Packet Tracer在高中信息技术课程中的应用——以“物联网与智能家居”教学为例

张 洁

《普通高中信息技术课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称“新课标”）强调构建具有时代特征的学习内容，兼顾理论学习和实践应用，将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题的过程中。教师应以此为契机，了解各种数字化学习系统、学习资源和学习工具，转变教学模式，充分发挥学生的主观能动性，合理设计教学任务，在问题解决的过程中培育学生的计算思维，在数字化学习的过程中培养学生的数字化学习能力与创新素养。

“物联网与智能家居”是粤教版必修模块2第三章“信息系统的网络组建”的内容，物联网作为第三次信息化浪潮下的代表技术，已成为信息社会的命脉和知识经济发展的基础。但是，由于学校缺乏相关硬件设备、课堂教学和现实应用脱节，致使学生实践能力欠缺，教学重理论而轻实践。在教学设计的过程中，笔者发现运用Packet Tracer 软件可以模拟搭建物联网智能家居环境。Packet Tracer 仿真软件是由美国Cisco 公司开发的可视化交互式教学和学习工具，它操作简单、形象生动，有效解决了当前学校硬件设备有限的问题，提升了课堂教学效率。

一、基于Packet Tracer 的“物联网与智能家居”教学设计

1.课题分析

（1）学科核心素养要求。在新课标背景下，我们希望学生在信息技术课堂上合理利用数字化资源，提升信息意识及计算思维能力。为此在教学设计上，笔者希望通过以下做法培养学生的核心素养：首先，通过体验物联网应用实例，感知信息系统与外部世界的连接方式；其次，利用Packet Tracer 搭建物联网系统，了解物联网的接入方式；最后，利用视频等数字化资源自主学习物联网多领域应用的相关知识，增强学生的数字化学习与创新能力。

（2）学情分析。本课的授课对象是高二学生。本课知识原理比较抽象，学生有一定的生活体验，但知识体系较零散，学习时会有一定困难。本课的关键在于如何有效帮助学生搭建物联网智能家居系统，培养学生的信息意识素养和数字化学习素养。

（3）学习目标。首先，让学生初步了解物联网、智能家居的概念；其次，通过DHCP 实验，了解动态IP 地址的设置方法；最后，通过搭建物联网智能家居系统、观看视频等，感知信息系统与外部世界连接的方式。

2.教学活动

【环节一】体验智能家居系统，引入课题

师：请大家相邻两位为一小组，共同完成今天的探究内容。首先，请两位学生分别用手机、智能音箱控制扫地机器人，并思考该智能家居系统中可能用到哪些设备以及它们的作用。

学生回答，尝试从家居设备、控制器、服务器等方面归纳智能家居的系统构成，以及每一设备的作用。

【设计意图】利用家居实物调动课堂参与度，让学生初步了解智能家居系统，为后续的学习奠定基础。

【环节二】物联网、智能家居等核心概念学习

师：刚刚两位同学演示的内容要用到哪些技术呢？

生：物联网和智能家居。

师：非常好，那什么是物联网、什么是智能家居呢？

生：物联网即所有物品都要联网，智能家居即家电联网。

师：如果想实现家里所有电器联网，需要什么条件？

生：网络，而且是无线网。

师：非常好，这里向大家介绍无线AP、DHCP 的概念。无线AP（Access Point）即无线接入点，是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心；它是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部。而DHCP 动态主机设置协议（Dynamic Host Configuration Protocol）是一个局域网的网络协议，它可以用于内部网或网络服务供应商自动分配IP 地址；也可以是内部网管理员对所有计算机的中央管理的手段。除了我们刚刚体验的智能控制扫地机器人，还有哪些电器可以加入智能家电系统呢？我们一起来观看视频《智能家居系统》。

【设计意图】本环节教师引导学生自主总结，初步了解物联网、智能家居的概念。在教师的引导下，学生归纳出智能家居系统中的核心：无线网、DHCP。最后利用视频为后续的实验作铺垫。

【环节三】基于Packet Tracer 搭建物联网家居系统

教师演示《Packet Tracer 学习视频》的使用方法，安排学生打开“物联网智能家居.pkt”半成品（见下页图1），增加台灯、手机设备，两人一组合作完善拓扑结构，实现用手机远程控制家里的电扇、台灯设备。完成后总结归纳Packet Tracer搭建物联网家居系统的过程。

图1 半成品拓扑图

实验步骤如下。第一步，搭建网络拓扑图。学生在教师所给半成品中，添加控制器智能手机和家居设备台灯，并连接好配置线，得到本实验的网络拓扑。第二步，分配IP 地址。服务器必须设置静态地址，并且开启DHCP 服务。设置完毕后分别单击智能手机和智能家居设备，在弹出的窗口中单击“Config”选项卡，设置“IP Configuration”为DHCP。第三步，注册物联网服务器。服务器开启IOE 服务，为控制器（智能手机）设置登录账号、密码，随后为执行器家居设备（台灯、风扇、烟雾报警器等）设置登录账号、密码。第四部，测试。单击智能手机，在弹出的窗口中单击“Desktop”，即可看到本实验中所有的智能家居设备并进行远程操作。

【设计意图】学生利用Packet Tracer 构建了简单的物联网信息系统，突破了这节课的难点。Packet Tracer 模拟了服务器、控制器、执行器、传感器等的安全互联，高度还原了构建物联网系统的方法。教师提供的半成品降低了任务难度，提升了学生合作学习的效率。

【环节四】拓展——物联网的其他应用

在以上操作流程的基础上，教师增加其他家居设备，如加湿器、咖啡机，拓展智能家居功能，安排学生再次进行操作。观看《物联网应用》视频，引导学生思考物联网的其他应用方向。

【设计意图】本环节是对环节三的巩固与提升，增加新的智能家居使学生举一反三，提升知识迁移能力；拓宽视野，激发思维，让学生感受物联网技术的多方面应用和物联网所带来的价值。

【环节五】课堂小结

教师引导学生归纳物联网、智能家居等概念。（见图2）

图2 知识总结图

二、教学反思

首先，学生是课堂教学活动的主体。每位学生都要在真实的信息交互活动中完成具体的信息技术操作任务，感受信息技术专业人员的思维模式与工作方法，体验信息技术为人们生活、工作与学习带来的便利。因此，笔者安排两人一组合作搭建家具系统，并且提供视频指导，帮助学生自主探究学习内容。

其次，基于Packet Tracer 的实验教学法强调真实情境，让学生亲历智能家居系统的搭建过程。采用模拟软件Packet Tracer 进行实验教学，降低了教学成本，打破了学习时间和空间上的限制，提高了实验效果；Packet Tracer 模拟器操作简单，设备用户界面接近真实设备，便于学生上手。学生在教师的引导下，通过基础任务，将实践经验与理论知识相结合，并完成拓展任务，真正达到培养计算思维的目的。

最后，教师是学习过程的设计者与调控者，一方面应选用接近学生生活实际的案例，化繁为简，合理设计任务，启迪学生思考，着重培养学生的思维方式和用计算机解决实际问题的能力；另一方面，教师要加强学习，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。