《IP地址及其管理》教學設計

劉蘇梅 曹恒來

● 內容分析

《IP地址及其管理》是高中選修教材《網絡技術應用（教科版）》第2章第3節(jié)的內容，在互聯(lián)網中，作為通信對象的計算機只有通過IP地址才能被識別，IP地址是網絡中計算機的身份標識。理解IP地址的格式及分類，掌握IP地址的查看與設置方法，是將計算機正確接入網絡的前提，因此這一節(jié)的教學旨在使學生理解IP地址的概念、格式及其分類，培養(yǎng)學生解決問題的能力，并學習解決一類問題的方法。

現行版本為IPv4的IP地址，大約能提供40億個獨立IP地址隨著互聯(lián)網的蓬勃發(fā)展，IP地址短缺問題也越來越嚴重，且IP地址的分配地區(qū)差異明顯，嚴重不均衡。我國雖然人口眾多，但互聯(lián)網起步較晚，所分得的IP地址大多是C類，總量與美國相比也有一定的差距。因此，使學生了解IP地址的管理與分配，體會到民族發(fā)展的危機感與緊迫感，也是這一節(jié)課需要解決的問題。

IPv4地址在2011年2月就已經全部分配完畢，IP地址的不足勢必影響互聯(lián)網的發(fā)展，而IPv6將地址空間從32位擴展到128位，將一勞永逸地解決IP地址不足的問題，并為物聯(lián)網的發(fā)展做好保障。因此這一節(jié)課的教學還旨在打開學生的眼界，展望IP地址發(fā)展的前景及其對社會發(fā)展的影響。

● 對象分析

本案例的教學對象為高二學生。他們思維活躍，并且對因特網很感興趣。但學生平時都熱衷于使用因特網提供的各種服務，很少思考網絡是如何連通的，在生活中也經常遇到網絡故障等問題，并且普遍缺乏對網絡背后原理的思考，缺少解決網絡故障的知識儲備與實際經驗。

● 教學目標

知識與技能目標：理解IP地址的概念、格式、分類，能根據給出的IP地址，判斷其類型及網絡規(guī)模。

過程與方法目標：了解IP地址的分配方法，體會IP地址在網絡中的重要地位。

情感態(tài)度與價值觀目標：了解IP地址的發(fā)展對社會發(fā)展的影響，體會民族發(fā)展的危機感與緊迫感。

● 教學重點、難點

重點：IP地址的概念、格式、分類。

難點：IP地址格式、分類。

● 教學策略

本案例的教學主要采用情境設疑法、類比法、分析求解法。首先通過一個真實的案例設置懸念：IP地址為什么能幫李女士找回女兒？在此懸念的激發(fā)下，逐步引導學生理解IP地址的概念、格式、分類及其管理，并經過本節(jié)課內容的學習，找到問題的答案。

IP地址對學生來說是一個全新的概念，因此在教學上采用類比法：電話號碼由區(qū)號與座機號組成，用來類比IP地址由網絡標識和主機標識組成；相同地區(qū)的區(qū)號相同，類比同一物理網絡內的IP地址網絡號也相同。從而搭設支架，促進已有生活經驗的遷移，幫助學生理解IP地址的概念。

本節(jié)課教學所涉及的“數值”比較多，這些數值都由一定的原理形成，為了避免將教學內容變成枯燥數字的堆砌，因此，在教學中沒有采取直接給出數值的灌輸式教學，而是讓學生在對原理了解的基礎上，利用科學計算器計算得出這些數值，或者列出表達式，從而更好地理解各個數值的形成原因。例如，在IP地址的分類環(huán)節(jié)，引導學生根據分類原理，分析并列出A、B、C三類IP地址可支持的網絡數目以及網絡可支持主機數的表達式，并通過計算得出相應的數值，從本質上理解IP地址的分類原理及判定方法。

● 教學過程

1.設置懸念，引入課題

引用一則新聞：湖南省常德市的李女士發(fā)現女兒從家里出走了，四處尋找未果。她懷疑女兒外出約會網友的可能性很大，于是請人上網用QQ查找，發(fā)現女兒的IP地址顯示在鷹潭市，并確定在鷹潭火車站附近。李女士來到鷹潭市向“110”民警求助，果然在鷹潭市區(qū)西湖路“快樂網吧”將女兒郭某找到。

師：李女士找到女兒的關鍵是什么？

生：IP地址。

隨著網絡的普及，網絡犯罪和網絡中的違法案例正呈逐年上升的趨勢，查找主機的IP地址是警察追查網上信息源、偵破案件的重要手段。那么IP地址究竟有什么神奇之處，能夠發(fā)揮如此大的作用呢？

設計意圖：以一個真實的IP地址應用案例，設置懸念，引出課題，激發(fā)學生的征服欲與求知欲，以及學習新知識、新技術的渴望。

2.IP地址的概念

活動1：比較域名地址與IP地址。討論刪除DNS服務器地址后，IP地址可以訪問網頁而域名地址不可以訪問的原因。

①打開兩個瀏覽器窗口，分別輸入www.baidu.com和111.13.100.91，觀察能否訪問網站。

②刪除DNS服務器地址后，再分別輸入www.baidu.com和111.13.100.91，觀察能否訪問網站。

結論：www.baidu.com為域名地址，111.13.100.91為百度服務器的IP地址。IP地址才是計算機在網絡中真正的地址，域名地址是為了方便記憶的一種地址方案，域名地址需要通過域名服務器解析成相應的IP地址才可以找到網絡中的計算機。

活動2：查看本機IP地址，比較與周圍同學計算機IP地址的異同，并填寫表1。

將IP地址與電話號碼類比，理解IP地址的概念（如圖1）。

結論：因特網是由不同的物理網絡互連而成，不同網絡之間要實現計算機的相互通信，必須有相應的地址標識，這個地址標識被稱為IP地址。IP地址可以標識出主機所在的網絡及其在網絡中的位置編號。

活動3：修改IP地址的最后一個數值，將本機IP地址改成某一同學機器的地址（如圖2），討論分析IP地址沖突的原因及其解決方法。

結論：同一物理網絡內IP地址不能相同，否則會造成沖突，IP地址可以標識出主機所在的網絡及其在網絡中的位置。

設計意圖：IP地址對學生來說是一個全新的概念，因此采用類比法，明確電話號碼由區(qū)號與座機號組成，用來類比IP地址由網絡標識和主機標識組成；相同地區(qū)的電話號碼區(qū)號相同，相應的同一物理網絡內的IP地址網絡號相同。從而搭設支架，促進學生已有生活經驗的遷移，幫助其理解IP地址的概念。并通過修改IP地址造成沖突的實踐活動，使學生直觀地感受到IP地址具有唯一性，學生通過此過程學會查看、設置IP地址的方法，學會解決IP地址沖突的方法。

3.IP地址的格式

傳統(tǒng)的IP地址是由32個二進制位組成。由于二進制使用起來非常不方便，常用“點分十進制”來表示。將IP地址分為4個字節(jié)，每個字節(jié)以十進制來表示，各個數之間以圓點來分隔。

活動4：IP地址的進制轉換。

①借助科學計算器將IP地址11000000101010000000000100000011以“點分十進制”法表示。

②修改IP地址中的某個數值大于255時，出現如圖3所示的錯誤提示，討論出錯原因。

結論：把①中IP地址轉化成“點分十進制”為192.168.1.3?！包c分十進制”的每個數值由8個二進制位轉換而來，最小值（00000000）2=（0）10，最大值（11111111）2=（255）10，因此，每個數值的取值范圍為0～255。

4.IP地址的分類

因特網的網絡規(guī)模很大，IP地址的編址方案將IP地址空間劃分為A、B、C三種類型，如圖4所示。

活動5：借助科學計算器，分析計算A、B、C三類IP地址的地址范圍，并填寫表2；列出表達式并計算A、B、C類IP地址可支持的網絡數目與每個網絡支持的主機數，了解其網絡規(guī)模，并填寫表3。

特殊的IP地址：字節(jié)為255的表示廣播地址，如192.168.1.255；字節(jié)為0的表示網絡地址，如192.168.1.0。

練一練：判斷計算機教室的IP地址類型，計算此網絡最多可以連接多少臺計算機。

設計意圖：IP地址的格式與分類是這節(jié)課的難點，所涉及的數字也比較多，記憶起來有困難。因此在教學上，引導學生分析其原理，利用計算機中的科學計算器進行進制轉換計算，或者列出相應的表達式，從而知道各數字的形成原因，從本質上理解IP地址的格式、分類及判定方法。

5.IP地址的分配與前景

給出IP地址分級管理圖（如圖5），體會IP地址分級管理的思想。

活動6：打開某一IP地址查詢網站，如www.ip.cn，抽樣輸入A類IP地址，查看其歸屬國家（如表4），將所有同學的查詢結果合并，討論中國A類IP地址遠遠少于美國的原因。

結論：因特網是從美國興起并以美國為中心發(fā)展起來的，因此絕大多數IP地址已經被美國所占有，原本有限的IP地址資源出現嚴重分配不均衡的局面；中國互聯(lián)網起步較晚，雖然人口眾多，但分得的大多是C類IP地址，幾乎沒有A類和B類地址，而且在總量上與美國相比還有一定差距。

師：IP地址短缺解決方案——正開發(fā)的下一代IP地址IPv6，將地址空間從32位擴展到128位，將一勞永逸地解決IP地址短缺的問題。到那時，每臺網絡中的計算機都可以分配一個固定的IP地址，從而可以真正地實現網絡實名，不僅計算機可以分配到IP地址，洗衣機、冰箱、汽車等物，都可以分配一個IP地址，從而為物聯(lián)網的實現做好保障。IPv6給過去在互聯(lián)網技術開發(fā)上處于劣勢的國家提供了想象的空間。

設計意圖：學生查詢抽樣A類IP地址的歸屬國家，發(fā)現A類IP地址大多在美國而中國很少的現象，并討論這一現象的成因，體會到IP地址分配的不均衡，從而激發(fā)其民族危機感與緊迫感。在此基礎上，進一步打開學生的眼界，展望IP地址的發(fā)展前景以及對未來生活的憧憬。

6.懸念釋疑，課堂小結

師：IP地址為什么能夠幫助李女士找回女兒呢？原來IP地址在互聯(lián)網中是唯一的，且我國IP地址的分級管理已經具體到市一級，可直接通過IP地址確定是在哪個市，再具體查找其分配給哪個用戶，從而確定主機所在的位置。

設計意圖：經過一節(jié)課的學習，學生對IP地址有了一定的了解，因此再來解決課堂初始提出的問題，很快就能找出答案。在此過程中，學生可以了解IP地址在網絡中的重要地位，體會IP地址的社會意義。

點評

布魯納曾指出，“學生對所學材料的接受必然是有限的，怎樣能使這種接受在他們以后一生的思考中有價值？回答是：不論他們選取什么學科，務必使學生理解該學科的基本結構”。信息技術課程教學也應該超越繁瑣的操作訓練，為理解而教，理解信息技術涉及的一般性原理、規(guī)則和社會意義。《IP地址及其管理》這一課的教學內容包含了很多原理性知識，如何促使學生理解這些知識，并理解IP地址背后的技術思想、技術價值呢？

（1）技術支持學習，促進原理知識理解。信息技術既是學習的對象，更是支持學習的工具。在這一節(jié)課的教學中用到了很多技術方法，大多數教師的教學停留在碎片化的操作技能的訓練上，但本課并未刻意強調這些操作技能的訓練，而是將這些技術方法融合在實踐活動中，用來支持學生的學習，促進其對原理知識的理解，真正做到不是教技術，而是引導學生去用技術。這一節(jié)的教學涉及到很多的“數字”，而這些數字背后都是些原理知識，如果要求學生來計算，則計算量太大，劉老師在這節(jié)課中引入了科學計算器幫助學生進行進制轉換以及一些復雜的計算，以技術服務教學，促進知識的理解。IP地址的分配現狀問題，很多教師的教學往往停留在文本的淺述上，不能給學生留下深刻的印象，劉老師則創(chuàng)設了一個IP地址歸屬國查詢的活動，學生通過登錄IP地址查詢網站，查詢抽樣的A類IP地址的歸屬國，發(fā)現中國的A類IP地址數量遠遠少于美國，學生在活動中，不僅學會了IP地址歸屬地的查詢方法，更深刻體會到中國在互聯(lián)網領域的落后局面，激發(fā)了他們民族的危機感與緊迫感。

（2）積極創(chuàng)設情境，進行社會意義建構。合適的情境不僅可以激發(fā)學生的學習動機，還可以進行一定的社會意義的建構。上課初始借助一則新聞創(chuàng)設了“IP地址為什么能幫李女士找回女兒？”這一問題情境，并在課堂結尾進行了解答，在激發(fā)學生求知欲的同時，更揭示了IP地址在生活中的應用及其社會意義，使學生理解技術背后所隱藏的價值。很多教學環(huán)節(jié)并未止步于原理的理解，而是進一步深化，通過實踐活動生成真實的問題情境，并引導學生分析問題的成因，提升學生利用信息技術解決問題的能力。例如，由“IP地址在網絡中的唯一性”這一特征引申出來的IP地址沖突導致的網絡掉線問題；“IP地址才是計算機在網絡中的真正的地址”所引申出來的DNS缺失導致的域名地址不能訪問的問題等。該課還就IP地址的短缺問題提出了IPv6的概念，并引出“物聯(lián)網”以及“網絡實名”的問題，引發(fā)學生思考“為什么要使用IPv6地址技術”，從而進一步打開學生眼界，展望IP地址的未來，體會其社會意義。