小小网络工程师养成计划

2023-08-10梁音

中国信息技术教育 2023年15期

梁音

摘要：本文对教学设计理念、单元核心概念、单元教学目标进行分析，并通过8个课时的教学设计，引导学生了解常见互联网设备与拓扑结构，网络类型，网络中数据编码、传输、呈现的原理，网络协议的工作特点等。

关键词：互联网；单元教学；网络协议；网络搭建

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2023）15-0046-04

互联网对于初中生来说既熟悉又神秘，他们在运用网络的同时，也渴望了解互联网背后的奥秘。笔者通过对所在学校近两年的高一新生的学情调查发现，初中生对网络协议、域名和IP地址、常见网络设备等常识缺乏了解。如何带领学生认识网络原理，并激发他们对科学的兴趣，已成为摆在信息科技教师面前的课题。因此，笔者选择《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）模块7“互联网应用与创新”中的“互联网基本原理与功能”部分进行单元教学规划与实施。

教学设计理念：融合新课程理念

初中阶段侧重深化原理认识，探索利用信息科技手段解决问题的过程和方法，具体的信息科技课程理念如图1所示。

本单元教学力争体现信息科技新课程理念，通过问题情境、单元项目活动、教学核心内容、教学环节和教学评价等设计，开启一场“小小网络工程师养成计划”的学习体验。同时，运用“小小网络工程师养成计划书”（学案）作为脚手架，将知识的情境性与实践活动紧密联系，帮助学生逐步了解互联网原理。

单元核心概念：遵循学科逻辑主线与内容要求

信息科技课程以数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能为逻辑主线，体现了循序渐进和螺旋式发展，如下页图2所示。

新课标对本单元的内容要求是：“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。”学业要求是：“知道在常见应用中，如何编码、组织、接收及验证网络数据；能从现实应用中体会互联网是如何将复杂的远程数据传输和通信等问题逐步化简为分解、编码、传输和重新组合等一系列规则（协议）的。”

笔者根据学科逻辑主线，以及新课标的内容和学业要求，提炼了本单元对应核心概念的内容，如表1所示。

单元教学目标：落实学科核心素养

核心素养是课程育人价值的集中体现，是学生通过课程学习逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。信息科技课程要培养的核心素养主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。

由此，初步确定本单元教学目标为：①通过对网络教室与学校网络中心实地参观或云游的体验，了解网络的基本组成和常见网络设备，主动学习互联网知识，形成正确的信息意识与科学认知。②通过模拟网络工程师养成活动，以日常生活实例类比，了解网络中协议的作用，知道数据在网络中传输、编码、呈现的基本原理，了解数据传输过程中，协议将复杂任务逐层分解、封装然后再将任务重新组合的工作原理，培养计算思维。③能根据任务需求，选择合适的设备，搭建小型局域网，提高数字化学习能力与动手能力。④认识自主可控技术的重要意义，树立科技自立自强的意识，养成信息社会责任。

教学过程设计

1.单元主题

小小网络工程师养成计划，跟随数据探秘奇妙互联网。

2.问题情境

师：畅通的网络对我们的生活非常重要，让我们化身“小小的网络工程师”，一起了解网络内部的工作原理，认识网络设备，锻炼实际网络规划、调试与连接的能力，以及时化解身边常见的网络问题，为美好的生活助力！

3.单元结构（如下页图3）

4.教学过程

（1）第1课时

主题：图说我心中的网絡。

核心问题：网络是如何连接的？

学习目标：通过生活体验，描述互联网的作用；通过观察身边的网络，初步认识互联网的组成；了解网络拓扑结构。

教学关键环节：①头脑风暴—了解并梳理网络工程师的工作内容；②身边网络画出来—初步认识网络设备的组成与连接方式；③图说心中的网络—小组网络图展示，认识网络设备与拓扑结构；④云游网络中心机房—实地考查真实的网络设备与连接方式；⑤网络设备连连看—将网络设备与对应的功能连线，初步了解网络设备的作用，从整体到局部，感受互联网的神奇；⑥总结提升—绘制并完善网络拓扑图，了解网络分类。

（2）第2课时

主题：网络协议—网络中所有规则的集合。

核心问题：什么是协议？协议如何在互联网中发挥作用？

学习目标：了解网络协议的作用；通过与日常网络购物平台的类比，了解网络协议的分层结构。

教学关键环节：①情境导入—不同类型的设备为什么可以相互通信传递信息呢？通过设疑，引起学生对互联网通信原理的好奇心。②以语言的翻译作类比，引出协议的作用。从外卖APP使用方式体会协议分层的好处。③以社会的分工作类比，引出协议的分层结构。④观察TCP/IP协议示意图，了解分层结构、各层名称。⑤归类常见协议名称—列举常用的协议名称，并将其写入相应的TCP/IP层结构中。⑥迁移提升—观看视频，了解互联网协议的发展历程。

（3）第3课时

主题：认识浏览器—访问互联网的必备工具。

核心问题：浏览器如何获取到网页？互联网内部发生了什么？

学习目标：通过小组讨论探究，了解HTTP协议与HTTPS的作用与区别；通过浏览器访问网址，认识浏览器的作用—解析URL；了解URL的结构，能区分协议、服务器的地址、文件位置等信息。

教学关键环节：①二维码扫一扫—在身边常见的二维码中发现网址。（思考：网页的内容如何传入手机？）②从浏览器输入网址—开启互联网的旅程。（思考：浏览器如何访问网页？互联网内部发生了什么？）③解析URL结构—浏览器的一项重要工作就是解析URL，观察地址栏，尝试分析其中蕴含的信息，如访问方法（协议）、服务器地址、文件位置。④认识HTTP协议—动画演示，了解HTTP工作原理。⑤HTTP与HTTPs找不同—观看视频、上网查询，比较两者的异同。⑥迁移提升—分组讨论“HTTPS安全在哪里？”，让学生意识到网络安全的重要性。

（4）第4课时

主题：认识域名—互联网的靓丽名片。

核心问题：你知道域名吗？它的作用是什么？

学习目标：了解域名的层次结构；了解中文域名的发展；发现IP地址与域名的对应关系。

教学关键环节：①如何在互联网中找到网页？—引出域名。②域名连连看—尝试给指定的域名划分层次结构。③关注域名发展—自主探究，了解我国域名的数量、地区分布。④命令初体验“ping域名”—初识IP地址，使用浏览器分别通过域名、IP地址访问网站，体会区别。⑤IP地址—互联网中每台计算机的地址标识。结合示意图，了解IP地址的表示方法。⑥迁移提升—描述IP地址与域名的关系。（思考：如何实现两者的相互转换？）

（5）第5课时

主题：DNS协议—帮助域名找到IP地址。

核心问题：互联网如何通过域名找到IP地址？

学习目标：认识DNS协议；DNS服务器的域名解析过程。

教学关键环节：①谁动了我的DNS—体验域名解析服务，提前设置DNS服务器，学生访问网页遇到故障。出现“访问网页A，却打开了网页B”的问题。②认识DNS协议—观察示意图，了解域名解析过程。（引导学生发现：根服务器处于域名管理的最高层）③头脑风暴—如果DNS服务器中的解析记录被恶意修改，可能会造成什么结果？（理解DNS服务器对于网络安全的重要性）④自主探究—使用nslookup命令访问多个熟悉的域名，记录对应的IP地址，观察区别并探究其原因。⑤查询本机网络信息—运行ipconfig/all，了解本机的网络信息，填写计划书。⑥迁移提升—数据的传输实际上是在不同IP地址之间进行的。（思考：为什么不直接使用域名呢？预设：IP地址长度固定，而域名长度不固定）

（6）第6课时

主题：IP协议—网络协议的核心。

核心问题：在互联网数据传输的过程中，IP协议发挥了什么作用？

学习目标：了解IP协议的作用和基本工作过程；理解IP地址的组成，了解子网掩码、網关、DHCP等相关知识；了解TCP与UDP协议的异同。

教学关键环节：①问题导入：“IP地址”就是IP协议吗？—IP协议规定每一台连接到互联网的计算机都有IP地址。编址是IP协议的一部分。②子网掩码我会算—使用子网掩码计算器，根据局域网的计算机数量，确定子网掩码。引出子网掩码，将IP地址分成网络号与主机号。③IP协议—互联网中传输数据的标准，负责将数据从一台主机传送到另一台主机。模拟演示IP协议的工作过程，即切片、分组、转发。④TCP协议与UDP协议—经过IP协议转发的数据包，到达主机后，如何让应用程序接收？流向指定的应用程序。⑤看图说话—TCP与UDP一样吗？观察示意图，描述两者的异同。⑥迁移提升—有时计算机没设置IP地址，为什么也能上网呢？引出子网中有DHCP服务，计算机可以自动获取IP地址等信息。

（7）第7课时

主题：路由器—互联网的核心设备。

核心问题：路由器和交换机一样吗？

学习目标：了解路由器在网络中的位置和作用；能说出交换机与路由器的区别；认识防火墙的作用。

教学关键环节：①看图说话—观察网络拓扑图，描述路由器与交换机的位置。②快递物流类比—初步理解路由器与交换机对数据传输的作用。③你知道最先访问的路由器的IP地址吗？—网关。④设置防火墙实验—理解防火墙的作用。⑤数据的编码和呈现—网页呈现。⑥迁移提升—展示网络全景示意图，梳理数据传输与响应过程。

（8）第8课时

主题：小小网络工程师职业体验—搭建小型局域网。

核心问题：网络设备如何连接？如何进行网络设置？

学习目标：能连接网络设备；能设置网络参数，进行初步的故障排除与调试。

实验环境：机房联网环境、每组（4～5人）配备家用无线路由器、计算机、手机、平板电脑、双绞线若干。

实践环节：①检查实验器材，明确小组成员分工。②按照操作指南，进行网络连接、调试，并填写实验报告。③画出所搭建局域网的拓扑图。④实验交流与分享。以小组为单位进行交流分享。

5.教学评价设计（略）