《你好，5G！》—— 一節基于新課標的教學探索

茶智鋒 竇懷宇

目前，信息技術教學存在的根本問題，就是教師長期以技能操作為核心，忽視了技術對生活、對社會影響的分析，忽視了將技術與生活緊密結合的應用能力的培養。基于該問題的思考，筆者以5G網絡相關知識作為教學內容，設計了一節旨在幫助學生系統了解什么是5G、5G對人類社會的影響、5G網絡的主要技術、中國的5G發展及面臨的國際形勢等相關問題的知識普及和問題解答課。

教學目標及重難點

教學目標：①通過學習能夠敏銳地感知移動通信網絡的發展變革，合理判斷5G網絡帶給現代生活的改變及其影響。從對信息的敏感度及對信息價值的判斷力兩個方面落實新課標信息技術學科核心素養中的信息意識目標。②結合事例對中國5G發展及面臨的形勢進行理性判斷，培養社會責任感。落實新課標信息技術學科核心素養中的信息社會責任目標。

教學重點：理解5G網絡的特點及發展需求，并了解5G網絡優勢特點的相關技術。

教學難點：探究5G網絡優勢特點的相關技術。

教學實踐

基于建構主義思想，本節課筆者主要采用以問題為核心的任務驅動法、提問引導法和情境體驗法的教法，引導學生將實驗探究和協作探究相結合，共同落實教學重點并突破難點。

為了能夠順利組織活動完成本節課的教學，筆者提前準備了學生實驗和活動用的雙頻無線路由器、筆記本電腦以及小組用于記錄實驗和討論結果的“學習卡”，并以“什么是5G—為什么要發展5G—探秘5G技術—中國5G的發展及形勢”為主線展開教學，具體包括概念認識、需求探究、技術探究和責任教育四個環節。

環節一：概念認識——拋出主題，直面5G

首先引導學生集體和5G打招呼，將其帶入輕松的學習情境中。再通過“5G中的G指的是GB、Gbps還是5Generation？”的問題讓學生對本節課的學習主題5G有一個清晰的概念認識。

環節二：需求探究——解答為什么要發展5G及5G對現代社會的影響

首先，展開并討論學習卡上每一代移動通信網絡產品及教師手機中4G網絡的一些典型APP應用，讓學生感知移動通信網絡的發展變革及對現代社會的影響。同時，讓學生思考在4G網絡已基本能滿足人們需求的情況下，為什么還要發展5G網絡？然后，讓學生觀看有關5G的視頻，總結視頻中未來5G網絡的主要應用領域。同時，引導學生討論分析5G網絡的哪些優勢和特點使得無法在4G網絡環境下難以實現普及的領域在5G網絡下得以實現。通過討論讓學生認識5G網絡的特點及優勢，解答為什么要發展5G網絡的問題，從而理性認識5G的發展需求。

環節三：探秘5G技術——突破教學難點

探秘一：超高速率如何實現。

首先，通過筆記本電腦現場測試4G熱點網絡速度和觀看《5G下載速率實測》視頻，讓學生分別體驗4G速度和感受5G速度。強烈的對比反差會讓學生對5G網絡驚人的下載速率發出驚嘆，同時激起對5G網絡超高速率相關技術的探究欲望。

其次，讓學生根據已學物理學知識，討論選擇圖上中三種波形的電磁波中的一種作為5G網絡的傳輸介質，明確用電磁波作為移動通信網絡的傳輸介質，要提高傳輸速率就必須在電磁波上做文章。

再次，學生現場分組分別測試雙頻無線路由器2.4GHz信號和5GHz信號網絡速率，再根據結果驗證剛才的選擇，得出5G網絡采用了比4G網路更高頻率電磁波的結論。同時，教師適時向學生科普5G網絡的最新商用28GHz電磁波頻段，其波長為10.7mm，引出毫米波概念，并介紹5G網絡使用毫米波理論上可以達到10Gbps的網絡速率，進而引出之前的移動通信網絡為何不早使用毫米波的問題。

最后，學生觀察設備分別連接路由器2.4GHz信號和5GHz信號，逐漸遠離路由器時網絡信號強度的變化，感受電磁波頻率越高，繞射能力（穿墻能力）越弱，輻射范圍越小的特點。同時，學生小組討論5G網絡采用毫米波信號容易被阻斷問題的解決措施。通過討論和想法交流，學生能了解5G網絡采用大規模的微基站來解決毫米波弱的問題。

探秘二：超高密度及如何實現。

首先，讓學生結合動畫討論提高一條兩車道的高速公路（4G網絡）道路通行率（吞吐量）的解決措施。其次，教師向學生科普每一代移動通信網絡所用電磁波頻段，幫助學生了解5G網絡通過更多信道，帶來更高的設備容量。同時，讓學生思考5G網絡理論上能滿足100萬/平方公里的設備容量是否會帶來新的問題？最后，讓學生用筆記本電腦連接路由器的5GHz信號，分別測試分散時和集中時獲得的網絡速率。根據實驗結果，討論在人多擁擠的場合使用4G網絡，網速很讓人著急的原因并提出解決措施。最終結合討論結果和直觀的波束賦形動畫，幫助學生解答5G網絡通過更多信道結合波束賦形技術能滿足超高密度設備的網速需求。

探秘三：超低延時及如何實現。

讓學生結合動畫現場模擬4G網絡非D2D通信模式，分析討論該模式帶來的問題及解決措施。讓學生通過模擬活動，清楚了解5G網絡采用D2D技術實現超低延時的優勢。

以上三個環節的教學，既讓學生對5G網絡的概念、應用領域、優勢特點以及相關技術有了比較系統的了解，也從對信息的敏感度及對信息價值的判斷力兩個方面落實了新課標信息技術學科核心素養中的信息意識目標。

環節四：責任教育——落實信息社會責任目標

結合討論進行責任教育，讓學生理性認識我國5G網絡發展面臨的嚴峻的國際信息環境，培養為之付出努力和行動的社會責任感，落實新課標信息技術學科核心素養中的信息社會責任目標。

結語

在新技術風起云涌的信息社會，對新技術持有高度敏感和探究熱情是高中學生的必備品質，筆者之所以選取“你好，5G！”這個教學內容，是因為它能給信息技術課程的學習帶來價值。在探究5G網絡優勢相關技術特點的教學過程中，筆者通過問題討論、觀看動畫，并利用雙頻無線路由器設計探究實驗，讓學生通過猜測、實驗、驗證得出結論，加深了學生對新技術特點的理解，解決了教學難點。