《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節的內容，在互聯網中，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，因此這一節的教學旨在使學生理解IP地址的概念、格式及其分類，培養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地址隨著互聯網的蓬勃發展，IP地址短缺問題也越來越嚴重，且IP地址的分配地區差異明顯，嚴重不均衡。我國雖然人口眾多，但互聯網起步較晚，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，體會到民族發展的危機感與緊迫感，也是這一節課需要解決的問題。

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網的發展，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，并為物聯網的發展做好保障。因此這一節課的教學還旨在打開學生的眼界，展望IP地址發展的前景及其對社會發展的影響。

● 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。

情感態度與價值觀目標：了解IP地址的發展對社會發展的影響，體會民族發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；相同地區的區號相同，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地址的分類環節，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；相同地區的電話號碼區號相同，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，每個字節以十進制來表示，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，了解其網絡規模，并填寫表3。

特殊的IP地址：字節為255的表示廣播地址，如192.168.1.255；字節為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，從而為物聯網的實現做好保障。IPv6給過去在互聯網技術開發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、規則和社會意義?！禝P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網領域的落后局面，激發了他們民族的危機感與緊迫感。

（2）積極創設情境，進行社會意義建構。合適的情境不僅可以激發學生的學習動機，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。很多教學環節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“物聯網”以及“網絡實名”的問題，引發學生思考“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。