互顺序有什么根本区别？电池设备使用

MQTT有什么优势？学生现场对比作答，教师纠正模拟操作角色逻辑

混乱问题。

第二步：小组合作绘制场景完整互通流程图，必须包含感知设备、通