资源简介

项目4 探秘即时信息传输过程
——互联网TCP/IP 协议
教学设计
一、实验内容分析
本单元以探秘互联网工作过程为大项目去探究互联网基本原理，主要涉及《信息科技课程标准（2022 年版）》第四学段的“互联网应用与创新”模块第二部分内容“互联网基本原理与功能”，本课是七年级上册第 4 单元的最后一个项目：项目 4 探秘即时信息传输过程——互联网TCP/IP 协议。TCP/IP 协议是互联网中最重要的网络协议，本项目设计的目的是探究即时信息传输过程，了解互联网信息通过 TCP/IP 协议编码、解码以及分层处理的机制，帮助学生了解网络信息传输原理，为后面学生学习物联网的有关知识做铺垫。基于《中小学实验教学基本目录（2023年版）》要求，根据本项目的活动内容，本课教学方式设计为实验教学，注重培养学生创新思维能力和动手能力。
二、教学对象分析
本节课的教学对象是七年级学生，他们好奇心强，具备一定的观察能力、分析能力和自主探究学习能力。他们对于动手实践有一定的热情，对探秘即时信息传输过程的实验教学会比较感兴趣。同时， 在前面的学习中学生已经学习了“互联网互联与互通”“互联网HTTP 协议”“互联网 SMTP/POP3 协议”有关知识，对于互联网的有关协议已经有了一定的认识，但是 TCP/IP协议是网络中最重要的协议，学生对于 TCP/IP 协议的工作流程，即时信息传输过程中的编码、传输、解码等工作原理还不了解。因此教师在教学时要细心、耐心，让学生通过多种学习方法去构建本节课的知识体系。
三、实验教学目标
1．素养目标
（1）了解互联网中的信息编码、传输、解码的原理。
（2）掌握 TCP/IP 在信息发送与接收过程中分层处理数据的过程。
2．项目目标
通过实验探究即时信息传输过程，了解网络信息的传输原理。
四、实验教学重难点
1．教学重点
（1）了解互联网中的信息编码、传输、解码的原理。
（2）掌握 TCP/IP 在信息发送与接收过程中分层处理数据的过程。
2．教学难点
理解 TCP/IP 协议的工作过程。
五、实验教学策略
本项目采用的是验证性实验教学，通过对验证性实验教学七步骤“确定实验目的——设计实验方案——准备实验材料和设备——进行实验——分析实验结果——评估实验效果——撰写实验报告”的整合，将本节实验教学环节确定为“提出问题， 明确目的——实验规划，设计方案——实验准备，类比学习——实验探究，记录分析——实验评估，撰写报告”等 5 个环节。本次教学以提出问题为导向，明确“网络信息的传输原理”为实验目的，通过引导学生设计实验方案，类比学习实验前置知识，进行实验探究信息编码、信息传输以及信息解码，本环节总共安排 3 个实验探究，在进行实验的同时记录分析，进行小结，根据实验结果去评估实验效果，最终撰写实验报告单。本节课的主体是学生，把课堂还给学生，教师只起到引导作用，在学习的过程中，教师提供相应的学习支架进行辅助。
六、实验教学器材
1 ．实验设备
计算机、路由器、交换机等。
2 ．实验软件
即时通信软件（如 QQ、微信）、网络分析软件（科来网络分析系统软件）、TCP/IP 调试软件（SocketTool）。
3 ．学习资料
TCP/IP 协议相关资料、微课、实验指导手册、课件、抓取的数据包等。
七、实验教学过程
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
提出问题明确目的 1．思考问题 我们在日常生活中经常使用即时通信软件（如微信、 QQ 等）进行信息传输，那么这些信息是如何在互联网中传输的呢？你是否曾好奇过，当我们轻轻点击发送按钮时，那些文字、图片、语音甚至视频是如何跨越千山万水，准确无误地到达对方手中的呢？ 学习过程：思考、讨论，交流观点。 2． 明确实验目的 信息在互联网中传输有一定的规则，通过探秘即时信息传输过程去了解网络信息的传输原理。 创设情境，引导学生思考问题。 引入项目“探秘即时信息传输过程”，让学生明确实验目的。 学生在问题的驱动下，积极思考，激发学生解决问题的内驱力。
实验规划设计方案 1．思考问题 想要探秘即时信息的传输过程，要从哪些方面进行探究呢？ 学习过程：阅读学生学习手册，讨论交流，进行规划，设计实验方案。 2．梳理小组实验方案思路 小组成员讨论交流后，在图中填写完整。 引导学生设计实验方 案，鼓励学生设计实 验方案，在学生设计 方案时提醒学生设计 实验方案时思考问题 要严谨全面。 学生完成任务后，请 学生上台展示实验方 案思路。 通过让学生规 划设计实验方 案，提高学生 的规划能力， 培养学生的计 算思维能力和 问题解决能 力。
探究即时 (
分析即时通
信信息的传
输过程
)通信信息 (
了解网络协
议的作用
)的传输过程 了解网络中 数据传输条件
实验准备类比学习 1． 了解网络中数据传输条件 （1）思考问题：生活中的包裹是如何寄送的，从寄件人到收件人中间有哪些流程？ 学习过程：讨论交流，将学生学习手册中包裹邮寄流程环节补充完整。 （2）类比学习：类比包裹邮寄（数据传输）流程，了解寄件人、收件人、邮局（路由器）、寄收件地址（IP 地址）和邮编（端口号）等概念，讨论分析数据传输需要的条件。 学习过程：小组讨论交流，查找资料，完成下表。 数据传输的条件 需要的硬件需要考虑的因素
组织学生小组合作，讨论交流，结合生活实际经验和查询的资料，让学生完成学生学习手册中包裹邮寄流程环节和数据传输条件图表的填写。 类比学习，培养学生的知识迁移能力和举一反三的能力。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
实验准备类比学习 2． 了解网络协议的作用 （1）概念学习：通过类比邮寄包裹需要遵循邮寄规则，车辆行驶需要遵循交通规则，同样计算机之间的相互通信也要遵守一定的规则，这些规则即称为网络协议。TCP（传输控制协议）/IP（网络协议）协议就是最基本的网络协议，是保障网络数据可靠、完整传输的重要协议。 （2）用邮寄包裹的分层结构来类比互联网通信原理，小组讨论交流，总结归纳网络协议的作用和网络协议中“分层体系结构”的优势。 （3）观看 TCP/IP 协议视频，了解 TCP/IP 协议的四层结构，了解每层协议负责的功能，能将每层名称与对应的功能相连接。 学习过程：讨论交流，自主学习，完成学生学习手册中的习题，并归纳总结 TCP/IP 协议从下层到上层的结构顺序。 3．分析即时通信信息的传输过程 （1）通过类比邮寄包裹的流程，明白即时通信信息的发送，也需要对信息进行编码、传输、解码。 （2）思考问题：在用即时通信软件传输数据时，互联网是如何对信息进行编码的，又是如何传输和解码的呢？ 组织学生阅读学生学习手册，观看微课，了解网络协议概念和作用，让学生理解分层体系的优势。 教师巡视指导，必要时进行讲解。 让学生分析即时通信信息的传输过程，预测结果。提出问题，让学生头脑风暴，思考即时通信信息是如何传输的。 通过让学生理解网络协议中分层结构的优势，培养学生逐级分解化简的思想，有助于学生解决复杂的问题。 让学生讨论交流，自主学习，培养学生的自主学习能力和协作意识。
实验探究记录分析 实验 1：分析数据，理解信息编码过程 （1）每个小组任选一个数据包，用科来网络分析系统回放分析数据包，观察数据包的组成。 实验记录：我们小组选的是 数据包，这个数据包中的即时通信程序是 。通过分析数据包，它的结构示意图如下： 数据
（2）结合 TCP/IP 协议四层结构，查找资料，你们小组选择的数据包中即时通信程序在 TCP/IP 协议的哪一层？ 实验记录：我们小组选择的即时通信程序在TCP/IP的 。 （3）根据 TCP/IP 协议的四个层级结构顺序，类比包裹寄送的流程，填写实验报告单中的数据编码（封装）过程流程图。 （4）阅读学生学习手册，完成习题。 实验小结：使用即时通信软件发送的信息，将通过 TCP/IP 协议，分割成多个数据包，从 ，依次在每个数据包添加其前（TCP 头部、IP 头部、 Mac 头部）后部分等信息，进行编码后分发到网络。 实验 2：虚拟仿真实验，深化传输过程 （1）参照微课，查看本机 IP 地址与同学的 IP 地 提供科来网络分析系 统软件的操作视频， 让学生熟悉软件的操 作。 组织学生使用软件分 析数据包，观察数据 包的头部信息，完善 数据包的结构示意 图。教师来回巡视指 导。 通过采取合适 的个性化学习 工具和平台去 探究即时信息 传输过程，培 养学生的信息 意识和数字化 学习与创新能 力。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
实验探究记录分析 址，比较异同，完成实验数据记录。 实验记录： 序 号IP 地址相同不同172 . 16 . 112 . 32172 . 16 . 11232172 . 16 . 112 . 33172 . 16 . 112333172 . 16 . 112 . 34172 . 16 . 11234
实验小结： ①IP 包括 和 两部分。 ②同一网络中 IP 地址具有 特性。 （2）socket 数据传输测试，模拟仿真实验操作。 ①打开 SocketToolV4.0 软件。 ②选择 TCP client，输入左边同学的 IP 地址，建立连接。 ③连接成功，取消十六进制格式，输入消息，点击发送数据。 ④学有余力的同学可以测试一下 UDP 协议。 （3）分析大件物品搬运流程，思考互联网信息是如何传输的，小组讨论交流，完成学生学习手册题目。 实验小结：因为同一网络中 IP 具有 特性，数据在网络中传输才能传到指定的地址，所以数据在网络中传输，也会经过若干个 中转，负责中转的 会检查数据的目标地址，并将数据发送到下一个 ，直至数据到达目的计算机。 实验 3：类比分析，对接收的信息解码 （1）自主学习，查找资料，讨论交流，理解解码概念。 实验记录：解码是指 后，每层 过程。 （2）类比实验 1 信息的编码过程和包裹的寄送过程，讨论交流，归纳数据的解码（解封）过程。 组织学生结合探究过 程和实验记录，完成 实验小结，让学生明 确信息在网络传输中 的编码过程。 提供查看 IP 地址和 Mac 地址（物理地址） 的微课。 提供 socket 数据传输 测试过程的微课。 让学生体验 TCP/IP 中传输层协议，鼓励 学有余力的同学尝试 UDP 协议的测试。 让学生类比大件物品 搬运流程，体会分包 思想，培养学生化繁 为简的能力。 组织学生完成实验小 结。 教学时融入分 层思想，让学 生结合前面的 探究过程，分 析归纳数据编 码的过程，按 照逻辑关系进 行逐层分析， 让学生明白每 一层仅完成相 对简单的任 务，明确信息 在网络传输中 的编码过程， 培养学生的分 层思想。 TCP/IP 协议的 基本策略是将 问题明确划分 为若干个子问 题，通过协议 中蕴含的分包 思想，培养学 生分析问题和 解决问题的能 力，培养学生 的计算思维能 力。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
实验探究记录分析 （3）类比生活中的解码，想一想，在计算机或其他智能终端接收到即时通信信息，为什么要进行解码？完成学生学习手册中的问题。 实验小结：接收端在接收到信息时，数据包 走，每经过一层就会把对应的头部信息去掉，最后将数据交给应用程序处理后，接收端即可看到发送端发送来的 。 分析实验结果： （1）通过记录分析实验数据，总结归纳即时信息传输的基本原理： 。 （2）根据实验数据，分析信息发送与接收过程中， TCP/IP 如何实现分层处理数据，合作填写互联网即时信息传输过程的流程图。 （3）总结概括 TCP/IP 协议的工作流程。 学习过程：讨论交流，结合实验记录，分析实验结果，完成实验报告单和学生学习手册，进行展示交流。 组织学生自主学习， 提供学习资料，帮助 学生理解解码概念。 提供生活中的一些解 码实例，帮助学生类 比分析，了解信息解 码的意义。 组织学生完成实验小 结。 组织学生对实验数据 进行整理和分析，得 出结论并与预期结果 进行比较。 组织学生进行实验结 果的交流展示。 通过类比分 析，让学生明 白在网络数据 的传输过程 中，信息的编 码和信息的解 码可以看成是 一个互逆的过 程。 通过验证性实 验来实验探究 TCP/IP 协议的 工作流程及即 时信息的传输 原理，强调理 论与实践相结 合，通过 3 个 实验探究过程 来验证这一流 程的正确性。
实验评估撰写报告 1．评估实验效果 根据实验结果评估实验的有效性和可靠性，总结经验和教训。 完成自评互评。 2．撰写实验报告 将实验过程、结果和评估写成报告，以便后续研究和参考。 学习过程：撰写报告，回顾本节课的学习，总结归纳本节课所学内容，已学会了什么，还有什么疑惑。 教师点评。 带领学生对课堂所学知识点进行归纳总结。 通过互评、自 评和师评，帮 助学生及时了 解自身发展中 存在的问题， 让学生认识自 我、发展自我 和完善自我， 同时也帮助教 师改善教育教 学活动。
实验流程 学生活动 教师活动 设计意图
实验评估撰写报告 完成作业： （1）基础性试题： 完成问卷星中的习题。 （2）综合性试题： ①在播放网络视频时，探究互联网 TCP/IP 协议如何将服务器上的视频，一步步分层、分解， 传输到本地计算机。 ②课下搜查资料，比较TCP 协议和UDP 协议的您同。 组织不同层次的学生完成作业，让所有学生完成基础性试题，学有余力的学生完成综合性试题。 因材施教，通过分层教学，让不同层次的学生都能有所提高。
八、学习评价
评价维度 评价标准 星数
学科知识 了解互联网中的信息编码、传输、解码的原理。 ☆☆☆☆☆
掌握 TCP/IP 协议在信息发送与接收过程中分层处理数据的过程。 ☆☆☆☆☆
实验活动 正确执行实验步骤，3 个实验活动都能完成，实验结果准确性高，撰写的实验报告质量高，可借鉴性强。 ☆☆☆☆☆
项目目标 通过实验探究即时信息传输过程，了解网络信息的传输原理。 ☆☆☆☆☆
个人贡献 全程参与实验活动的探究，与小组成员通力合作。 ☆☆☆☆☆
小组合作 能够与同学积极讨论、互相合作。 ☆☆☆☆☆
九、板书设计
十、实验教学反思
整个项目采用了实验教学，有助于培养学生的创新思维能力和实践动手能力。通过 3 个探究实验活动，学生认识了 TCP/IP 协议工作流程及其分层结构顺序与功能，知道了网络传输中信息编码、传输、解码原理。由于本节课内容比较抽象，学生基础比较薄弱，在实际教学中一部分同学不能理解，对于网络传输中原理知识还是懵懵懂懂，因此需要教师根据实际的学情进行教学，为学生提供一些学习支架。

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