高中信息技术浙教版 (2019)选修2 网络基础2.2 网络体系结构与TCP/IP协议教案及反思

课程标准

和

教学目标

网络体系结构与TCP/IP协议

教材内容： 2.2网络体系结构与TCP/IP协议

适应的课程标准：

2.3熟悉TCP/IP协议（传输控制协议/网际协议）的主要功能和作用，理解网卡、交换机、路由器等基本网络设备的作用和工作原理。

教学目标：

●了解网络体系结构的概念。

●了解数据在网络中的传输过程。

●了解OSI参考模型与TCP/IP体系结构及其对应关系。

●能利用分层的思想简化复杂的大问题。

●了解TCP/IP协议簇的概念

●掌握IP协议、TCP协议和UDP协议的功能和作用。

指向的核心素养：

计算思维：针对较为复杂的任务，能运用形式化方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计解决问题的方案。能把利用信息技术解决问题的过程迁移到学习和生活的其他相关问题的解决过程中。

数字化学习与创新：在利用信息技术支持学习的过程中，认识到网络和相关资源的教育优势。在网络学习空间中开展协作学习，建构知识。

信息社会责任：认识信息技术发展对社会进步和人们生活带来的影响。

学习环境：有教学控制软件的多媒体机房，装有MS软件和班级讨论区。

建议课时：2课时

教学活动设计

第1课时  2.2.1 OSI参考模型  2.2.2 TCP/IP体系结构

教学环节

教学过程

设计意图

情境导入1

教师引导学生针对以下问题进行思考、讨论回答。

导入1：网上购物非常普通，但是网购商品从购买到收货中间具体经历了哪些过程？

师生互动共同得出网购商品所经历的“全”过程，并用较完整的语言加以描述。

引导学生对身边熟悉的现象进行较深入的分析思考，并归纳提炼，一方面训练学生的思维能力，另一方面为引入新课铺垫。

情境导入2

完整的网购“全”过程比较复杂，仅由顾客或商家来实现整个过程非常困难。现实中的网购是如何高效而顺畅的进行的呢？

启发学生思考，同时吸引学生的注意力。

新课教学

除了顾客与商家之外，还有许多人员与组织参与进来。进而对“全”过程分层：按顾客与商家的“购销层”－快递公司收件与送件的“快递层”－快递或运输公司将货物运出或送达的“运输层”。

“购销层”的顾客与商家按照“买卖规则”（即“购销协议”）确定商品类型金额与收货约定等，“快递层”的员工按照“收件要求和格式化的快递单”（即“快递协议”）实现收件封包和上门送件，“运输层”按照“装货要求和交通法规等规则”（即“运输协议”）实现货物的发送与送达。“快递层”以快递员作为“接口”为“购销层”提供“收件服务”与“送件服务”，“运输层”以收发货员作为“接口”为“快递层”提供“送货服务”与“收货服务”。

师生互动实现对全过程的分层、并结合图示标注相应“协议”“服务”与“接口”。

用类似的类比例子来说明分层设计思想中的三个核心概念——协议、服务、接口，并使学生体会到分层使得复杂的问题简化为若干个较简单的问题。

合作探究

数据通过网络实现传输通信也是一个非常复杂系统问题，从历史的角度看，最初是通过什么样的方式实现的？后来又出现了什么问题？想用什么办法来解决？最终有没有达成目标？为什么？

叫学生阅读课本与教师提供的补充材料，结合学生之间的交流讨论，通过合作探究解答上述问题。

最终引导学生得出：①各厂商利用分层的思想设计各自的网络体系结构以实现网络通信。②随后出现的问题是不同厂商依据自身的网络体系结构所建立的网络很难实现互连。③国际标准化组织（ISO）推出OSI参考模型想作为标准的网络体系结构以实现不同网络的互连。④OSI参考模型没有实现自身最初的目标。⑤因为OSI参考模型的理论框架比较完善，开发相应的协议与工具的工作量很大，另一方面随着因特网的快速发展，利用TCP/IP协议实现不同网络互连得到普及，OSI参考模型的最初问题已基本不存在。因此OSI参考模型目前的应用基本在理论层面。

以切合历史并内含逻辑的问题为引导，有利于持续的吸引学生的注意力去探究答案。使学生获得既切合历史又符合逻辑的知识，感受技术背后的思想，使学生既知其然又知其所以然。通过自主合作探究的方式使学生掌握的知识更加深刻，更具有迁移性。

知识讲解

结合图示讲授OSI参考模型的七层结构以及数据传输过程、结合类比（如邮寄包裹）重点强调第二层（即数据链路层实现相邻节点的可靠数据传输）、第三层（网络层的路由选择功能）、第四层（传输层的端到端传输功能）。

结合图示讲授TCP/IP体系结构与OSI参考模型的对应关系、主要协议以及实现途径。

对OSI参考模型以及TCP/IP体系结构的相关知识基本都是事实性的知识，对学生来说参准确无误的领会这些知识是首要目标，并且这类知识在课堂内探究效益不大，同时学生在本课内的探究活动已较充分，在学生有前面背景知识的基础上，采用讲授为主的教学设计既高效又便于学生准确领会知识。

思考练习

要求学生阅读课本及相关材料，然后交流讨论课本中的“问题与讨论”、独立思考课本中的“思考与练习”，对学有余力的学生要求对比分析TCP/IP体系结构与OSI参考模型各自的特点。

抽查学生“思考练习”环节中的问题，并有针对性的点评。

阅读并交流讨论、独立思考与对比分析的设计，让学生对所接受的知识进一步内化整理，同时弥补讲授法所授知识通常不够“活”并且不够持久的不足。

课堂小结

●知识梳理：

1. 总结分层设计思想解决复杂问题的步骤；

2. 简述网络体系结构的概念；

3. 回顾数据在网络中的传输过程；

4. 总结OSI参考模型与TCP/IP体系结构及其对应关系。

●学习评价：对自己和同伴的表现进行客观的评价，并思考后续完善的方向。（5=优秀，4=超出一般水平，3=满意，2=有待改进，1=不太理想）

通过回顾总结帮助学生掌握分层设计思想、网络体系结构的概念和实例以及服务、接口和协议等概念，理解数据在网络中的传输过程，通过梳理总结评价回顾实现知识的升华。

作业布置

基础作业（面向所有学生）：

1.选择题（详见课后练习1-6）。

2.思考教材“问题与讨论”中：OSI七层模型概念清楚、理论也比较完整，但实际应用中为什么远不如TCP/IP结构广泛？

3.查阅资料，辨析“服务”和“协议”这两个术语的区别与联系。

提升作业（面向学有余力学生）：

列举适合用分层设计思想来解决的一个复杂系统问题，然后设计一个层次模型解决这个问题。

课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升华知识点的有效途径。根据学生的基础和能力设置不同难度的作业，以满足不同层次的学生需求。

第2课时  2.2.3 主要的TCP/IP协议

新课导入

教师引导学生针对以下问题进行思考、讨论回答。

导入：TCP/IP体系结构实现不同网络中计算机之间的互相连接，如下图，是由3个局域网互连组成的一个较大的网络，网络1中PC11计算机中的程序A（进程A），向网络2中PC22计算机中的程序B（进程B）发送数据，要读成这个任务需要实现哪几个关键步骤？用什么方法可以实现？

师生互动分析出：第一步，数据从PC11计算机经过“合适的路径”传送到PC22计算机，第二步，PC22计算机把收到的计算机传送到程序B（进程B）。实现第一步的一种方法是给网络中的所有计算机按统一规则编号，并且用一定的方法来“查找从PC11到PC22的路径”；实现第二步的一个方法是给PC22计算机中所有正在运行的程序（即进程）也编上特定的号码。

IP协议主要是为了实现“机到机连接”，TCP和UDP协议是为了实现“端到端”连接，引导学生从网络互联与数据传输的底层需求出发思考，从而引出IP协议、TCP协议和UDP协议的主要功能。

知识讲解

1.通过上述案例分析，引导学生得出实现第一个步骤的主要协议是网络层中的IP协议，实现第二个步骤主要是传输层中的TCP协议和UDP协议。

2.通过上述案例分拆，引导学生得出IP协议主要实现“编址”与“路由寻址”功能，TCP协议和UDP协议主要实现“端到端”连接。

通过从网络互联与数据传输的底层需求案例的分析入手，由学生自行得出数据经网络传输的关键步骤以及相应的协议，从而使学生对IP协议、TCP协议和UDP协议的功能有更深刻的认识。

自主学习

1.学生自主学习教材中“IP协议概述”、“IP地址”两部分内容、以及教师提供的补充材料。然后要求学生思考并交流问题：

①IP协议的功能与特性？

②点分十进制的IP地址是如何形成的？

③确定IP中网络地址与主机地址的方案有哪些？

④为什么要推出IPv6？

教师对学生的学习交流情况进行小结提升。

2.学生自主学习教材中“TCP协议”、“UDP协议”两部分内容、以及教师提供的补充材料。然后要求学生思考并交流问题：

①TCP协议与UDP协议均属于传输层协议，均能实现端到端的传输，两者有何不同？

②TCP协议是如何实现可靠传输？

③TCP协议与UDP协议的应用场景有什么不同？

④什么是套接字？列举一些常用应用的默认端口号。

教师对学生的学习交流情况进行小结提升。

IP协议、TCP协议和UDP协议相关介绍性知识是确定的事实性知识，主要目标是要准确的了解，通过让学生阅读文本内化知识既能提高效率，又能提高学生的自主学习能力，同时设计中要求学生思考表达交流问题，既利于学生巩固所学知识，又锻炼了学生思考与表达能力。

课堂小结

●知识梳理：

1. 总结IP协议、TCP协议、UDP协议的主要功能和特性；

2. 简述IPv4协议的编址方案；

3. IPv6相比IPv4的主要优点；

4. 回顾TCP协议与UDP协议的应用场合。

5. 简述套接字及列举常用应用的默认端口号。

●学习评价：对自己和同伴的表现进行客观的评价，并思考后续完善的方向。（5=优秀，4=超出一般水平，3=满意，2=有待改进，1=不太理想）

通过回顾总结帮助学生掌握IP协议、TCP协议和UDP协议的功能和特性，知道TCP与UDP协议的应用场合，理解IPv4协议的编址方案，了解IPv6及套接字，通过梳理总结评价回顾实现知识的升华。

作业布置

基础作业（面向所有学生）：

1.选择题（详见课后练习7-11）。

2.简明解释子网掩码。

3.简述什么是面向连接的通信、什么是无连接的通信，在因特网技术中哪个协议是面向连接的、哪个协议是面向无连接的？

提升作业（面向学有余力学生）：

4.试说明IP地址与MAC地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址。

5.简述IPv6对技术与生活的影响。

课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升华知识点的有效途径。根据学生的基础和能力设置不同难度的作业，以满足不同层次的学生需求。

教学设计思路

本条目内容较多，因此分为2课时。第1课时包含“2.2.1 OSI参考模型”和“2.2.2 TCP/IP体系结构”两部分内容，第2课时对应“2.2.3 主要的TCP/IP协议”这小节内容。

第1课时着重要让学生理解为什么分层设计会成为网络标准设计的标准方法，以及为什么网络技术需要标准化，因此设计时首先从网购“全”流程的分析引出分层思想，进而得出分层思想的三个关键概念：服务、接口、协议。

然后通过合作探究活动，引导学生从历史的角度探究获知网络体系结构的其然和所以然，。使学生获得既切合历史又符合逻辑的知识，感受技术背后的思想，通过自主合作探究的方式使学生掌握的知识更加深刻，更具有迁移性。

OSI七层结构的内容是确定的事实性知识，比较烦琐且比较枯燥，但切实掌握七层结构的相关内容对学生网络理论基础非常重要，并且对后续学习以及以后网络相关活动有直接的影响，因此在设计时结合数据传输过程的详细分析，采用“封贴”“撕拆”等形象的说法，着重突出第二层、第三层、以及第四层的作用，并且基于这部分内容是事实性知识，在课堂内探究效益不大，并且本课中学生从历史角度已对网络体系结构进行充分探究，因此这部分内容以讲解法为主，使学生既高效又能准确地领会知识。

为使学生巩固、加深、梳理知识，还设计了“思考练习”、“知识梳理”、“评价反馈”和“作业布置”等环节。

第2课时为了使学生对IP协议、TCP协议和UDP协议的核心有深入的理解，首先设计思考问题，即一个网络中的源计算机的源进程发送的信息，如何通过网络传递到另一个网络中目标计算机的目标进程中，引导学生以计算机科学家的角度去思考，要完成这个传送任务，需要实现哪些关键步骤，从而自然而然的引出第三层的IP协议以及第四层的TCP和UDP协议，使学生对IP协议、TCP协议和UDP协议有深入的理解。

对于IP协议概述、IP地址、TCP协议与UDP协议的概述，这些都是确定的事实性知识，难度不大，因此设计学生自主探究学习环节，，通过让学生阅读文本内化知识既能提高效率，又能提高学生的自主学习能力，同时设计中要求学生思考表达交流问题，既利于学生巩固所学知识，又锻炼了学生思考与表达能力。

针对

核心素养培养的

设计考虑

本条目各个核心素养的具体落点分析如下：

计算思维：落点在“针对较为复杂的任务，能运用形式化方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计解决问题的方案。能把利用信息技术解决问题的过程迁移到学习和生活的其他相关问题的解决过程中”。计算思维主要表现在准确且有结构专业知识既是用专业思维解决问题的基础，也是用专业思维解决问题的助力，因此让学生充分了解相关的背景知识，使学生同时知其所以然，帮助学生获得更加有结构的知识；另一方面通过学习网络体系结构了解分层模块设计的思想，提升学生解决复杂系统问题的能力。分层设计的思想是本专业内很普遍且重要的思想方法，并且在解决复杂的大问题方面具有普适性。通过“引出话题”与“互动分析”等环节剖析分层模块设计的思想，既使学生对该思想方法有更深入的体验，又使后续网络层次模型的学习更加顺利，并且后面网络层次模型的学习又进一步加深了分层思想的认识，进一步引导学生把分层模块设计的思想迁移到网络层次模型之外的其他问题解决情景中。

数字化学习与创新：落点在“在利用信息技术支持学习的过程中，认识到网络和相关资源的教育优势。在网络学习空间中开展协作学习，建构知识”。 数字化学习与创新主要通过教师提供学生相关拓展知识的数字化学习材料以及一些信息源可靠权威链接地址，同时提供一些学习指导与问题要求：引导学生自主学习、要求学生自主搜索网络上相关资源、评价网络资源、完成学习小结等。

信息社会责任：落点在“认识信息技术发展对社会进步和人们生活带来的影响”。 信息社会责任主要通过课外思考性作业的方式进行，如辨析网络对社会和生活的影响、IPv6对技术与生活的影响等。