小小網絡工程師養成計劃

梁音

摘要：本文對教學設計理念、單元核心概念、單元教學目標進行分析，并通過8個課時的教學設計，引導學生了解常見互聯網設備與拓撲結構，網絡類型，網絡中數據編碼、傳輸、呈現的原理，網絡協議的工作特點等。

關鍵詞：互聯網；單元教學；網絡協議；網絡搭建

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）15-0046-04

互聯網對于初中生來說既熟悉又神秘，他們在運用網絡的同時，也渴望了解互聯網背后的奧秘。筆者通過對所在學校近兩年的高一新生的學情調查發現，初中生對網絡協議、域名和IP地址、常見網絡設備等常識缺乏了解。如何帶領學生認識網絡原理，并激發他們對科學的興趣，已成為擺在信息科技教師面前的課題。因此，筆者選擇《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）模塊7“互聯網應用與創新”中的“互聯網基本原理與功能”部分進行單元教學規劃與實施。

教學設計理念：融合新課程理念

初中階段側重深化原理認識，探索利用信息科技手段解決問題的過程和方法，具體的信息科技課程理念如圖1所示。

本單元教學力爭體現信息科技新課程理念，通過問題情境、單元項目活動、教學核心內容、教學環節和教學評價等設計，開啟一場“小小網絡工程師養成計劃”的學習體驗。同時，運用“小小網絡工程師養成計劃書”（學案）作為腳手架，將知識的情境性與實踐活動緊密聯系，幫助學生逐步了解互聯網原理。

單元核心概念：遵循學科邏輯主線與內容要求

信息科技課程以數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能為邏輯主線，體現了循序漸進和螺旋式發展，如下頁圖2所示。

新課標對本單元的內容要求是：“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?！睂W業要求是：“知道在常見應用中，如何編碼、組織、接收及驗證網絡數據；能從現實應用中體會互聯網是如何將復雜的遠程數據傳輸和通信等問題逐步化簡為分解、編碼、傳輸和重新組合等一系列規則（協議）的?！?/p>

筆者根據學科邏輯主線，以及新課標的內容和學業要求，提煉了本單元對應核心概念的內容，如表1所示。

單元教學目標：落實學科核心素養

核心素養是課程育人價值的集中體現，是學生通過課程學習逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。信息科技課程要培養的核心素養主要包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。

由此，初步確定本單元教學目標為：①通過對網絡教室與學校網絡中心實地參觀或云游的體驗，了解網絡的基本組成和常見網絡設備，主動學習互聯網知識，形成正確的信息意識與科學認知。②通過模擬網絡工程師養成活動，以日常生活實例類比，了解網絡中協議的作用，知道數據在網絡中傳輸、編碼、呈現的基本原理，了解數據傳輸過程中，協議將復雜任務逐層分解、封裝然后再將任務重新組合的工作原理，培養計算思維。③能根據任務需求，選擇合適的設備，搭建小型局域網，提高數字化學習能力與動手能力。④認識自主可控技術的重要意義，樹立科技自立自強的意識，養成信息社會責任。

教學過程設計

1.單元主題

小小網絡工程師養成計劃，跟隨數據探秘奇妙互聯網。

2.問題情境

師：暢通的網絡對我們的生活非常重要，讓我們化身“小小的網絡工程師”，一起了解網絡內部的工作原理，認識網絡設備，鍛煉實際網絡規劃、調試與連接的能力，以及時化解身邊常見的網絡問題，為美好的生活助力！

3.單元結構（如下頁圖3）

4.教學過程

（1）第1課時

主題：圖說我心中的網絡。

核心問題：網絡是如何連接的？

學習目標：通過生活體驗，描述互聯網的作用；通過觀察身邊的網絡，初步認識互聯網的組成；了解網絡拓撲結構。

教學關鍵環節：①頭腦風暴—了解并梳理網絡工程師的工作內容；②身邊網絡畫出來—初步認識網絡設備的組成與連接方式；③圖說心中的網絡—小組網絡圖展示，認識網絡設備與拓撲結構；④云游網絡中心機房—實地考查真實的網絡設備與連接方式；⑤網絡設備連連看—將網絡設備與對應的功能連線，初步了解網絡設備的作用，從整體到局部，感受互聯網的神奇；⑥總結提升—繪制并完善網絡拓撲圖，了解網絡分類。

（2）第2課時

主題：網絡協議—網絡中所有規則的集合。

核心問題：什么是協議？協議如何在互聯網中發揮作用？

學習目標：了解網絡協議的作用；通過與日常網絡購物平臺的類比，了解網絡協議的分層結構。

教學關鍵環節：①情境導入—不同類型的設備為什么可以相互通信傳遞信息呢？通過設疑，引起學生對互聯網通信原理的好奇心。②以語言的翻譯作類比，引出協議的作用。從外賣APP使用方式體會協議分層的好處。③以社會的分工作類比，引出協議的分層結構。④觀察TCP/IP協議示意圖，了解分層結構、各層名稱。⑤歸類常見協議名稱—列舉常用的協議名稱，并將其寫入相應的TCP/IP層結構中。⑥遷移提升—觀看視頻，了解互聯網協議的發展歷程。

（3）第3課時

主題：認識瀏覽器—訪問互聯網的必備工具。

核心問題：瀏覽器如何獲取到網頁？互聯網內部發生了什么？

學習目標：通過小組討論探究，了解HTTP協議與HTTPS的作用與區別；通過瀏覽器訪問網址，認識瀏覽器的作用—解析URL；了解URL的結構，能區分協議、服務器的地址、文件位置等信息。

教學關鍵環節：①二維碼掃一掃—在身邊常見的二維碼中發現網址。（思考：網頁的內容如何傳入手機？）②從瀏覽器輸入網址—開啟互聯網的旅程。（思考：瀏覽器如何訪問網頁？互聯網內部發生了什么？）③解析URL結構—瀏覽器的一項重要工作就是解析URL，觀察地址欄，嘗試分析其中蘊含的信息，如訪問方法（協議）、服務器地址、文件位置。④認識HTTP協議—動畫演示，了解HTTP工作原理。⑤HTTP與HTTPs找不同—觀看視頻、上網查詢，比較兩者的異同。⑥遷移提升—分組討論“HTTPS安全在哪里？”，讓學生意識到網絡安全的重要性。

（4）第4課時

主題：認識域名—互聯網的靚麗名片。

核心問題：你知道域名嗎？它的作用是什么？

學習目標：了解域名的層次結構；了解中文域名的發展；發現IP地址與域名的對應關系。

教學關鍵環節：①如何在互聯網中找到網頁？—引出域名。②域名連連看—嘗試給指定的域名劃分層次結構。③關注域名發展—自主探究，了解我國域名的數量、地區分布。④命令初體驗“ping域名”—初識IP地址，使用瀏覽器分別通過域名、IP地址訪問網站，體會區別。⑤IP地址—互聯網中每臺計算機的地址標識。結合示意圖，了解IP地址的表示方法。⑥遷移提升—描述IP地址與域名的關系。（思考：如何實現兩者的相互轉換？）

（5）第5課時

主題：DNS協議—幫助域名找到IP地址。

核心問題：互聯網如何通過域名找到IP地址？

學習目標：認識DNS協議；DNS服務器的域名解析過程。

教學關鍵環節：①誰動了我的DNS—體驗域名解析服務，提前設置DNS服務器，學生訪問網頁遇到故障。出現“訪問網頁A，卻打開了網頁B”的問題。②認識DNS協議—觀察示意圖，了解域名解析過程。（引導學生發現：根服務器處于域名管理的最高層）③頭腦風暴—如果DNS服務器中的解析記錄被惡意修改，可能會造成什么結果？（理解DNS服務器對于網絡安全的重要性）④自主探究—使用nslookup命令訪問多個熟悉的域名，記錄對應的IP地址，觀察區別并探究其原因。⑤查詢本機網絡信息—運行ipconfig/all，了解本機的網絡信息，填寫計劃書。⑥遷移提升—數據的傳輸實際上是在不同IP地址之間進行的。（思考：為什么不直接使用域名呢？預設：IP地址長度固定，而域名長度不固定）

（6）第6課時

主題：IP協議—網絡協議的核心。

核心問題：在互聯網數據傳輸的過程中，IP協議發揮了什么作用？

學習目標：了解IP協議的作用和基本工作過程；理解IP地址的組成，了解子網掩碼、網關、DHCP等相關知識；了解TCP與UDP協議的異同。

教學關鍵環節：①問題導入：“IP地址”就是IP協議嗎？—IP協議規定每一臺連接到互聯網的計算機都有IP地址。編址是IP協議的一部分。②子網掩碼我會算—使用子網掩碼計算器，根據局域網的計算機數量，確定子網掩碼。引出子網掩碼，將IP地址分成網絡號與主機號。③IP協議—互聯網中傳輸數據的標準，負責將數據從一臺主機傳送到另一臺主機。模擬演示IP協議的工作過程，即切片、分組、轉發。④TCP協議與UDP協議—經過IP協議轉發的數據包，到達主機后，如何讓應用程序接收？流向指定的應用程序。⑤看圖說話—TCP與UDP一樣嗎？觀察示意圖，描述兩者的異同。⑥遷移提升—有時計算機沒設置IP地址，為什么也能上網呢？引出子網中有DHCP服務，計算機可以自動獲取IP地址等信息。

（7）第7課時

主題：路由器—互聯網的核心設備。

核心問題：路由器和交換機一樣嗎？

學習目標：了解路由器在網絡中的位置和作用；能說出交換機與路由器的區別；認識防火墻的作用。

教學關鍵環節：①看圖說話—觀察網絡拓撲圖，描述路由器與交換機的位置。②快遞物流類比—初步理解路由器與交換機對數據傳輸的作用。③你知道最先訪問的路由器的IP地址嗎？—網關。④設置防火墻實驗—理解防火墻的作用。⑤數據的編碼和呈現—網頁呈現。⑥遷移提升—展示網絡全景示意圖，梳理數據傳輸與響應過程。

（8）第8課時

主題：小小網絡工程師職業體驗—搭建小型局域網。

核心問題：網絡設備如何連接？如何進行網絡設置？

學習目標：能連接網絡設備；能設置網絡參數，進行初步的故障排除與調試。

實驗環境：機房聯網環境、每組（4～5人）配備家用無線路由器、計算機、手機、平板電腦、雙絞線若干。

實踐環節：①檢查實驗器材，明確小組成員分工。②按照操作指南，進行網絡連接、調試，并填寫實驗報告。③畫出所搭建局域網的拓撲圖。④實驗交流與分享。以小組為單位進行交流分享。

5.教學評價設計（略）

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]李鋒.初中信息科技新版課程標準解析與教學指導（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022：36-48.

[3]黃榮懷，熊璋.義務教育信息科技課程標準（2022年版）解讀[M].北京：北京師范大學出版社，2022：121-135.