Packet Tracer在高中信息技術課程中的應用
——以“物聯網與智能家居”教學為例

張 潔

《普通高中信息技術課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱“新課標”）強調構建具有時代特征的學習內容，兼顧理論學習和實踐應用，將知識建構、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運用數字化工具解決問題的過程中。教師應以此為契機，了解各種數字化學習系統(tǒng)、學習資源和學習工具，轉變教學模式，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，合理設計教學任務，在問題解決的過程中培育學生的計算思維，在數字化學習的過程中培養(yǎng)學生的數字化學習能力與創(chuàng)新素養(yǎng)。

“物聯網與智能家居”是粵教版必修模塊2第三章“信息系統(tǒng)的網絡組建”的內容，物聯網作為第三次信息化浪潮下的代表技術，已成為信息社會的命脈和知識經濟發(fā)展的基礎。但是，由于學校缺乏相關硬件設備、課堂教學和現實應用脫節(jié)，致使學生實踐能力欠缺，教學重理論而輕實踐。在教學設計的過程中，筆者發(fā)現運用Packet Tracer 軟件可以模擬搭建物聯網智能家居環(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和學習工具，它操作簡單、形象生動，有效解決了當前學校硬件設備有限的問題，提升了課堂教學效率。

一、基于Packet Tracer 的“物聯網與智能家居”教學設計

1.課題分析

（1）學科核心素養(yǎng)要求。在新課標背景下，我們希望學生在信息技術課堂上合理利用數字化資源，提升信息意識及計算思維能力。為此在教學設計上，筆者希望通過以下做法培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)：首先，通過體驗物聯網應用實例，感知信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式；其次，利用Packet Tracer 搭建物聯網系統(tǒng)，了解物聯網的接入方式；最后，利用視頻等數字化資源自主學習物聯網多領域應用的相關知識，增強學生的數字化學習與創(chuàng)新能力。

（2）學情分析。本課的授課對象是高二學生。本課知識原理比較抽象，學生有一定的生活體驗，但知識體系較零散，學習時會有一定困難。本課的關鍵在于如何有效幫助學生搭建物聯網智能家居系統(tǒng)，培養(yǎng)學生的信息意識素養(yǎng)和數字化學習素養(yǎng)。

（3）學習目標。首先，讓學生初步了解物聯網、智能家居的概念；其次，通過DHCP 實驗，了解動態(tài)IP 地址的設置方法；最后，通過搭建物聯網智能家居系統(tǒng)、觀看視頻等，感知信息系統(tǒng)與外部世界連接的方式。

2.教學活動

【環(huán)節(jié)一】體驗智能家居系統(tǒng)，引入課題

師：請大家相鄰兩位為一小組，共同完成今天的探究內容。首先，請兩位學生分別用手機、智能音箱控制掃地機器人，并思考該智能家居系統(tǒng)中可能用到哪些設備以及它們的作用。

學生回答，嘗試從家居設備、控制器、服務器等方面歸納智能家居的系統(tǒng)構成，以及每一設備的作用。

【設計意圖】利用家居實物調動課堂參與度，讓學生初步了解智能家居系統(tǒng)，為后續(xù)的學習奠定基礎。

【環(huán)節(jié)二】物聯網、智能家居等核心概念學習

師：剛剛兩位同學演示的內容要用到哪些技術呢？

生：物聯網和智能家居。

師：非常好，那什么是物聯網、什么是智能家居呢？

生：物聯網即所有物品都要聯網，智能家居即家電聯網。

師：如果想實現家里所有電器聯網，需要什么條件？

生：網絡，而且是無線網。

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，是用于無線網絡的無線交換機，也是無線網絡的核心；它是移動計算機用戶進入有線網絡的接入點，主要用于寬帶家庭、大樓內部以及園區(qū)內部。而DHCP 動態(tài)主機設置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol）是一個局域網的網絡協(xié)議，它可以用于內部網或網絡服務供應商自動分配IP 地址；也可以是內部網管理員對所有計算機的中央管理的手段。除了我們剛剛體驗的智能控制掃地機器人，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)》。

【設計意圖】本環(huán)節(jié)教師引導學生自主總結，初步了解物聯網、智能家居的概念。在教師的引導下，學生歸納出智能家居系統(tǒng)中的核心：無線網、DHCP。最后利用視頻為后續(xù)的實驗作鋪墊。

【環(huán)節(jié)三】基于Packet Tracer 搭建物聯網家居系統(tǒng)

教師演示《Packet Tracer 學習視頻》的使用方法，安排學生打開“物聯網智能家居.pkt”半成品（見下頁圖1），增加臺燈、手機設備，兩人一組合作完善拓撲結構，實現用手機遠程控制家里的電扇、臺燈設備。完成后總結歸納Packet Tracer搭建物聯網家居系統(tǒng)的過程。

圖1 半成品拓撲圖

實驗步驟如下。第一步，搭建網絡拓撲圖。學生在教師所給半成品中，添加控制器智能手機和家居設備臺燈，并連接好配置線，得到本實驗的網絡拓撲。第二步，分配IP 地址。服務器必須設置靜態(tài)地址，并且開啟DHCP 服務。設置完畢后分別單擊智能手機和智能家居設備，在彈出的窗口中單擊“Config”選項卡，設置“IP Configuration”為DHCP。第三步，注冊物聯網服務器。服務器開啟IOE 服務，為控制器（智能手機）設置登錄賬號、密碼，隨后為執(zhí)行器家居設備（臺燈、風扇、煙霧報警器等）設置登錄賬號、密碼。第四部，測試。單擊智能手機，在彈出的窗口中單擊“Desktop”，即可看到本實驗中所有的智能家居設備并進行遠程操作。

【設計意圖】學生利用Packet Tracer 構建了簡單的物聯網信息系統(tǒng)，突破了這節(jié)課的難點。Packet Tracer 模擬了服務器、控制器、執(zhí)行器、傳感器等的安全互聯，高度還原了構建物聯網系統(tǒng)的方法。教師提供的半成品降低了任務難度，提升了學生合作學習的效率。

【環(huán)節(jié)四】拓展——物聯網的其他應用

在以上操作流程的基礎上，教師增加其他家居設備，如加濕器、咖啡機，拓展智能家居功能，安排學生再次進行操作。觀看《物聯網應用》視頻，引導學生思考物聯網的其他應用方向。

【設計意圖】本環(huán)節(jié)是對環(huán)節(jié)三的鞏固與提升，增加新的智能家居使學生舉一反三，提升知識遷移能力；拓寬視野，激發(fā)思維，讓學生感受物聯網技術的多方面應用和物聯網所帶來的價值。

【環(huán)節(jié)五】課堂小結

教師引導學生歸納物聯網、智能家居等概念。（見圖2）

圖2 知識總結圖

二、教學反思

首先，學生是課堂教學活動的主體。每位學生都要在真實的信息交互活動中完成具體的信息技術操作任務，感受信息技術專業(yè)人員的思維模式與工作方法，體驗信息技術為人們生活、工作與學習帶來的便利。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，幫助學生自主探究學習內容。

其次，基于Packet Tracer 的實驗教學法強調真實情境，讓學生親歷智能家居系統(tǒng)的搭建過程。采用模擬軟件Packet Tracer 進行實驗教學，降低了教學成本，打破了學習時間和空間上的限制，提高了實驗效果；Packet Tracer 模擬器操作簡單，設備用戶界面接近真實設備，便于學生上手。學生在教師的引導下，通過基礎任務，將實踐經驗與理論知識相結合，并完成拓展任務，真正達到培養(yǎng)計算思維的目的。

最后，教師是學習過程的設計者與調控者，一方面應選用接近學生生活實際的案例，化繁為簡，合理設計任務，啟迪學生思考，著重培養(yǎng)學生的思維方式和用計算機解決實際問題的能力；另一方面，教師要加強學習，充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具。