網絡中的數據通信教學設計

摘 要 本節課是廣東教育出版社的普通高中課程標準實驗教科書《信息技術》（選修三）網絡技術應用第一章第三節的內容。這節課主要以網絡通信的基礎知識以及網絡通信中常用的信息交換技術及用途為重點，涉及大量的內容原理和概念，學習難度較大。筆者借鑒著名心理學專家戴維·奧蘇貝爾的先行組織者教學策略，以期獲得更好的教學效果。

關鍵詞 先行組織者教學策略；信息技術；數據通信

1 教材分析

本節課是廣東教育出版社的普通高中課程標準實驗教科書《信息技術》（選修三）網絡技術應用第一章第三節的內容。“網絡技術應用”是以應用網絡技術解決問題為主線，注重學生動手能力的培養，以解決學習和生活中跟網絡有關的實際問題。“網絡中的數據通信”這一節課主要以網絡通信的基礎知識以及網絡通信中常用的信息交換技術及用途為重點，涉及大量的內容原理和概念，學習難度較大。教材中重點選擇與數據通信方面聯系密切的幾個概念供學生學習，在了解這些概念之后，能夠用所學知識解釋生活中所遇到的疑問和困惑，并為今后的學習奠定一定的基礎。

2 學情分析

信息化時代，有關通信的應用在生活中隨處可見。高二的學生對數據通信的應用有所了解，但是還未系統地學習過數據通信知識。本節課涉及的內容比較抽象，對于認知能力有限的中學生來說難度較大。但有些詞匯如信號、寬帶等是在生活中經常接觸到的，這也為教學的順利進行提供了一些便利。

3 教學目標

3.1 知識與技能

1）了解網絡數據通信的幾個專業術語，如通信信號、信道、帶寬等，知道它們在生活中的應用。2）了解網絡通信中的信息交換技術及其用途，并能應用所學到的幾種不同的信息交換方式解釋生活中的實際問題。

3.2 過程與方法

淡化技術本身，了解技術原理，關注技術思想。通過本節學習，能夠借助自身的使用經驗，領悟原理，使用所學知識解釋生活中遇到的問題。

3.3 情感、態度與價值觀

1）在相關原理的講授過程中，培養學生對數據通信技術及現代科學技術的興趣。2）在學習的過程中，保持積極的態度，對學生的學習進行良好的導向，從而讓學生體驗到學習技術的快感。

4 教學重點

1）網絡數據通信中信道、帶寬的概念及其應用。學生在現有階段要達到的水平應該是知道這些概念是什么，而不必深究它們是怎樣的。

2）網絡通信中的信息交換技術及其用途。根據課標要求，學生對信息交換技術的學習要達到的程度是“列舉并解釋”。也就是說，學生通過學習，可以借助自身的使用經驗，領悟原理，使用所學知識解釋生活中面臨的問題。

5 教學難點

教學難點是信息交換技術原理，具體地說是對傳統電話與IP電話的本質區別做一個比較深入的了解。

6 教學方法

本節課主要應用先行組織者教學策略（教師在安排學習任務之前呈現給學習者相關的引導性材料，它比學習任務本身具有更高一層的抽象性和包攝性[1]。目的在于用先前學過的知識去解釋、融合和聯系當前學習任務中的材料，從而有效地促進有意義學習的發生和習得意義的保持）的理論支持，使用細化理論以便于漸進分化策略在課堂教學中的實施，并且進行一定的加工和篩選。另外，還運用問答法、小組討論法、搜索法、類比法等教學策略作為輔助。

7 教學過程

7.1 給出本節課的概要

向學生說明本節課的教學目標，在學完之后能夠解釋為什么IP電話資費要比普通電話便宜這一現實性問題。

教師給出本節課的初始概要：1）通信信號的概念；2）數字信號和模擬信號的概念及其區別；3）信道和帶寬的概念；4）線路交換和分組交換的概念和區別。

7.2 嵌入動機激發器，幫助學習者形成學習動機

教師呈現出本節課的初始概要之后，再播放《微軟新型無線傳輸技術》（介紹了一種新型的無線通信技術，這種通信技術極大地方便了人們的工作和生活，對學生形成學習動機有促進作用）以及《90后黑客霸占帶寬》（學生對黑客這一領域有非常濃厚的興趣，這則視頻主要講述了一個90后少年霸占帶寬從而導致周邊用戶無法觀看有線電視。也可以從寬帶這一概念引出本節課所要講的重點內容之一）這兩個視頻，幫助學習者形成學習動機。

7.3 順序呈現按照一系列細化設計結果而組織起來的教學內容

1）什么是信號？常見的信號都有哪些？從廣義上講，它包含光信號、聲信號和電信號等。例如，古代人利用點燃烽火臺而產生的滾滾狼煙，向遠方軍隊傳遞敵人入侵的消息，這屬于光信號；當人們說話時，聲波傳遞到他人的耳朵，使他人了解自己的意圖，這屬于聲信號；遨游太空的各種無線電波、四通八達的電話網中的電流等，都可以用來向遠方表達各種消息，這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進行接收，才知道對方要表達的消息[2]。

2）什么是傳輸介質？傳輸介質分為幾大類？傳輸介質是指傳輸信息的載體，常用的傳輸介質分為有線傳輸介質和無線傳輸介質兩大類。（復習1.2.2網絡傳輸介質中的內容）[3]

3）你經常聽到寬帶這個詞嗎？你們家使用的是哪家網絡公司的寬帶上網的呢？寬帶的傳輸速率大概是多少呢？寬帶是一個動態、發展的概念，一般以能夠滿足人們基本的上網需求的速率作為衡量寬帶和窄帶的標準。現有的提供因特網接入服務的單位有中國電信、長城寬帶、聯通等，這些單位叫做“因特網服務供應商”。傳輸速率從1 Mbps到1 000 Mbps不等。

4）什么是IP電話？如何撥打IP電話呢？收費情況是怎樣的？IP電話通過互聯網或其他使用IP技術的網絡，來實現新型的電話通訊。服務供應商不同，撥打IP電話的方式也不同，比如中國移動通信在所撥號碼前加撥17951收IP電話費及市內電話費，總計5角/分；而直撥長途電話收費每6秒7分，合7角/分。

7.4 建立新舊知識之間的聯系，以促進學習者的意義建構

1）從很簡單的光信號、聲信號和電信號的概念引出通信信號的概念，并提出問題：“電話的原理什么？”進行分組討論。之后呈現視頻《電話的原理》，驗證小組討論的結果。之后再引出數字信號和模擬信號的概念，并以直觀的圖形（圖1）分析這兩者的區別。

2）從傳輸介質的概念引出信道的概念：通信雙方之間以傳輸介質為基礎傳遞信號的通路，由傳輸介質及其兩端的信道設備共同構成。根據傳輸介質的不同，可以把信道劃分為有線信道和無線信道兩大類。

3）學生對寬帶的概念已經有所了解，那么，把這兩個字顛倒過來，帶寬這一詞匯又可以怎么去理解呢？結合信道和寬帶傳輸速率的概念，便可以引出“帶寬”的含義：通信信道的傳輸容量。

4）IP電話是利用因特網技術實現語音通信的一種全新的通信技術，IP電話每分鐘的資費比傳統電話便宜兩角錢，這是什么原因呢？學生分小組討論，并且可以利用因特網信息搜索功能來尋找答案。在尋求答案時學生會遇到“線路交換”和“分組交換”這兩個概念，教師播放Flash動畫《分組交換技術的原理》，使學生直觀地了解到分組交換技術。最后，教師總結線路交換和分組交換的區別。

這里，也可以采用類比的方法對普通電路交換的特點進行進一步的解釋。假設你是一個專業的游泳運動員，在某個游泳池進行專業訓練。該泳池有12個泳道，你獨自占用了其中的一個。隨后，在這條泳道上，你來回地進行蛙泳的練習。在這一過程中，泳道是電路，而你就是信息（如果是電話通信，就是語音信息）。在你游泳的過程中，你獨占了某個泳道，即使你中間休息了幾分鐘，其他人也不能使用這條泳道。這時候，你練習完了，你走出該泳道，其他的專業游泳運動員才可以在這條泳道中進行游泳練習。教師還可以類比其他的例子，生活中這樣的例子還有很多。

也就是說，電路交換的優點是，一旦端到端的信息通路建立完成，兩端的用戶就將獨占這條線路（在你獨占一條泳道時，其他運動員不能介入），從而保證了通信的質量，傳輸時延或者通信帶寬將能保證在一個比較穩定的狀態。電路交換的缺點是，一旦你占用了一條線路，其他人就不能使用這條線路，這樣就降低了整個交換系統的效率。這種情況在打電話時很常見。比如你正在接電話時，家里有人敲門，于是你放下電話去開門并和進來的人寒暄，在這幾分鐘的時間里電話并沒有掛斷，而你們并沒有說話，你們占用的線路處于空閑狀態，但是其他人并不能在這5分鐘里使用這條線路。

然而，IP電話使用的是IP分組交換系統。不同于電路交換系統，分組交換方式把要傳輸的數據分割成一段段編有序號的較小的單元——分組，然后以“存儲——轉發”的方式，將每個分組獨立地在網絡中傳輸。在每個分組中，都需要說明一些特征，比如說分組的目的地址。各分組被分別傳送到目的地后，再按分組序號順序裝配成完整的數據信息。由于分組交換方式傳輸的數據單位小，可根據當時線路的情況，讓不同的分組分別走不同的路徑。因此，他既具有線路交換方式傳輸的延時短的優點，又具有線路利用率高的優點。這也是IP電話比傳統電話便宜的原因。

這里，再用類比法來分析一下分組交換技術。筆者在因特網上找到一個很好的例子，用于加深學生的印象，強化記憶。把分組交換系統比作城市交通公路系統，在公路上行駛的汽車是分組。當然，沒有哪一輛車可以獨占一個路段，它總是與其他車輛共享一條路。當你開車行駛在路上時，車流量小的時候，你可以開得快一些；車流量大時，你就只能慢慢往前移動。路寬的時候，堵車的幾率就小；路窄的時候，堵車的幾率就大。分組交換也是如此，網絡的空閑帶寬多的時候，一個分組的傳送效率就會高一些；網絡的空閑帶寬少的時候，一個分組的傳送效率就會低一些，甚至會丟失。也許，這就是某些分組交換系統的缺點，很難保證兩個用戶之間具有穩定的帶寬，也不容易控制一個分組從源到目的地的傳送時延。這也影響到IP電話的話音質量[3]。

通過把電路交換和分組交換用兩個生活中的實例進行解釋之后，IP電話之所以會比普通電話便宜的原因也就顯而易見了。傳統電話與IP電話的本質區別就在于所采用的信息交換技術不同。傳統電話采用的是電路交換技術，而IP電話采用分組交換技術。從技術實現角度看，傳統電話是獨占線路，而IP電話是共享線路，因此，IP電話的資源占用更合理，于是資費就比傳統電話便宜。

7.5 提供本節課的課后總結（圖2）

8 教學反思

在這節課中，教師起呈現者、教授者和解釋者的作用。教學的主要目的是幫助學生理解課本上出現的難懂、抽象的概念和原理。為了便于漸進分化策略的實施，在教學過程中引入美國著名教育技術學家瑞奇魯斯經過多年研究提出的細化理論。在教學過程中按照細化理論的應用步驟來進行：給出本節課的概要——嵌入動機激發器幫助學習者形成學習動機——給出適當的類比——順序呈現按照一系列細化設計結果而組織起來的教學內容——建立新舊知識之間的聯系——嵌入認知策略激發器——提供本節課的課后總結——提供本節課的課后綜合[4]。根據本節課的教學內容，筆者對以上的應用步驟進行細微的調整。

在實際的教學過程當中，已經證實這樣的教學方法對幫助學生掌握新的概念和原理有非常好的促進作用，但是也出現一些問題。比如在教學過程中，教師對課堂的掌控能力以及良好的口頭表達能力對學生習得意義的保持具有決定性作用。由于設計的教學環節過多，所以對教學時間的控制也顯得尤為重要。

參考文獻

[1]張立新，張麗霞.論先行組織者教學技術[J].電化教育研究，1998(8):123-126.

[2]信號[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/54338.htm.

[3]IP電話與傳統電話之別[EB/OL].http://www.kepu.net.cn/gb/technology/telecom/network/net795.html.

[4]何克抗，鄭永柏，謝幼如.教學系統設計[M].北京:北京師范大學出版社，2010:121.

（作者單位：西安市曲江第一中學）