茶智鋒 竇懷宇

目前，信息技術(shù)教學(xué)存在的根本問(wèn)題，就是教師長(zhǎng)期以技能操作為核心，忽視了技術(shù)對(duì)生活、對(duì)社會(huì)影響的分析，忽視了將技術(shù)與生活緊密結(jié)合的應(yīng)用能力的培養(yǎng)。基于該問(wèn)題的思考，筆者以5G網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)作為教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一節(jié)旨在幫助學(xué)生系統(tǒng)了解什么是5G、5G對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響、5G網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)、中國(guó)的5G發(fā)展及面臨的國(guó)際形勢(shì)等相關(guān)問(wèn)題的知識(shí)普及和問(wèn)題解答課。

教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)

教學(xué)目標(biāo)：①通過(guò)學(xué)習(xí)能夠敏銳地感知移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展變革，合理判斷5G網(wǎng)絡(luò)帶給現(xiàn)代生活的改變及其影響。從對(duì)信息的敏感度及對(duì)信息價(jià)值的判斷力兩個(gè)方面落實(shí)新課標(biāo)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中的信息意識(shí)目標(biāo)。②結(jié)合事例對(duì)中國(guó)5G發(fā)展及面臨的形勢(shì)進(jìn)行理性判斷，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。落實(shí)新課標(biāo)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中的信息社會(huì)責(zé)任目標(biāo)。

教學(xué)重點(diǎn)：理解5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及發(fā)展需求，并了解5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)的相關(guān)技術(shù)。

教學(xué)難點(diǎn)：探究5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)的相關(guān)技術(shù)。

教學(xué)實(shí)踐

基于建構(gòu)主義思想，本節(jié)課筆者主要采用以問(wèn)題為核心的任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、提問(wèn)引導(dǎo)法和情境體驗(yàn)法的教法，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)探究和協(xié)作探究相結(jié)合，共同落實(shí)教學(xué)重點(diǎn)并突破難點(diǎn)。

為了能夠順利組織活動(dòng)完成本節(jié)課的教學(xué)，筆者提前準(zhǔn)備了學(xué)生實(shí)驗(yàn)和活動(dòng)用的雙頻無(wú)線路由器、筆記本電腦以及小組用于記錄實(shí)驗(yàn)和討論結(jié)果的“學(xué)習(xí)卡”，并以“什么是5G—為什么要發(fā)展5G—探秘5G技術(shù)—中國(guó)5G的發(fā)展及形勢(shì)”為主線展開(kāi)教學(xué)，具體包括概念認(rèn)識(shí)、需求探究、技術(shù)探究和責(zé)任教育四個(gè)環(huán)節(jié)。

環(huán)節(jié)一：概念認(rèn)識(shí)——拋出主題，直面5G

首先引導(dǎo)學(xué)生集體和5G打招呼，將其帶入輕松的學(xué)習(xí)情境中。再通過(guò)“5G中的G指的是GB、Gbps還是5Generation？”的問(wèn)題讓學(xué)生對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題5G有一個(gè)清晰的概念認(rèn)識(shí)。

環(huán)節(jié)二：需求探究——解答為什么要發(fā)展5G及5G對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的影響

首先，展開(kāi)并討論學(xué)習(xí)卡上每一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品及教師手機(jī)中4G網(wǎng)絡(luò)的一些典型APP應(yīng)用，讓學(xué)生感知移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展變革及對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的影響。同時(shí)，讓學(xué)生思考在4G網(wǎng)絡(luò)已基本能滿足人們需求的情況下，為什么還要發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)？然后，讓學(xué)生觀看有關(guān)5G的視頻，總結(jié)視頻中未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生討論分析5G網(wǎng)絡(luò)的哪些優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)使得無(wú)法在4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)普及的領(lǐng)域在5G網(wǎng)絡(luò)下得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)討論讓學(xué)生認(rèn)識(shí)5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，解答為什么要發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，從而理性認(rèn)識(shí)5G的發(fā)展需求。

環(huán)節(jié)三：探秘5G技術(shù)——突破教學(xué)難點(diǎn)

探秘一：超高速率如何實(shí)現(xiàn)。

首先，通過(guò)筆記本電腦現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試4G熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)速度和觀看《5G下載速率實(shí)測(cè)》視頻，讓學(xué)生分別體驗(yàn)4G速度和感受5G速度。強(qiáng)烈的對(duì)比反差會(huì)讓學(xué)生對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)驚人的下載速率發(fā)出驚嘆，同時(shí)激起對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)超高速率相關(guān)技術(shù)的探究欲望。

其次，讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)物理學(xué)知識(shí)，討論選擇圖上中三種波形的電磁波中的一種作為5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，明確用電磁波作為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，要提高傳輸速率就必須在電磁波上做文章。

再次，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)分組分別測(cè)試雙頻無(wú)線路由器2.4GHz信號(hào)和5GHz信號(hào)網(wǎng)絡(luò)速率，再根據(jù)結(jié)果驗(yàn)證剛才的選擇，得出5G網(wǎng)絡(luò)采用了比4G網(wǎng)路更高頻率電磁波的結(jié)論。同時(shí)，教師適時(shí)向?qū)W生科普5G網(wǎng)絡(luò)的最新商用28GHz電磁波頻段，其波長(zhǎng)為10.7mm，引出毫米波概念，并介紹5G網(wǎng)絡(luò)使用毫米波理論上可以達(dá)到10Gbps的網(wǎng)絡(luò)速率，進(jìn)而引出之前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為何不早使用毫米波的問(wèn)題。

最后，學(xué)生觀察設(shè)備分別連接路由器2.4GHz信號(hào)和5GHz信號(hào)，逐漸遠(yuǎn)離路由器時(shí)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度的變化，感受電磁波頻率越高，繞射能力（穿墻能力）越弱，輻射范圍越小的特點(diǎn)。同時(shí)，學(xué)生小組討論5G網(wǎng)絡(luò)采用毫米波信號(hào)容易被阻斷問(wèn)題的解決措施。通過(guò)討論和想法交流，學(xué)生能了解5G網(wǎng)絡(luò)采用大規(guī)模的微基站來(lái)解決毫米波弱的問(wèn)題。

探秘二：超高密度及如何實(shí)現(xiàn)。

首先，讓學(xué)生結(jié)合動(dòng)畫(huà)討論提高一條兩車(chē)道的高速公路（4G網(wǎng)絡(luò)）道路通行率（吞吐量）的解決措施。其次，教師向?qū)W生科普每一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所用電磁波頻段，幫助學(xué)生了解5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)更多信道，帶來(lái)更高的設(shè)備容量。同時(shí)，讓學(xué)生思考5G網(wǎng)絡(luò)理論上能滿足100萬(wàn)/平方公里的設(shè)備容量是否會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題？最后，讓學(xué)生用筆記本電腦連接路由器的5GHz信號(hào)，分別測(cè)試分散時(shí)和集中時(shí)獲得的網(wǎng)絡(luò)速率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論在人多擁擠的場(chǎng)合使用4G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)速很讓人著急的原因并提出解決措施。最終結(jié)合討論結(jié)果和直觀的波束賦形動(dòng)畫(huà)，幫助學(xué)生解答5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)更多信道結(jié)合波束賦形技術(shù)能滿足超高密度設(shè)備的網(wǎng)速需求。

探秘三：超低延時(shí)及如何實(shí)現(xiàn)。

讓學(xué)生結(jié)合動(dòng)畫(huà)現(xiàn)場(chǎng)模擬4G網(wǎng)絡(luò)非D2D通信模式，分析討論該模式帶來(lái)的問(wèn)題及解決措施。讓學(xué)生通過(guò)模擬活動(dòng)，清楚了解5G網(wǎng)絡(luò)采用D2D技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低延時(shí)的優(yōu)勢(shì)。

以上三個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)，既讓學(xué)生對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的概念、應(yīng)用領(lǐng)域、優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)以及相關(guān)技術(shù)有了比較系統(tǒng)的了解，也從對(duì)信息的敏感度及對(duì)信息價(jià)值的判斷力兩個(gè)方面落實(shí)了新課標(biāo)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中的信息意識(shí)目標(biāo)。

環(huán)節(jié)四：責(zé)任教育——落實(shí)信息社會(huì)責(zé)任目標(biāo)

結(jié)合討論進(jìn)行責(zé)任教育，讓學(xué)生理性認(rèn)識(shí)我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻的國(guó)際信息環(huán)境，培養(yǎng)為之付出努力和行動(dòng)的社會(huì)責(zé)任感，落實(shí)新課標(biāo)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中的信息社會(huì)責(zé)任目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

在新技術(shù)風(fēng)起云涌的信息社會(huì)，對(duì)新技術(shù)持有高度敏感和探究熱情是高中學(xué)生的必備品質(zhì)，筆者之所以選取“你好，5G！”這個(gè)教學(xué)內(nèi)容，是因?yàn)樗芙o信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)帶來(lái)價(jià)值。在探究5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)的教學(xué)過(guò)程中，筆者通過(guò)問(wèn)題討論、觀看動(dòng)畫(huà)，并利用雙頻無(wú)線路由器設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)猜測(cè)、實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證得出結(jié)論，加深了學(xué)生對(duì)新技術(shù)特點(diǎn)的理解，解決了教學(xué)難點(diǎn)。