网络中的数据通信教学设计

摘 要 本节课是广东教育出版社的普通高中课程标准实验教科书《信息技术》（选修三）网络技术应用第一章第三节的内容。这节课主要以网络通信的基础知识以及网络通信中常用的信息交换技术及用途为重点，涉及大量的内容原理和概念，学习难度较大。笔者借鉴著名心理学专家戴维·奥苏贝尔的先行组织者教学策略，以期获得更好的教学效果。

关键词 先行组织者教学策略；信息技术；数据通信

1 教材分析

本节课是广东教育出版社的普通高中课程标准实验教科书《信息技术》（选修三）网络技术应用第一章第三节的内容。“网络技术应用”是以应用网络技术解决问题为主线，注重学生动手能力的培养，以解决学习和生活中跟网络有关的实际问题。“网络中的数据通信”这一节课主要以网络通信的基础知识以及网络通信中常用的信息交换技术及用途为重点，涉及大量的内容原理和概念，学习难度较大。教材中重点选择与数据通信方面联系密切的几个概念供学生学习，在了解这些概念之后，能够用所学知识解释生活中所遇到的疑问和困惑，并为今后的学习奠定一定的基础。

2 学情分析

信息化时代，有关通信的应用在生活中随处可见。高二的学生对数据通信的应用有所了解，但是还未系统地学习过数据通信知识。本节课涉及的内容比较抽象，对于认知能力有限的中学生来说难度较大。但有些词汇如信号、宽带等是在生活中经常接触到的，这也为教学的顺利进行提供了一些便利。

3 教学目标

3.1 知识与技能

1）了解网络数据通信的几个专业术语，如通信信号、信道、带宽等，知道它们在生活中的应用。2）了解网络通信中的信息交换技术及其用途，并能应用所学到的几种不同的信息交换方式解释生活中的实际问题。

3.2 过程与方法

淡化技术本身，了解技术原理，关注技术思想。通过本节学习，能够借助自身的使用经验，领悟原理，使用所学知识解释生活中遇到的问题。

3.3 情感、态度与价值观

1）在相关原理的讲授过程中，培养学生对数据通信技术及现代科学技术的兴趣。2）在学习的过程中，保持积极的态度，对学生的学习进行良好的导向，从而让学生体验到学习技术的快感。

4 教学重点

1）网络数据通信中信道、带宽的概念及其应用。学生在现有阶段要达到的水平应该是知道这些概念是什么，而不必深究它们是怎样的。

2）网络通信中的信息交换技术及其用途。根据课标要求，学生对信息交换技术的学习要达到的程度是“列举并解释”。也就是说，学生通过学习，可以借助自身的使用经验，领悟原理，使用所学知识解释生活中面临的问题。

5 教学难点

教学难点是信息交换技术原理，具体地说是对传统电话与IP电话的本质区别做一个比较深入的了解。

6 教学方法

本节课主要应用先行组织者教学策略（教师在安排学习任务之前呈现给学习者相关的引导性材料，它比学习任务本身具有更高一层的抽象性和包摄性[1]。目的在于用先前学过的知识去解释、融合和联系当前学习任务中的材料，从而有效地促进有意义学习的发生和习得意义的保持）的理论支持，使用细化理论以便于渐进分化策略在课堂教学中的实施，并且进行一定的加工和筛选。另外，还运用问答法、小组讨论法、搜索法、类比法等教学策略作为辅助。

7 教学过程

7.1 给出本节课的概要

向学生说明本节课的教学目标，在学完之后能够解释为什么IP电话资费要比普通电话便宜这一现实性问题。

教师给出本节课的初始概要：1）通信信号的概念；2）数字信号和模拟信号的概念及其区别；3）信道和带宽的概念；4）线路交换和分组交换的概念和区别。

7.2 嵌入动机激发器，帮助学习者形成学习动机

教师呈现出本节课的初始概要之后，再播放《微软新型无线传输技术》（介绍了一种新型的无线通信技术，这种通信技术极大地方便了人们的工作和生活，对学生形成学习动机有促进作用）以及《90后黑客霸占带宽》（学生对黑客这一领域有非常浓厚的兴趣，这则视频主要讲述了一个90后少年霸占带宽从而导致周边用户无法观看有线电视。也可以从宽带这一概念引出本节课所要讲的重点内容之一）这两个视频，帮助学习者形成学习动机。

7.3 顺序呈现按照一系列细化设计结果而组织起来的教学内容

1）什么是信号？常见的信号都有哪些？从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。例如，古代人利用点燃烽火台而产生的滚滚狼烟，向远方军队传递敌人入侵的消息，这属于光信号；当人们说话时，声波传递到他人的耳朵，使他人了解自己的意图，这属于声信号；遨游太空的各种无线电波、四通八达的电话网中的电流等，都可以用来向远方表达各种消息，这属电信号。人们通过对光、声、电信号进行接收，才知道对方要表达的消息[2]。

2）什么是传输介质？传输介质分为几大类？传输介质是指传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。（复习1.2.2网络传输介质中的内容）[3]

3）你经常听到宽带这个词吗？你们家使用的是哪家网络公司的宽带上网的呢？宽带的传输速率大概是多少呢？宽带是一个动态、发展的概念，一般以能够满足人们基本的上网需求的速率作为衡量宽带和窄带的标准。现有的提供因特网接入服务的单位有中国电信、长城宽带、联通等，这些单位叫做“因特网服务供应商”。传输速率从1 Mbps到1 000 Mbps不等。

4）什么是IP电话？如何拨打IP电话呢？收费情况是怎样的？IP电话通过互联网或其他使用IP技术的网络，来实现新型的电话通讯。服务供应商不同，拨打IP电话的方式也不同，比如中国移动通信在所拨号码前加拨17951收IP电话费及市内电话费，总计5角/分；而直拨长途电话收费每6秒7分，合7角/分。

7.4 建立新旧知识之间的联系，以促进学习者的意义建构

1）从很简单的光信号、声信号和电信号的概念引出通信信号的概念，并提出问题：“电话的原理什么？”进行分组讨论。之后呈现视频《电话的原理》，验证小组讨论的结果。之后再引出数字信号和模拟信号的概念，并以直观的图形（图1）分析这两者的区别。

2）从传输介质的概念引出信道的概念：通信双方之间以传输介质为基础传递信号的通路，由传输介质及其两端的信道设备共同构成。根据传输介质的不同，可以把信道划分为有线信道和无线信道两大类。

3）学生对宽带的概念已经有所了解，那么，把这两个字颠倒过来，带宽这一词汇又可以怎么去理解呢？结合信道和宽带传输速率的概念，便可以引出“带宽”的含义：通信信道的传输容量。

4）IP电话是利用因特网技术实现语音通信的一种全新的通信技术，IP电话每分钟的资费比传统电话便宜两角钱，这是什么原因呢？学生分小组讨论，并且可以利用因特网信息搜索功能来寻找答案。在寻求答案时学生会遇到“线路交换”和“分组交换”这两个概念，教师播放Flash动画《分组交换技术的原理》，使学生直观地了解到分组交换技术。最后，教师总结线路交换和分组交换的区别。

这里，也可以采用类比的方法对普通电路交换的特点进行进一步的解释。假设你是一个专业的游泳运动员，在某个游泳池进行专业训练。该泳池有12个泳道，你独自占用了其中的一个。随后，在这条泳道上，你来回地进行蛙泳的练习。在这一过程中，泳道是电路，而你就是信息（如果是电话通信，就是语音信息）。在你游泳的过程中，你独占了某个泳道，即使你中间休息了几分钟，其他人也不能使用这条泳道。这时候，你练习完了，你走出该泳道，其他的专业游泳运动员才可以在这条泳道中进行游泳练习。教师还可以类比其他的例子，生活中这样的例子还有很多。

也就是说，电路交换的优点是，一旦端到端的信息通路建立完成，两端的用户就将独占这条线路（在你独占一条泳道时，其他运动员不能介入），从而保证了通信的质量，传输时延或者通信带宽将能保证在一个比较稳定的状态。电路交换的缺点是，一旦你占用了一条线路，其他人就不能使用这条线路，这样就降低了整个交换系统的效率。这种情况在打电话时很常见。比如你正在接电话时，家里有人敲门，于是你放下电话去开门并和进来的人寒暄，在这几分钟的时间里电话并没有挂断，而你们并没有说话，你们占用的线路处于空闲状态，但是其他人并不能在这5分钟里使用这条线路。

然而，IP电话使用的是IP分组交换系统。不同于电路交换系统，分组交换方式把要传输的数据分割成一段段编有序号的较小的单元——分组，然后以“存储——转发”的方式，将每个分组独立地在网络中传输。在每个分组中，都需要说明一些特征，比如说分组的目的地址。各分组被分别传送到目的地后，再按分组序号顺序装配成完整的数据信息。由于分组交换方式传输的数据单位小，可根据当时线路的情况，让不同的分组分别走不同的路径。因此，他既具有线路交换方式传输的延时短的优点，又具有线路利用率高的优点。这也是IP电话比传统电话便宜的原因。

这里，再用类比法来分析一下分组交换技术。笔者在因特网上找到一个很好的例子，用于加深学生的印象，强化记忆。把分组交换系统比作城市交通公路系统，在公路上行驶的汽车是分组。当然，没有哪一辆车可以独占一个路段，它总是与其他车辆共享一条路。当你开车行驶在路上时，车流量小的时候，你可以开得快一些；车流量大时，你就只能慢慢往前移动。路宽的时候，堵车的几率就小；路窄的时候，堵车的几率就大。分组交换也是如此，网络的空闲带宽多的时候，一个分组的传送效率就会高一些；网络的空闲带宽少的时候，一个分组的传送效率就会低一些，甚至会丢失。也许，这就是某些分组交换系统的缺点，很难保证两个用户之间具有稳定的带宽，也不容易控制一个分组从源到目的地的传送时延。这也影响到IP电话的话音质量[3]。

通过把电路交换和分组交换用两个生活中的实例进行解释之后，IP电话之所以会比普通电话便宜的原因也就显而易见了。传统电话与IP电话的本质区别就在于所采用的信息交换技术不同。传统电话采用的是电路交换技术，而IP电话采用分组交换技术。从技术实现角度看，传统电话是独占线路，而IP电话是共享线路，因此，IP电话的资源占用更合理，于是资费就比传统电话便宜。

7.5 提供本节课的课后总结（图2）

8 教学反思

在这节课中，教师起呈现者、教授者和解释者的作用。教学的主要目的是帮助学生理解课本上出现的难懂、抽象的概念和原理。为了便于渐进分化策略的实施，在教学过程中引入美国著名教育技术学家瑞奇鲁斯经过多年研究提出的细化理论。在教学过程中按照细化理论的应用步骤来进行：给出本节课的概要——嵌入动机激发器帮助学习者形成学习动机——给出适当的类比——顺序呈现按照一系列细化设计结果而组织起来的教学内容——建立新旧知识之间的联系——嵌入认知策略激发器——提供本节课的课后总结——提供本节课的课后综合[4]。根据本节课的教学内容，笔者对以上的应用步骤进行细微的调整。

在实际的教学过程当中，已经证实这样的教学方法对帮助学生掌握新的概念和原理有非常好的促进作用，但是也出现一些问题。比如在教学过程中，教师对课堂的掌控能力以及良好的口头表达能力对学生习得意义的保持具有决定性作用。由于设计的教学环节过多，所以对教学时间的控制也显得尤为重要。

参考文献

[1]张立新,张丽霞.论先行组织者教学技术[J].电化教育研究,1998(8):123-126.

[2]信号[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/54338.htm.

[3]IP电话与传统电话之别[EB/OL]..cn/qkpdf/jjzb/jjzb201210/jjzb20121059-1.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文

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