“軟”“硬”結合，讓實驗教學真實發生

蔣麗萍

摘要：高中信息技術是一門重視實踐體驗的理實一體化課程，其中實驗教學是理論學習的延續和拓展，教師應創設實驗環境引導學生在實際操作中掌握信息技術應用的技能，理解操作背后的技術原理，體驗數字化工具的使用與創新。本文以“組建無線局域網”實驗教學為例，通過搭建“軟”“硬”結合的實驗環境來設計教學內容，有效實施實驗教學，落實信息技術學科核心素養要求。

關鍵詞：實驗教學；無線局域網；項目式學習；模擬環境

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）07-0041-04

“組建無線局域網”是來自教科版高中信息技術“信息系統與社會”模塊第2單元的一節教學內容，也是該教材中為數不多的實驗教學章節。該章節要求學生能識別組建無線局域網的硬件設備及其功能，了解互聯網的接入方式；通過組建小型無線局域網，體驗無線路由器等常見設備的安裝及設置方式；樹立合理使用無線局域網的安全意識，能預判可能存在的安全風險，培養信息安全意識。教學過程中需要用到帶無線網卡的電腦、無線路由器等實驗設備，組織學生有效地參與到教學活動中來。那么，如何靈活運用現有的教學資源，讓每一個學生都能在課堂上“動起來”，在學習活動中有真實的體驗呢？

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）提出普通高中要設立信息技術實驗室，“實驗室應針對每個模塊單獨設立，著重滿足學生實踐操作的需求；除了考慮配備實驗用品之外，還應當考慮配備適當的工具和測試儀器，以保證實驗的水平和質量。”[1]然而，大多數普通高中目前只能夠保障基本的信息技術教學設施，因此，筆者運用現有的教學資源，“軟”“硬”結合創設虛實融合的實驗環境，以便讓每一個學生都能參與到實踐活動中，讓實驗教學更加真實有效。

實驗教學設計理念

實驗教學是培養學生動手能力、創新能力和綜合素質的一個至關重要的環節，是理論與實踐相結合的一種卓有成效的教育模式。[2]實驗內容的設計既要考慮到理論知識的深度和廣度，又要考慮到學生的綜合實踐能力和科學探討精神。“無線局域網的組建”是對前一節“計算機系統互聯”理論知識的驗證，也是為后續“搭建小型物聯網信息系統”做好必要的實踐準備。本實驗圍繞一個小項目將網絡基礎知識中的重點難點以及后續網絡信息安全的部分內容融入其中，利用現有的硬件資源和軟件資源搭建實驗環境，通過三個活動環節讓學生在實際操作中深入了解無線網絡幾個重要參數的含義和作用，體驗小型無線局域網的搭建過程，探討無線網絡的風險防范措施。

實驗教學實施過程

1.明確目標巧立項

教師可在教學導入環節提出基于真實情境的實驗項目，增加學生對學習內容的認知維度，使其能主動建構學習背景、景象和學習活動條件等數據和信息，形成有效的信息意識。在本課教學設計中，筆者選用江蘇省高中信息技術學業水平考試的綜合分析題作為本實驗的教學項目，一是以目標為導向，讓學生更加明確本課程的學業要求和素養目標，二是基于真實情境的問題導入更能吸引學生學習、探索的興趣。

項目要求：某網絡設計師接到一個訂單，為一家小公司設計網絡。該公司位于某寫字樓內，整個區域長20米，寬10米，內部分出4個小房間和若干個功能區域，具體功能劃分與電腦設備如圖1所示。此外，公司每名員工的手機都會用于工作，來公司洽談的客戶手機、筆記本電腦等設備也要能接入因特網。如果你是這位網絡設計師，應該如何組建網絡？

問題拋出后學生可能無從下手，教師要引導學生首先思考兩個問題：一是根據公司現有設備，應該組建什么類型的局域網？二是如果只組建無線局域網，除了現有設備，還需哪些網絡設備？這兩個問題貼近學生的最近發展區，從學生的思維發展角度把項目任務分解成幾個小問題，關聯已知，探究未知，調節其認知難度，積極影響學生的學習效果。

2.虛實結合巧設境

在信息技術學科的教學中，要充分發揮課程特有的教學環境優勢，利用軟、硬件資源開展項目學習，培養利用信息技術解決實際問題的意識，通過知識關聯提升創新設計的能力。

在第一個實施環節中，由于受硬件設備條件限制，教師用“硬”資源因勢利導把學生分成兩組（有線網卡和無線網卡）進行對比分析，通過這個實驗活動結合學校真實的網絡環境來探究參數背后的含義，驗證IP地址的理論知識，從而挖掘知識的深度，這對學生來說就是一次深度學習的過程。

活動1：通過無線（有線）網卡連接校園網絡，查看客戶端狀態的詳細信息。

活動內容：①教師展示師生所在學校的有線網絡和無線網絡的拓撲圖；②把學生分成有線網卡和無線網卡兩大組進行活動；③對比兩組學生獲得的客戶端信息數據（如表1），分析其原因。

在實驗活動中，學生通過對比表1中的數據發現了有線局域網和無線局域網參數值的差異，從而對SSID、DHCP等網絡參數的設置有了更加深刻的認識。最關鍵的是，發現學校無線局域網的IP地址和子網掩碼的設置并不是常規的C類地址的設置，教師順勢結合該真實案例講解IP地址與子網掩碼的應用原理。子網掩碼不僅可以用來指明IP地址中的網絡標識和主機標識，還可以用來劃分子網絡，實現合理利用IP地址的功能。

本實驗項目第二個實施環節是教學的重點，要求學生掌握搭建一個小型無線局域網的方法。同樣由于硬件資源限制，無論是演示教學還是分組教學都不能完整達到預期的目標，要提高課堂教學的有效性就要讓每個學生都能具身體驗學習環節。而基于模擬軟件輔助的實驗教學，用虛擬仿真技術代替真實設備的使用，營造虛實結合的教學環境，能夠培養學生數字化學習和解決問題的能力，讓每個學生都能全方位地參與到實驗活動中，讓實驗教學更加真實有效。

活動2：用“思科模擬器”為公司組建無線局域網（目標效果如圖2所示）。

活動內容：①學生通過教師展示的硬件實物及PPT圖片了解常見的網絡設備（集線器、路由器、網卡、AP等）；②教師演示思科模擬器的使用方法和注意事項；③學生根據“實驗任務單”以及微課小視頻的操作提示動手組建無線局域網并測試是否成功，在配置過程中注意幾個重要參數的設置：DHCP、SSID、WPA-PSK/WPA2-PSK、AES；④選派學生代表展示網絡搭建作品，總結學生在操作過程中遇到的共性問題。

組建無線局域網過程如下：

第一步，添加設備（無線路由器、終端、連線）；

第二步，配置無線路由器，通過終端訪問路由器192.168.0.1，設置參數；

第三步，設置終端的無線網絡參數；

第四步，測試網絡連接是否暢通（ping命令）。

教師引導學生在實驗過程中觀察并思考：①如果不設置無線網絡的加密，設備如何連接網絡？②不啟用DHCP，IP地址應該如何設置？③什么情況下，局域網中的兩臺終端之間不能互相通信？

目前，模擬器是成熟的網絡輔助設計仿真軟件，組件設備細節設計都比較真實。作為“數字原住民”的當代高中生，在教師的指導下普遍能很快掌握模擬軟件的操作要領。采用仿真模擬軟件進行網絡實驗教學活動，讓每個學生都能沉浸式體驗網絡搭建過程，并能滿足不同進度學生的學習需求，培養學生數字化學習與創新能力，同時也突出了實驗教學不受環境限制的靈活性。

3.回歸本質巧立意

網絡信息安全是國家安全的一項重要內容。新時代的高中生應具有一定的信息安全意識和能力，關注網絡帶來的環境問題和人文問題，準確理解人與社會的關系。

本實驗項目第三個實施環節是運用小視頻、調查問卷等數字化“軟”資源讓學生從不同維度關注并了解生活中的信息安全。在學習了無線網絡的組建和連接原理后再看網絡安全問題，學生能夠從設計者和使用者兩個角度來探討風險防范，從而培養學生思維的廣度和深度。

活動3：探討無線網的風險防范。

活動內容：①觀看“Wi-Fi風險安全”小視頻，了解你不知道的故事；②完成調查問卷：生活中的Wi-Fi（如下頁表2）；③探討如何從設計者的角度為公司無線局域網提供安全保障。

實驗教學總結反思

本課是一節理實并重的實驗課，不僅要讓學生體驗搭建無線局域網的過程，更重要的是讓學生理解參數背后的意義。教師在進行教學設計時應充分挖掘各類資源設計學習活動，讓實驗教學真實發生，避免“紙上談兵”。

1.巧用“硬”資源突破教學難點

隨著教育信息化的加速推進，普通高中智慧校園也加快了建設步伐，數字化、智能化的信息技術硬件設備充實了教學資源，豐富了教學手段。然而，要滿足新課標信息技術實驗教學場所的建設要求還需要長期的探索與實踐。信息技術一線教師應結合自身專業特點運用現有資源精心設計，為實驗教學賦能助力。本實驗項目在“活動1”中將學生分成有線與無線兩組的出發點，并不是簡單地基于無線網卡硬件資源的局限性，而是通過立足現狀、因勢利導，把資源劣勢轉化為實驗優勢，充分運用學校現有資源和真實案例讓學生對網絡基礎理論產生更直觀的理解，從而突破教學難點。

2.借力“軟”資源提升教學效果

硬件類的實驗課對設備要求較高，部分教師可能會因為資源匱乏而把這節內容純粹作為演示課或進行分組教學設計，但這兩種方法都會導致大多數學生只能在一旁觀摩，參與度不高，教學效果可想而知。本實驗項目在“活動2”中采用“模擬器”來代替真實的硬件設備，當學生直面真實具體的軟件組件設計架構時學習興趣倍增，從而助力其直觀體驗與掌握教學知識點。充分挖掘“軟”資源來輔助教學，不僅大大降低了教師搭建教學環境的難度，而且大幅提升了實驗教學效率。

3.理實“融”一體挖掘教學深度

基于教學目標，信息技術的實驗課不能設計成只是讓學生完成簡單的硬件搭建或者操作模仿，而要讓學生在實踐過程中體驗設計方法，領悟邏輯關系，掌握工作原理。本實驗項目通過觀察分析、實踐體驗、探討總結三個活動，讓學生系統認識了無線局域網的硬件設備及其功能，體驗了無線路由器等常見設備的配置，培養了學生數字化學習和創新能力，同時樹立了學生合理使用無線局域網的安全意識，培養了信息社會的責任感。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]李平.推進虛擬現實技術應用 提高高校教育教學質量[J].實驗室研究與探索，2018，37（01）：1-4.