Packet Tracer在高中信息技術(shù)課程中的應(yīng)用
——以“物聯(lián)網(wǎng)與智能家居”教學(xué)為例

張 潔

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）強(qiáng)調(diào)構(gòu)建具有時(shí)代特征的學(xué)習(xí)內(nèi)容，兼顧理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用，將知識(shí)建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運(yùn)用數(shù)字化工具解決問題的過程中。教師應(yīng)以此為契機(jī)，了解各種數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)工具，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，合理設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)，在問題解決的過程中培育學(xué)生的計(jì)算思維，在數(shù)字化學(xué)習(xí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新素養(yǎng)。

“物聯(lián)網(wǎng)與智能家居”是粵教版必修模塊2第三章“信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組建”的內(nèi)容，物聯(lián)網(wǎng)作為第三次信息化浪潮下的代表技術(shù)，已成為信息社會(huì)的命脈和知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。但是，由于學(xué)校缺乏相關(guān)硬件設(shè)備、課堂教學(xué)和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用脫節(jié)，致使學(xué)生實(shí)踐能力欠缺，教學(xué)重理論而輕實(shí)踐。在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)運(yùn)用Packet Tracer 軟件可以模擬搭建物聯(lián)網(wǎng)智能家居環(huán)境。Packet Tracer 仿真軟件是由美國Cisco 公司開發(fā)的可視化交互式教學(xué)和學(xué)習(xí)工具，它操作簡單、形象生動(dòng)，有效解決了當(dāng)前學(xué)校硬件設(shè)備有限的問題，提升了課堂教學(xué)效率。

一、基于Packet Tracer 的“物聯(lián)網(wǎng)與智能家居”教學(xué)設(shè)計(jì)

1.課題分析

（1）學(xué)科核心素養(yǎng)要求。在新課標(biāo)背景下，我們希望學(xué)生在信息技術(shù)課堂上合理利用數(shù)字化資源，提升信息意識(shí)及計(jì)算思維能力。為此在教學(xué)設(shè)計(jì)上，筆者希望通過以下做法培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)：首先，通過體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例，感知信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式；其次，利用Packet Tracer 搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，了解物聯(lián)網(wǎng)的接入方式；最后，利用視頻等數(shù)字化資源自主學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)多領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

（2）學(xué)情分析。本課的授課對(duì)象是高二學(xué)生。本課知識(shí)原理比較抽象，學(xué)生有一定的生活體驗(yàn)，但知識(shí)體系較零散，學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)有一定困難。本課的關(guān)鍵在于如何有效幫助學(xué)生搭建物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)素養(yǎng)和數(shù)字化學(xué)習(xí)素養(yǎng)。

（3）學(xué)習(xí)目標(biāo)。首先，讓學(xué)生初步了解物聯(lián)網(wǎng)、智能家居的概念；其次，通過DHCP 實(shí)驗(yàn)，了解動(dòng)態(tài)IP 地址的設(shè)置方法；最后，通過搭建物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)、觀看視頻等，感知信息系統(tǒng)與外部世界連接的方式。

2.教學(xué)活動(dòng)

【環(huán)節(jié)一】體驗(yàn)智能家居系統(tǒng)，引入課題

師：請(qǐng)大家相鄰兩位為一小組，共同完成今天的探究內(nèi)容。首先，請(qǐng)兩位學(xué)生分別用手機(jī)、智能音箱控制掃地機(jī)器人，并思考該智能家居系統(tǒng)中可能用到哪些設(shè)備以及它們的作用。

學(xué)生回答，嘗試從家居設(shè)備、控制器、服務(wù)器等方面歸納智能家居的系統(tǒng)構(gòu)成，以及每一設(shè)備的作用。

【設(shè)計(jì)意圖】利用家居實(shí)物調(diào)動(dòng)課堂參與度，讓學(xué)生初步了解智能家居系統(tǒng)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

【環(huán)節(jié)二】物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等核心概念學(xué)習(xí)

師：剛剛兩位同學(xué)演示的內(nèi)容要用到哪些技術(shù)呢？

生：物聯(lián)網(wǎng)和智能家居。

師：非常好，那什么是物聯(lián)網(wǎng)、什么是智能家居呢？

生：物聯(lián)網(wǎng)即所有物品都要聯(lián)網(wǎng)，智能家居即家電聯(lián)網(wǎng)。

師：如果想實(shí)現(xiàn)家里所有電器聯(lián)網(wǎng)，需要什么條件？

生：網(wǎng)絡(luò)，而且是無線網(wǎng)。

師：非常好，這里向大家介紹無線AP、DHCP 的概念。無線AP（Access Point）即無線接入點(diǎn)，是用于無線網(wǎng)絡(luò)的無線交換機(jī)，也是無線網(wǎng)絡(luò)的核心；它是移動(dòng)計(jì)算機(jī)用戶進(jìn)入有線網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，主要用于寬帶家庭、大樓內(nèi)部以及園區(qū)內(nèi)部。而DHCP 動(dòng)態(tài)主機(jī)設(shè)置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol）是一個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它可以用于內(nèi)部網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商自動(dòng)分配IP 地址；也可以是內(nèi)部網(wǎng)管理員對(duì)所有計(jì)算機(jī)的中央管理的手段。除了我們剛剛體驗(yàn)的智能控制掃地機(jī)器人，還有哪些電器可以加入智能家電系統(tǒng)呢？我們一起來觀看視頻《智能家居系統(tǒng)》。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)教師引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)，初步了解物聯(lián)網(wǎng)、智能家居的概念。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生歸納出智能家居系統(tǒng)中的核心：無線網(wǎng)、DHCP。最后利用視頻為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)作鋪墊。

【環(huán)節(jié)三】基于Packet Tracer 搭建物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)

教師演示《Packet Tracer 學(xué)習(xí)視頻》的使用方法，安排學(xué)生打開“物聯(lián)網(wǎng)智能家居.pkt”半成品（見下頁圖1），增加臺(tái)燈、手機(jī)設(shè)備，兩人一組合作完善拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用手機(jī)遠(yuǎn)程控制家里的電扇、臺(tái)燈設(shè)備。完成后總結(jié)歸納Packet Tracer搭建物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)的過程。

圖1 半成品拓?fù)鋱D

實(shí)驗(yàn)步驟如下。第一步，搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。學(xué)生在教師所給半成品中，添加控制器智能手機(jī)和家居設(shè)備臺(tái)燈，并連接好配置線，得到本實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹５诙剑峙銲P 地址。服務(wù)器必須設(shè)置靜態(tài)地址，并且開啟DHCP 服務(wù)。設(shè)置完畢后分別單擊智能手機(jī)和智能家居設(shè)備，在彈出的窗口中單擊“Config”選項(xiàng)卡，設(shè)置“IP Configuration”為DHCP。第三步，注冊物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。服務(wù)器開啟IOE 服務(wù)，為控制器（智能手機(jī)）設(shè)置登錄賬號(hào)、密碼，隨后為執(zhí)行器家居設(shè)備（臺(tái)燈、風(fēng)扇、煙霧報(bào)警器等）設(shè)置登錄賬號(hào)、密碼。第四部，測試。單擊智能手機(jī)，在彈出的窗口中單擊“Desktop”，即可看到本實(shí)驗(yàn)中所有的智能家居設(shè)備并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生利用Packet Tracer 構(gòu)建了簡單的物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)，突破了這節(jié)課的難點(diǎn)。Packet Tracer 模擬了服務(wù)器、控制器、執(zhí)行器、傳感器等的安全互聯(lián)，高度還原了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的方法。教師提供的半成品降低了任務(wù)難度，提升了學(xué)生合作學(xué)習(xí)的效率。

【環(huán)節(jié)四】拓展——物聯(lián)網(wǎng)的其他應(yīng)用

在以上操作流程的基礎(chǔ)上，教師增加其他家居設(shè)備，如加濕器、咖啡機(jī)，拓展智能家居功能，安排學(xué)生再次進(jìn)行操作。觀看《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用》視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考物聯(lián)網(wǎng)的其他應(yīng)用方向。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)是對(duì)環(huán)節(jié)三的鞏固與提升，增加新的智能家居使學(xué)生舉一反三，提升知識(shí)遷移能力；拓寬視野，激發(fā)思維，讓學(xué)生感受物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多方面應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)所帶來的價(jià)值。

【環(huán)節(jié)五】課堂小結(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生歸納物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等概念。（見圖2）

圖2 知識(shí)總結(jié)圖

二、教學(xué)反思

首先，學(xué)生是課堂教學(xué)活動(dòng)的主體。每位學(xué)生都要在真實(shí)的信息交互活動(dòng)中完成具體的信息技術(shù)操作任務(wù)，感受信息技術(shù)專業(yè)人員的思維模式與工作方法，體驗(yàn)信息技術(shù)為人們生活、工作與學(xué)習(xí)帶來的便利。因此，筆者安排兩人一組合作搭建家具系統(tǒng)，并且提供視頻指導(dǎo)，幫助學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)內(nèi)容。

其次，基于Packet Tracer 的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境，讓學(xué)生親歷智能家居系統(tǒng)的搭建過程。采用模擬軟件Packet Tracer 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，降低了教學(xué)成本，打破了學(xué)習(xí)時(shí)間和空間上的限制，提高了實(shí)驗(yàn)效果；Packet Tracer 模擬器操作簡單，設(shè)備用戶界面接近真實(shí)設(shè)備，便于學(xué)生上手。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過基礎(chǔ)任務(wù)，將實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)相結(jié)合，并完成拓展任務(wù)，真正達(dá)到培養(yǎng)計(jì)算思維的目的。

最后，教師是學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)者與調(diào)控者，一方面應(yīng)選用接近學(xué)生生活實(shí)際的案例，化繁為簡，合理設(shè)計(jì)任務(wù)，啟迪學(xué)生思考，著重培養(yǎng)學(xué)生的思維方式和用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力；另一方面，教師要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具。