基于社會主義特色未來學校視角下初中信息科技《TCP/IP協議》教學案例研究

蘇成玥　鐘永江

摘要：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出信息科技學科要體現“科”與“技”并重，科學原理的教授已經成為每一名教師需要關注的內容，而課程中學習支架的使用對于培養學生核心素養具有重要意義。因此，本文選取“TCP/IP協議”作為實踐內容，具體介紹如何借助學習支架幫助學生理解抽象的科學原理，提升核心素養。

關鍵詞：科學原理；學習支架；初中信息科技

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）11-0072-03

研究背景

筆者所在學校作為上海科技教育特色示范學校，從一年級到九年級設置了系列化、遞進式的科技類拓展課，讓學生在感受國家科技發展的同時學習相應的學科知識。就信息科技學科而言，小學低段學生學習通過手柄控制大疆無人機完成相應任務；小學高段學生學習Mind+、Python、C++等編程語言；中學階段學生學習使用編程語言完成對大疆無人機控制以及Arduino套件的使用。

總體設計

筆者結合新課標要求，基于現有教材，選取六大邏輯主線中的“網絡”（《初探TCP/IP》協議）作為拓展科學原理教授的實踐點，并結合學生特點，借助學習支架為學生搭建“有援的”學習環境。

信息技術支撐

課前，借助在線問卷調查分析學生對計算機網絡軟硬件的掌握情況，特別是對“TCP/IP協議”的了解情況，以達到對學情的精準掌握。

課中，在關鍵環節播放微視頻，從而讓學生快速掌握相關信息及抽象概念。

課后，利用Classin平臺推送拓展閱讀資料，讓學生在課后可以閱讀相關資料拓展視野。

案例設計 《TCP/IP協議》教學案例設計

1.教學內容及學情分析

（1）教學內容分析

本節課內容選自人教-中圖版教材第一單元活動2“我做老師的信息助理”，該部分教材內容偏重于實踐應用，即通過實踐操作習得知識與技能，學會根據信息需求展開信息搜集工作，而對其背后的科學原理沒有過多涉及。結合新課標中互聯網應用與創新的內容要求（初步了解互聯網協議，知道網絡中數據的編碼、傳輸和呈現的原理），筆者將“初探TCP/IP協議”作為該部分內容的科學原理。

（2）學情分析

筆者通過網絡問卷發現所教授的143名學生中，只有28名學生聽說過TCP/IP協議，且對TCP/IP協議的具體內容和工作原理并不了解。

（3）教學目標

知識與技能目標：理解TCP/IP協議的功能；知道TCP協議、IP協議各自的作用；理解網絡中數據傳輸的原理。

過程與方法目標：能夠將問題進行分解、設計解決方案，在解決問題的過程中學會反思優化解決方案，并將該思想遷移運用于解決其他問題。

情感態度與價值觀目標：認同規則在生活中傳遞物品及網絡中傳輸數據的重要性。

2.設計思路

本節課涉及的主要內容有TCP/IP協議的功能、TCP/IP協議下的數據傳輸原理、TCP/IP協議中TCP協議和IP協議的作用。針對以上內容，筆者采用了相應的學習支架（如圖1）。

本節課中的科學原理主要是TCP/IP協議的功能，學生在生活中沒有體驗認知，借助演示支架可以讓學生直觀感受，激發其學習TCP/IP協議的興趣。科學原理理解內化涉及數據傳輸原理和TCP協議、IP協議作用，該部分內容較為抽象，借助生活中物品傳輸的情境支架以及視頻支架降低了學生的認知難度，通過問題支架引導學生深度思考，使用對比矩陣支架促使學生理解內化數據傳輸原理，利用流程圖支架幫助學生梳理數據傳輸過程。

3.教學過程

（1）演示導入，激發學生的學習興趣

視頻支架：展示我國4G和5G網絡的建設讓電子支付、在線教育、無人駕駛等成為可能。

演示支架：教師演示可以上網的計算機在卸載TCP/IP協議后無法上網，安裝TCP/IP協議后又可以上網。

設計意圖：通過視頻支架激發學生的民族自豪感。通過演示支架引發學生思考TCP/IP協議對上網的重要性，從而激發學生的探索興趣。

（2）創設情境，梳理物品傳輸方案

①視頻支架：視頻展示游戲規則，如圖2所示。

設計意圖：本環節主要通過搭建游戲情境，讓學生探索物品傳輸方案，視頻支架的直觀性能夠降低學生對游戲規則的理解難度。

②情境支架1：小組內最后一位同學將三塊數字積木（如圖3）組合數字（只本人知道）后，通過相應盒子，按游戲規則傳遞給本組第一位同學，第一位同學用三塊數字積木組合數字并與最后一位同學核對，核對一致代表游戲成功。

③問題支架1：如何通過盒子傳輸數字積木？接收積木的同學如何快速還原傳出積木的同學組合的數字？

設計意圖：情境支架1讓學生通過動手實踐發現問題（三塊數字積木無法整體放入盒子中傳輸）。問題支架1讓學生聚焦問題思考解決方案（要對數字積木進行拆分，分別放入三個盒子進行傳輸，要在盒子上標記序號幫助接收積木的同學正確還原數字，為學生后續理解TCP/IP協議中將數據進行分組、添加分組序號奠定認知基礎）。

④情境支架2：小組內最后一位同學將三塊數字積木（如上頁圖3）組合數字（只本人知道）后，通過相應盒子，選擇其他組作為接收組，按游戲規則傳遞給接收組第一位同學，接收組第一位同學用三塊數字積木組合數字后要找到發送組最后一位同學核對，數字核對一致代表游戲成功。

⑤問題支架2：如何將盒子正確地傳遞給接收組同學？如何讓接收積木的同學知道積木由哪一組傳出？

設計意圖：通過情境支架1和問題支架1，學生的認知和思維水平得到提升，其最近發展區也相應改變，因此情境支架2較情境支架1難度提升。問題支架2讓學生聚焦問題思考解決方案（可以在盒子上標出傳出組組號、接收組組號以及序號，為學生后續理解TCP/IP協議中將數據進行分組，添加分組序號、源地址、目的地址奠定認知基礎）。

（3）借助視頻，厘清TCP/IP協議下的數據傳輸

①視頻支架：視頻展示TCP/IP協議下的數據傳輸。

②流程圖支架：將正確的序號按照TCP/IP協議數據傳輸過程填入流程圖中，如圖4所示。

③對比矩陣支架：展示物品傳輸流程與數據傳輸流程的對比，如圖5所示。

設計意圖：通過視頻支架將抽象的數據傳輸流程具象化，借助流程圖支架，學生可以快速梳理出TCP/IP協議下的數據傳輸流程。對比矩陣支架一方面幫助學生理解物品傳輸流程和數據傳輸流程在思想上的共同點，從而將生活中解決問題的思維遷移到理解網絡中的問題解決中；另一方面幫助學生降低對計算機中專有名詞的認知難度。

（4）借助視頻，明確TCP協議、IP協議各自的作用

①視頻支架：視頻展示數據傳輸中TCP協議和IP協議各自的作用。

②問題支架：你能說出TCP協議和IP協議各自的作用嗎？

設計意圖：通過視頻支架將TCP協議和IP協議的作用具象展示，借助問題支架，學生將TCP協議和IP協議的作用理解內化。

總結

社會主義特色未來學校視域下的信息科技課程，可以結合國家高新技術發展落實信息科技學科的本體知識教學，讓學生感受到科技發展給生活帶來的便利等，從而提升學生的民族自豪感，進一步激發其對信息科技學科知識的學習興趣。

新課標的頒布需要教師更加重視信息科技中科學原理的教授，教師可以根據實際需求選擇合適的學習支架幫助學生搭建從現有發展區到潛在發展區的臺階，讓學生認識、理解內化科學原理甚至使用科學原理解決問題，從而培養其計算思維、批判性思維、問題解決能力以及創新能力。