高中信息技术浙教版 (2019)选修2 网络基础2.1 网络拓扑结构精品教案设计

这是一份高中信息技术浙教版 (2019)选修2 网络基础2.1 网络拓扑结构精品教案设计，共7页。

课程标准
和
教学目标
网络拓扑结构、传输介质与设备
教材内容： 2.1网络拓扑结构 2.3网络传输介质与设备
适应的课程标准：
2.2认识常见网络传输介质的特性，理解影响网络传输质量的主要物理因素；描述网络的拓扑结构及不同类型网络的主要特点。
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：
●通过多个实体互连场景的分析与抽象，了解网络拓扑结构的概念。
●通过比较不同网络拓扑结构的异同，理解不同网络拓扑结构的特点。
●了解网络传输介质的特性。
●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。
●理解影响网络传输质量的主要物理因素。
指向的核心素养：
信息意识：能够按照一定的要求主动获取信息；主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息。
计算思维：能提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题，把复杂系统的联系抽象转化为直观的关系图示。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：1课时
教学活动设计
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：假如你是上世纪计算机网络刚开始发展时期的计算机科学家，正在研究如何把多台计算机连接起来组成网络，你认为有哪些连接方式？这些连接方式各有什么优缺点？你觉得哪种方式更好？理由是什么？
教师最终引导学生得出有公共通路的总线型、有中心节点的星形、首尾相连的环形以及所有计算机两两之间直连的网状型，并有意识的引导学生思考各种连接方式的优缺点。
引导学生从计算机科学家的角度思考组成网络可以有哪些连接方式以及各自的优缺点，为接下来学习实际出现过的各种连接方式即网络拓扑结构打下基础，也就是有了前期的思考、交流与讨论能使学生更深入的理解各种拓扑结构。
情境导入2
把电脑连接起来组成网络是为了彼此之间传输数据，正常情况下，如果有一对计算机正在使用一段连接线路传输数据，其他计算机就不能使用这段线路了，只有等这对计算机传输完成并释放线路后，其他计算机才能使用。假如你是研究计算机网络的科学家，有哪些方法或策略能够确保所有计算机都能有序、高效并且合理的使用这些线路资源？
课内主要引导学生得出“持证”使用（如令牌）和“竞争”使用（如以太网的冲突检测）即可，有疑问或有进一步的兴趣要求学生课外自行去探索。
从原理的角度引导学生去思考共享传输介质的机制与策略，传输介质共享的机制与策略是计算机网络的重要底层原理，其中所包含的思想与方法具有普适性，限于本课的目标，只要点到即可，不要深入探究。在得出共享机制与策略的基础上可进一步引导有兴趣的学生思考网络连接方式与共享传输介质的策略的关系。
新课教学
在小结上述交流讨论的基础上讲解拓扑结构的概念，即计算机和网络设备等节点的不同的连接形式，构成不同的计算机网络拓扑结构。总线型拓扑结构、环型拓扑结构和星形拓扑结构是三种最基本的拓扑结构。
把网络实物连接图抽象转化为网络拓扑结构图、或者把网络拓扑结构图对应到网络实物连接图时，基本不考虑距离与大小的影响，符合拓扑学的一些特性，因此把表示网络连接形式的逻辑图示称为网络拓扑结构图。因为拓扑学是几何学的一门分支，是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法，如面包圈变茶杯的例子，如下图。
茶杯
向下压出一个坑
从这儿往下压
面包圈
变形
有情景导入环节中思考交流讨论的基础后，通过讲授法既能提高效率，又能使学生顺利深入的理解拓扑结构的概念以及三种基本拓扑结构。为了学生对“拓扑结构”名字本身的理解以及忽略距离把网络实物连接图抽象转化为网络拓扑结构图、和把网络拓扑结构图在忽略距离的基础上对应到网络实物连接图的能力，用面包圈变茶杯的拓扑形变例子较形象讲解拓扑概念，同时也激发学生进一步探索的兴趣。
合作探究
总线型拓扑结构、环型拓扑结构与星型拓扑结构处有什么优缺点？总线型拓扑结构与环型拓扑结构的网络曾经都是在实际得到应用的成熟网络产品，为什么目前基本上已被淘汰？
叫学生分组选择其中的一个问题，然后阅读课本“2.1.1总线型拓扑结构与环型拓扑结构”与“2.1.2星型拓扑结构”两小节内容，结合网络搜索相关信息（教师根据学生的程度可提供一定的搜索指导，或者教师直接提供一些补充材料），根据阅读以及搜索的信息，记录问题解答的要点。再根据记录的解答要点进行交流讨论，通过合作探究解答上述问题。
最终引导学生得出：①三种基本拓扑结构的优缺点比较如下表：
优点
缺点
总线拓扑
①网络结构简单，易于布线。
②网络扩展比较容易。
③网络可靠性比较高。
①传输速率比较低。
②故障诊断、总线上的故障隔离困难。
③网络大规模扩展难以实现。
环形拓扑
①网络路径选择和网络组建简单。
②投资成本低。
①传输速度慢、传输效率低。
②连接用户数少、扩展性能差。
③节点故障导致全网故障、维护困难。
星形拓扑
①节点扩展、移动方便。
②网络传输速度快。
③容易维护。
①中心节点工作负荷重。
②网络布线复杂。
③广播传输影响网络性能。
②总线型拓扑结构与环型拓扑结构已经基本被淘汰的原因：一项技术没有发展起来甚至被淘汰，通常是由多方面因素共同作用的结果，除了技术本身外，还有市场推广、当时的社会需求、甚至还有一些偶然因素等原因。
总线型拓扑结构与环型拓扑结构已经基本被淘汰一方面是技术本身的因素如扩展性低、不支持大规模网络、并且技术的发展更新没跟上总体的发展趋势等；另一方面星形拓扑结构由于易扩展易维护等特点，并且速度越来越快而价格越来越低，切合网络的发展趋势，逐步成为主流。
背景性以及原理性的知识在前面情景导入以及新课教学两环已经基本得到落实，并且思考、探究、交流活动也已经得到充分的实践，本环节所涉及的三种基本拓扑结构相关的事实性知识对学生来说基本没有难度，因此训练学生在问题导向的前所下，分析综合文本材料的信息，同时根据问题求解的需要去主动搜索获取信息，既能使学生更深刻全面地掌握所学的知识，更重要地是锻炼了学生的分析综合能力、培养了学生按照一定要求主要获取信息的信息意识，以及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，培养了学生的数字化学习与创新能力。
知识讲解
结合“图2.1.4混合型拓扑结构”较快速讲解混合型拓扑结构，并列举一到二个实际网络实物连接图的例子（如校园网、较复杂的家庭网络），师生互动分析其拓扑结构。
在前面学习铺垫的基础上，本小结的内容学生完全能理解掌握，因此快速讲解并结合一到两个例子分析，主要为提高课堂效率。
新课教学
计算机网络是由网络传输介质和网络设备连接节点计算机所组成的，因此传输介质以及网络设备的特性在很大程度上决定了整个网络的类型与性能。常见的网络传输介质有双绞、光纤等，常见的网络设备有网络适配器（网卡）、交换机、路由器等。
教师结合实物讲解同轴电缆、双绞线以及光纤。对同轴电缆、屏蔽双绞线以及光纤，教师尽量结合实物讲解，对光纤这部分内容，教师尽可能出示多种规格的光纤实物、多种光纤接口，有条件的话尽量演示光纤焊接等操作。
对非屏蔽双绞线教师尽量采用随堂分组实践的方式让学生动手制作网线，以让学生实践体验一下为主，时间安排不宜过多。
简单讲解非导向性传输介质，对传输介质的讲解中要渗透不同介质对网络传输速度、容量、传输质量的影响等相关内容。再结合实物讲解网卡、网络交换机以及路由器，并较侧重的讲解交换机与路由器的不同之处。
要求学生根据所学的传输介质与网络设备的新发展，分析身边的网络，并思考升级的方案。
网络传输介质与网络设备都是事实性的知识，内容本身基本没有难度，并且基本都有实物对应，因此用讲授法以提高效率，同时辅助以实物进行教学，可以提升学生的兴趣，加深学生对所学知识的理解、拓展与掌握，提高学生的实际应用能力。最后要求学生利用所学来分析身边的网络并思考升级方案，一方面培养学生“主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息”的信息意识，同时也培养学生学以致用的意识并且强化巩固所学知识。
课堂小结
●知识梳理：
1. 拓扑与网络拓扑结构；
2. 总线型拓扑、环型拓扑、星型拓扑结构的优缺点；
3. 混合型拓扑结构；
4. 导向性传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤。
5. 非导向性传输介质；
6. 网卡、网络交换机、路由器。
●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网络拓扑结构、网络传输介质以及网卡、网络交换机和路由器的概念和特性。
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：如果计算机的网卡是千兆网卡，是否就能实现千兆速度的传输？如果不能，还需要满足哪些条件？
3.思考教材“问题与讨论”中：列表分析传输介质、网卡、交换机与路由器分别对应于OSI七层结构的哪一层。IP协议对应哪种网络设备？（若“条目8：网络体系结构与TCP/IP协议”还未学习，则本题放到“条目8”的习题中）。
提升作业（面向学有余力学生）：
早期以细同轴电缆作为传输介质的以太网是典型的总线型拓扑结构，如下图a所示，然后把总线部分用红色盒子框起来，如下图b所示，接着把图b进行拓扑形变，即把红色盒子的宽度变小、高度变大、一些连线延长，变化成如图c形状的结构。显然图c结构从外形上看是典型的星型结构，但是图c是从图a经拓扑形变而来，因此，图c与图a应该是等效的，也就是说，图c也应该是总线拓扑结构。请查阅资料并分析，图c到底是总线拓扑结构还是星型拓扑结构？
图a 细缆作为传输介质的总线拓扑结构网络
图b 把总线部分用红色盒子框起来
图c 拓扑形变的形状
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
本条目内容包括“2.1网络拓扑结构”和“2.3网络传输介质和设备”两节内容。这两节内容均不多，并且基本上都是事实性的知识，对学生来说难度都不大，因此本条目中将这两节内容合并为一课时。
本条目在内容方面还有一个较特殊的方面是这两节内容中间间隔有“条目8：网络体系结构与TCP/IP协议”，其中条目8中的OSI七层参考模型的相关知识与本条目中网络设备的工作层次有相关，因此在设计时作如下设计与处理：如果本条目先教学，则在涉及到网络层次的内容时仅作简单的解释说明，然后在条目8教学中在讲到相关层次时把对应的网络设备突出与强调一下，这样更有利于前后知识的联系与巩固。如果条目8先教学，则本条目的教学内容按自然顺序教学即可。
因为本条目的内容基本上都是事实性知识，比较简单，最直接高效的教学方法是直接讲解，然后学生学习巩固，最后辅以练习检测巩固与强化。但这样的教学设计以及实施对学生综合能力、高阶思维以及核心素养的培养都显得很乏力。因此在设计之初主要考虑如何挖掘教学内容、以及如何对内容展开教学方面，最终的目标都是指向核心素养与综合能力的培养。
在教学设计中首先设计两个导入环节，要求学生从计算机科学家的角度去思考网络连接的形式以及共享传输介质的方法与策略，并通过交流讨论让学生体验和理解拓扑结构图在表示复杂系统内部关系方面的优势，并进一步引导学生应用到其他生活和学习的相关问题解决中去，培养学生的计算机思维；同时通过该环节让学生根据任务需要去主动地搜索获取信息，分析综合与表达信息，培养学生的信息意识、数字化学习与创新以及综合能力。
接下来教学主要以讲解以及学生在问题导向前提下，自主学习，交流讨论，完成问题解答的方式进行，这样的设计既兼顾效率，又着眼于数字化学习与创新、信息社会责任和综合能力的培养。
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：
信息意识：落点在“能够按照一定的要求主动获取信息；主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息”。信息意识主要表现在学生在问题导向的前提下，去主动地搜索获取信息，同时反思比较信息来源的可靠性、以及信息获取策略有效性。学生通过主动获取网络传输新技术、新设备的相关信息，进而引导学生思考身边网络升级的可行性以及升级实施方案、包括阶段性的升级实施方案。因此在教学设计中首先在情景导入环节中设置思考交流讨论活动，使学生从背景与原理上去思考网络的连接方式，然后在合作探究环节中要求学生根据问题去主动搜索获取信息，分析综合所获取的文本材料信息，然后记录下问题解答的要点，并要求学生根据记录的要点与同学进行有效的交流，培养学生的信息意识；在学习传输介质与网络设备后，要求学生利用所学来分析身边的网络并思考升级方案，主要培养学生“主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息”的信息意识。
计算思维：落点在“能提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题，把复杂系统的联系抽象转化为直观的关系图示。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学生在理解各种网络拓扑结构的基础上，引导学生将拓扑结构图与实际网络相联系，然后再进一步把实际网络抽象图示成拓扑结构图。通过引导结合讲解，使学生认识到把复杂系统的关系抽象转化为直观的关系图示，是一种通用的方法与能力，拓扑结构图也不仅仅在表达网络连接关系上有用，也是解决其他领域相关问题的有效方法。因此在教学设计中首先设计两个导入环节，分别要求学生以计算机科学家的角度去思考网络连接的形式以及各自优缺点、共享传输介质的方法与策略，使学生从背景和原理的角度理解网络拓扑结构，同时也实际体验了拓扑结构图在形象直观表示复杂系统内部关系方面的优势，更有利于学生把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：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指向学生通过对相关拓展知识的数字化学习材料的阅读、甄别、评价、分析、综合、表达等学习活动，通过这些学习活动一方面巩固提升知识，另一方面提高学生的数字化学习与创新能力。因此在教学设计中多处设置要求学生根据问题的需要，利用网络资源和提供的拓展知识的数字化材料进行学习与问题求解，完成问题与任务。
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”。信息社会责任主要表现在学生在了解网络传输介质、网络设备的基础上，分析网络传输技术发展对网络速度、容量与安全等方面的影响，进而辨析网络新技术对社会和生活的影响。在设计中要求学生利用所学知识分析身边的网络，进而引导学生得出信息技术发展对社会进步和人们生活带来的影响。