小小網(wǎng)絡(luò)工程師養(yǎng)成計劃

梁音

摘要：本文對教學(xué)設(shè)計理念、單元核心概念、單元教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分析，并通過8個課時的教學(xué)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生了解常見互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)類型，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)編碼、傳輸、呈現(xiàn)的原理，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作特點等。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；單元教學(xué)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)搭建

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）15-0046-04

互聯(lián)網(wǎng)對于初中生來說既熟悉又神秘，他們在運用網(wǎng)絡(luò)的同時，也渴望了解互聯(lián)網(wǎng)背后的奧秘。筆者通過對所在學(xué)校近兩年的高一新生的學(xué)情調(diào)查發(fā)現(xiàn)，初中生對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、域名和IP地址、常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等常識缺乏了解。如何帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識網(wǎng)絡(luò)原理，并激發(fā)他們對科學(xué)的興趣，已成為擺在信息科技教師面前的課題。因此，筆者選擇《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）模塊7“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”中的“互聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能”部分進(jìn)行單元教學(xué)規(guī)劃與實施。

教學(xué)設(shè)計理念：融合新課程理念

初中階段側(cè)重深化原理認(rèn)識，探索利用信息科技手段解決問題的過程和方法，具體的信息科技課程理念如圖1所示。

本單元教學(xué)力爭體現(xiàn)信息科技新課程理念，通過問題情境、單元項目活動、教學(xué)核心內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)評價等設(shè)計，開啟一場“小小網(wǎng)絡(luò)工程師養(yǎng)成計劃”的學(xué)習(xí)體驗。同時，運用“小小網(wǎng)絡(luò)工程師養(yǎng)成計劃書”（學(xué)案）作為腳手架，將知識的情境性與實踐活動緊密聯(lián)系，幫助學(xué)生逐步了解互聯(lián)網(wǎng)原理。

單元核心概念：遵循學(xué)科邏輯主線與內(nèi)容要求

信息科技課程以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能為邏輯主線，體現(xiàn)了循序漸進(jìn)和螺旋式發(fā)展，如下頁圖2所示。

新課標(biāo)對本單元的內(nèi)容要求是：“初步了解互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，知道網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的編碼、傳輸和呈現(xiàn)的原理?！睂W(xué)業(yè)要求是：“知道在常見應(yīng)用中，如何編碼、組織、接收及驗證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；能從現(xiàn)實應(yīng)用中體會互聯(lián)網(wǎng)是如何將復(fù)雜的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和通信等問題逐步化簡為分解、編碼、傳輸和重新組合等一系列規(guī)則（協(xié)議）的?！?/p>

筆者根據(jù)學(xué)科邏輯主線，以及新課標(biāo)的內(nèi)容和學(xué)業(yè)要求，提煉了本單元對應(yīng)核心概念的內(nèi)容，如表1所示。

單元教學(xué)目標(biāo)：落實學(xué)科核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)是課程育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任。

由此，初步確定本單元教學(xué)目標(biāo)為：①通過對網(wǎng)絡(luò)教室與學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心實地參觀或云游的體驗，了解網(wǎng)絡(luò)的基本組成和常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主動學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)知識，形成正確的信息意識與科學(xué)認(rèn)知。②通過模擬網(wǎng)絡(luò)工程師養(yǎng)成活動，以日常生活實例類比，了解網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議的作用，知道數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸、編碼、呈現(xiàn)的基本原理，了解數(shù)據(jù)傳輸過程中，協(xié)議將復(fù)雜任務(wù)逐層分解、封裝然后再將任務(wù)重新組合的工作原理，培養(yǎng)計算思維。③能根據(jù)任務(wù)需求，選擇合適的設(shè)備，搭建小型局域網(wǎng)，提高數(shù)字化學(xué)習(xí)能力與動手能力。④認(rèn)識自主可控技術(shù)的重要意義，樹立科技自立自強的意識，養(yǎng)成信息社會責(zé)任。

教學(xué)過程設(shè)計

1.單元主題

小小網(wǎng)絡(luò)工程師養(yǎng)成計劃，跟隨數(shù)據(jù)探秘奇妙互聯(lián)網(wǎng)。

2.問題情境

師：暢通的網(wǎng)絡(luò)對我們的生活非常重要，讓我們化身“小小的網(wǎng)絡(luò)工程師”，一起了解網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的工作原理，認(rèn)識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，鍛煉實際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、調(diào)試與連接的能力，以及時化解身邊常見的網(wǎng)絡(luò)問題，為美好的生活助力！

3.單元結(jié)構(gòu)（如下頁圖3）

4.教學(xué)過程

（1）第1課時

主題：圖說我心中的網(wǎng)絡(luò)。

核心問題：網(wǎng)絡(luò)是如何連接的？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過生活體驗，描述互聯(lián)網(wǎng)的作用；通過觀察身邊的網(wǎng)絡(luò)，初步認(rèn)識互聯(lián)網(wǎng)的組成；了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①頭腦風(fēng)暴—了解并梳理網(wǎng)絡(luò)工程師的工作內(nèi)容；②身邊網(wǎng)絡(luò)畫出來—初步認(rèn)識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組成與連接方式；③圖說心中的網(wǎng)絡(luò)—小組網(wǎng)絡(luò)圖展示，認(rèn)識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；④云游網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房—實地考查真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與連接方式；⑤網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連連看—將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與對應(yīng)的功能連線，初步了解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的作用，從整體到局部，感受互聯(lián)網(wǎng)的神奇；⑥總結(jié)提升—繪制并完善網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，了解網(wǎng)絡(luò)分類。

（2）第2課時

主題：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議—網(wǎng)絡(luò)中所有規(guī)則的集合。

核心問題：什么是協(xié)議？協(xié)議如何在互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮作用？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的作用；通過與日常網(wǎng)絡(luò)購物平臺的類比，了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)。

教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①情境導(dǎo)入—不同類型的設(shè)備為什么可以相互通信傳遞信息呢？通過設(shè)疑，引起學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)通信原理的好奇心。②以語言的翻譯作類比，引出協(xié)議的作用。從外賣APP使用方式體會協(xié)議分層的好處。③以社會的分工作類比，引出協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)。④觀察TCP/IP協(xié)議示意圖，了解分層結(jié)構(gòu)、各層名稱。⑤歸類常見協(xié)議名稱—列舉常用的協(xié)議名稱，并將其寫入相應(yīng)的TCP/IP層結(jié)構(gòu)中。⑥遷移提升—觀看視頻，了解互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展歷程。

（3）第3課時

主題：認(rèn)識瀏覽器—訪問互聯(lián)網(wǎng)的必備工具。

核心問題：瀏覽器如何獲取到網(wǎng)頁？互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生了什么？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過小組討論探究，了解HTTP協(xié)議與HTTPS的作用與區(qū)別；通過瀏覽器訪問網(wǎng)址，認(rèn)識瀏覽器的作用—解析URL；了解URL的結(jié)構(gòu)，能區(qū)分協(xié)議、服務(wù)器的地址、文件位置等信息。

教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①二維碼掃一掃—在身邊常見的二維碼中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)址。（思考：網(wǎng)頁的內(nèi)容如何傳入手機(jī)？）②從瀏覽器輸入網(wǎng)址—開啟互聯(lián)網(wǎng)的旅程。（思考：瀏覽器如何訪問網(wǎng)頁？互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生了什么？）③解析URL結(jié)構(gòu)—瀏覽器的一項重要工作就是解析URL，觀察地址欄，嘗試分析其中蘊含的信息，如訪問方法（協(xié)議）、服務(wù)器地址、文件位置。④認(rèn)識HTTP協(xié)議—動畫演示，了解HTTP工作原理。⑤HTTP與HTTPs找不同—觀看視頻、上網(wǎng)查詢，比較兩者的異同。⑥遷移提升—分組討論“HTTPS安全在哪里？”，讓學(xué)生意識到網(wǎng)絡(luò)安全的重要性。

（4）第4課時

主題：認(rèn)識域名—互聯(lián)網(wǎng)的靚麗名片。

核心問題：你知道域名嗎？它的作用是什么？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解域名的層次結(jié)構(gòu)；了解中文域名的發(fā)展；發(fā)現(xiàn)IP地址與域名的對應(yīng)關(guān)系。

教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①如何在互聯(lián)網(wǎng)中找到網(wǎng)頁？—引出域名。②域名連連看—嘗試給指定的域名劃分層次結(jié)構(gòu)。③關(guān)注域名發(fā)展—自主探究，了解我國域名的數(shù)量、地區(qū)分布。④命令初體驗“ping域名”—初識IP地址，使用瀏覽器分別通過域名、IP地址訪問網(wǎng)站，體會區(qū)別。⑤IP地址—互聯(lián)網(wǎng)中每臺計算機(jī)的地址標(biāo)識。結(jié)合示意圖，了解IP地址的表示方法。⑥遷移提升—描述IP地址與域名的關(guān)系。（思考：如何實現(xiàn)兩者的相互轉(zhuǎn)換？）

（5）第5課時

主題：DNS協(xié)議—幫助域名找到IP地址。

核心問題：互聯(lián)網(wǎng)如何通過域名找到IP地址？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：認(rèn)識DNS協(xié)議；DNS服務(wù)器的域名解析過程。

教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①誰動了我的DNS—體驗域名解析服務(wù)，提前設(shè)置DNS服務(wù)器，學(xué)生訪問網(wǎng)頁遇到故障。出現(xiàn)“訪問網(wǎng)頁A，卻打開了網(wǎng)頁B”的問題。②認(rèn)識DNS協(xié)議—觀察示意圖，了解域名解析過程。（引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：根服務(wù)器處于域名管理的最高層）③頭腦風(fēng)暴—如果DNS服務(wù)器中的解析記錄被惡意修改，可能會造成什么結(jié)果？（理解DNS服務(wù)器對于網(wǎng)絡(luò)安全的重要性）④自主探究—使用nslookup命令訪問多個熟悉的域名，記錄對應(yīng)的IP地址，觀察區(qū)別并探究其原因。⑤查詢本機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息—運行ipconfig/all，了解本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)信息，填寫計劃書。⑥遷移提升—數(shù)據(jù)的傳輸實際上是在不同IP地址之間進(jìn)行的。（思考：為什么不直接使用域名呢？預(yù)設(shè)：IP地址長度固定，而域名長度不固定）

（6）第6課時

主題：IP協(xié)議—網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心。

核心問題：在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，IP協(xié)議發(fā)揮了什么作用？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解IP協(xié)議的作用和基本工作過程；理解IP地址的組成，了解子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、DHCP等相關(guān)知識；了解TCP與UDP協(xié)議的異同。

教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①問題導(dǎo)入：“IP地址”就是IP協(xié)議嗎？—IP協(xié)議規(guī)定每一臺連接到互聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)都有IP地址。編址是IP協(xié)議的一部分。②子網(wǎng)掩碼我會算—使用子網(wǎng)掩碼計算器，根據(jù)局域網(wǎng)的計算機(jī)數(shù)量，確定子網(wǎng)掩碼。引出子網(wǎng)掩碼，將IP地址分成網(wǎng)絡(luò)號與主機(jī)號。③IP協(xié)議—互聯(lián)網(wǎng)中傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從一臺主機(jī)傳送到另一臺主機(jī)。模擬演示IP協(xié)議的工作過程，即切片、分組、轉(zhuǎn)發(fā)。④TCP協(xié)議與UDP協(xié)議—經(jīng)過IP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包，到達(dá)主機(jī)后，如何讓應(yīng)用程序接收？流向指定的應(yīng)用程序。⑤看圖說話—TCP與UDP一樣嗎？觀察示意圖，描述兩者的異同。⑥遷移提升—有時計算機(jī)沒設(shè)置IP地址，為什么也能上網(wǎng)呢？引出子網(wǎng)中有DHCP服務(wù)，計算機(jī)可以自動獲取IP地址等信息。

（7）第7課時

主題：路由器—互聯(lián)網(wǎng)的核心設(shè)備。

核心問題：路由器和交換機(jī)一樣嗎？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解路由器在網(wǎng)絡(luò)中的位置和作用；能說出交換機(jī)與路由器的區(qū)別；認(rèn)識防火墻的作用。

教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①看圖說話—觀察網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，描述路由器與交換機(jī)的位置。②快遞物流類比—初步理解路由器與交換機(jī)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?。③你知道最先訪問的路由器的IP地址嗎？—網(wǎng)關(guān)。④設(shè)置防火墻實驗—理解防火墻的作用。⑤數(shù)據(jù)的編碼和呈現(xiàn)—網(wǎng)頁呈現(xiàn)。⑥遷移提升—展示網(wǎng)絡(luò)全景示意圖，梳理數(shù)據(jù)傳輸與響應(yīng)過程。

（8）第8課時

主題：小小網(wǎng)絡(luò)工程師職業(yè)體驗—搭建小型局域網(wǎng)。

核心問題：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何連接？如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置？

學(xué)習(xí)目標(biāo)：能連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；能設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，進(jìn)行初步的故障排除與調(diào)試。

實驗環(huán)境：機(jī)房聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、每組（4～5人）配備家用無線路由器、計算機(jī)、手機(jī)、平板電腦、雙絞線若干。

實踐環(huán)節(jié)：①檢查實驗器材，明確小組成員分工。②按照操作指南，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接、調(diào)試，并填寫實驗報告。③畫出所搭建局域網(wǎng)的拓?fù)鋱D。④實驗交流與分享。以小組為單位進(jìn)行交流分享。

5.教學(xué)評價設(shè)計（略）

參考文獻(xiàn)：

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