基于社会主义特色未来学校视角下初中信息科技《TCP/IP协议》教学案例研究

苏成玥　钟永江

摘要：《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》提出信息科技学科要体现“科”与“技”并重，科学原理的教授已经成为每一名教师需要关注的内容，而课程中学习支架的使用对于培养学生核心素养具有重要意义。因此，本文选取“TCP/IP协议”作为实践内容，具体介绍如何借助学习支架帮助学生理解抽象的科学原理，提升核心素养。

关键词：科学原理；学习支架；初中信息科技

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）11-0072-03

研究背景

笔者所在学校作为上海科技教育特色示范学校，从一年级到九年级设置了系列化、递进式的科技类拓展课，让学生在感受国家科技发展的同时学习相应的学科知识。就信息科技学科而言，小学低段学生学习通过手柄控制大疆无人机完成相应任务；小学高段学生学习Mind+、Python、C++等编程语言；中学阶段学生学习使用编程语言完成对大疆无人机控制以及Arduino套件的使用。

总体设计

笔者结合新课标要求，基于现有教材，选取六大逻辑主线中的“网络”（《初探TCP/IP》协议）作为拓展科学原理教授的实践点，并结合学生特点，借助学习支架为学生搭建“有援的”学习环境。

信息技术支撑

课前，借助在线问卷调查分析学生对计算机网络软硬件的掌握情况，特别是对“TCP/IP协议”的了解情况，以达到对学情的精准掌握。

课中，在关键环节播放微视频，从而让学生快速掌握相关信息及抽象概念。

课后，利用Classin平台推送拓展阅读资料，让学生在课后可以阅读相关资料拓展视野。

案例设计 《TCP/IP协议》教学案例设计

1.教学内容及学情分析

（1）教学内容分析

本节课内容选自人教-中图版教材第一单元活动2“我做老师的信息助理”，该部分教材内容偏重于实践应用，即通过实践操作习得知识与技能，学会根据信息需求展开信息搜集工作，而对其背后的科学原理没有过多涉及。结合新课标中互联网应用与创新的内容要求（初步了解互联网协议，知道网络中数据的编码、传输和呈现的原理），笔者将“初探TCP/IP协议”作为该部分内容的科学原理。

（2）學情分析

笔者通过网络问卷发现所教授的143名学生中，只有28名学生听说过TCP/IP协议，且对TCP/IP协议的具体内容和工作原理并不了解。

（3）教学目标

知识与技能目标：理解TCP/IP协议的功能；知道TCP协议、IP协议各自的作用；理解网络中数据传输的原理。

过程与方法目标：能够将问题进行分解、设计解决方案，在解决问题的过程中学会反思优化解决方案，并将该思想迁移运用于解决其他问题。

情感态度与价值观目标：认同规则在生活中传递物品及网络中传输数据的重要性。

2.设计思路

本节课涉及的主要内容有TCP/IP协议的功能、TCP/IP协议下的数据传输原理、TCP/IP协议中TCP协议和IP协议的作用。针对以上内容，笔者采用了相应的学习支架（如图1）。

本节课中的科学原理主要是TCP/IP协议的功能，学生在生活中没有体验认知，借助演示支架可以让学生直观感受，激发其学习TCP/IP协议的兴趣。科学原理理解内化涉及数据传输原理和TCP协议、IP协议作用，该部分内容较为抽象，借助生活中物品传输的情境支架以及视频支架降低了学生的认知难度，通过问题支架引导学生深度思考，使用对比矩阵支架促使学生理解内化数据传输原理，利用流程图支架帮助学生梳理数据传输过程。

3.教学过程

（1）演示导入，激发学生的学习兴趣

视频支架：展示我国4G和5G网络的建设让电子支付、在线教育、无人驾驶等成为可能。

演示支架：教师演示可以上网的计算机在卸载TCP/IP协议后无法上网，安装TCP/IP协议后又可以上网。

设计意图：通过视频支架激发学生的民族自豪感。通过演示支架引发学生思考TCP/IP协议对上网的重要性，从而激发学生的探索兴趣。

（2）创设情境，梳理物品传输方案

①视频支架：视频展示游戏规则，如图2所示。

设计意图：本环节主要通过搭建游戏情境，让学生探索物品传输方案，视频支架的直观性能够降低学生对游戏规则的理解难度。

②情境支架1：小组内最后一位同学将三块数字积木（如图3）组合数字（只本人知道）后，通过相应盒子，按游戏规则传递给本组第一位同学，第一位同学用三块数字积木组合数字并与最后一位同学核对，核对一致代表游戏成功。

③问题支架1：如何通过盒子传输数字积木？接收积木的同学如何快速还原传出积木的同学组合的数字？

设计意图：情境支架1让学生通过动手实践发现问题（三块数字积木无法整体放入盒子中传输）。问题支架1让学生聚焦问题思考解决方案（要对数字积木进行拆分，分别放入三个盒子进行传输，要在盒子上标记序号帮助接收积木的同学正确还原数字，为学生后续理解TCP/IP协议中将数据进行分组、添加分组序号奠定认知基础）。

④情境支架2：小组内最后一位同学将三块数字积木（如上页图3）组合数字（只本人知道）后，通过相应盒子，选择其他组作为接收组，按游戏规则传递给接收组第一位同学，接收组第一位同学用三块数字积木组合数字后要找到发送组最后一位同学核对，数字核对一致代表游戏成功。

⑤问题支架2：如何将盒子正确地传递给接收组同学？如何让接收积木的同学知道积木由哪一组传出？

设计意图：通过情境支架1和问题支架1，学生的认知和思维水平得到提升，其最近发展区也相应改变，因此情境支架2较情境支架1难度提升。问题支架2让学生聚焦问题思考解决方案（可以在盒子上标出传出组组号、接收组组号以及序号，为学生后续理解TCP/IP协议中将数据进行分组，添加分组序号、源地址、目的地址奠定认知基础）。

（3）借助视频，厘清TCP/IP协议下的数据传输

①视频支架：视频展示TCP/IP协议下的数据传输。

②流程图支架：将正确的序号按照TCP/IP协议数据传输过程填入流程图中，如图4所示。

③对比矩阵支架：展示物品传输流程与数据传输流程的对比，如图5所示。

设计意图：通过视频支架将抽象的数据传输流程具象化，借助流程图支架，学生可以快速梳理出TCP/IP协议下的数据传输流程。对比矩阵支架一方面帮助学生理解物品传输流程和数据传输流程在思想上的共同点，从而将生活中解决问题的思维迁移到理解网络中的问题解决中；另一方面帮助学生降低对计算机中专有名词的认知难度。

（4）借助视频，明确TCP协议、IP协议各自的作用

①视频支架：视频展示数据传输中TCP协议和IP协议各自的作用。

②问题支架：你能说出TCP协议和IP协议各自的作用吗？

设计意图：通过视频支架将TCP协议和IP协议的作用具象展示，借助问题支架，学生将TCP协议和IP协议的作用理解内化。

总结

社会主义特色未来学校视域下的信息科技课程，可以结合国家高新技术发展落实信息科技学科的本体知识教学，让学生感受到科技发展给生活带来的便利等，从而提升学生的民族自豪感，进一步激发其对信息科技学科知识的学习兴趣。

新课标的颁布需要教师更加重视信息科技中科学原理的教授，教师可以根据实际需求选择合适的学习支架帮助学生搭建从现有发展区到潜在发展区的台阶，让学生认识、理解内化科学原理甚至使用科学原理解决问题，从而培养其计算思维、批判性思维、问题解决能力以及创新能力。