《你好，5G！》—— 一节基于新课标的教学探索

    茶智锋 窦怀宇

    

    目前，信息技术教学存在的根本问题，就是教师长期以技能操作为核心，忽视了技术对生活、对社会影响的分析，忽视了将技术与生活紧密结合的应用能力的培养。基于该问题的思考，笔者以5G网络相关知识作为教学内容，设计了一节旨在帮助学生系统了解什么是5G、5G对人类社会的影响、5G网络的主要技术、中国的5G发展及面临的国际形势等相关问题的知识普及和问题解答课。

    教学目标及重难点

    教学目标：①通过学习能够敏锐地感知移动通信网络的发展变革，合理判断5G网络带给现代生活的改变及其影响。从对信息的敏感度及对信息价值的判断力两个方面落实新课标信息技术学科核心素养中的信息意识目标。②结合事例对中国5G发展及面临的形势进行理性判断，培养社会责任感。落实新课标信息技术学科核心素养中的信息社会责任目标。

    教学重点：理解5G网络的特点及发展需求，并了解5G网络优势特点的相关技术。

    教学难点：探究5G网络优势特点的相关技术。

    教学实践

    基于建构主义思想，本节课笔者主要采用以问题为核心的任务驱动法、提问引导法和情境体验法的教法，引导学生将实验探究和协作探究相结合，共同落实教学重点并突破难点。

    为了能够顺利组织活动完成本节课的教学，笔者提前准备了学生实验和活动用的双频无线路由器、笔记本电脑以及小组用于记录实验和讨论结果的“学习卡”，并以“什么是5G—为什么要发展5G—探秘5G技术—中国5G的发展及形势”为主线展开教学，具体包括概念认识、需求探究、技术探究和责任教育四个环节。

    环节一：概念认识——抛出主题，直面5G

    首先引导学生集体和5G打招呼，将其带入轻松的学习情境中。再通过“5G中的G指的是GB、Gbps还是5Generation？”的问题让学生对本节课的学习主题5G有一个清晰的概念认识。

    环節二：需求探究——解答为什么要发展5G及5G对现代社会的影响

    首先，展开并讨论学习卡上每一代移动通信网络产品及教师手机中4G网络的一些典型APP应用，让学生感知移动通信网络的发展变革及对现代社会的影响。同时，让学生思考在4G网络已基本能满足人们需求的情况下，为什么还要发展5G网络？然后，让学生观看有关5G的视频，总结视频中未来5G网络的主要应用领域。同时，引导学生讨论分析5G网络的哪些优势和特点使得无法在4G网络环境下难以实现普及的领域在5G网络下得以实现。通过讨论让学生认识5G网络的特点及优势，解答为什么要发展5G网络的问题，从而理性认识5G的发展需求。

    环节三：探秘5G技术——突破教学难点

    探秘一：超高速率如何实现。

    首先，通过笔记本电脑现场测试4G热点网络速度和观看《5G下载速率实测》视频，让学生分别体验4G速度和感受5G速度。强烈的对比反差会让学生对5G网络惊人的下载速率发出惊叹，同时激起对5G网络超高速率相关技术的探究欲望。

    其次，让学生根据已学物理学知识，讨论选择图上中三种波形的电磁波中的一种作为5G网络的传输介质，明确用电磁波作为移动通信网络的传输介质，要提高传输速率就必须在电磁波上做文章。

    再次，学生现场分组分别测试双频无线路由器2.4GHz信号和5GHz信号网络速率，再根据结果验证刚才的选择，得出5G网络采用了比4G网路更高频率电磁波的结论。同时，教师适时向学生科普5G网络的最新商用28GHz电磁波频段，其波长为10.7mm，引出毫米波概念，并介绍5G网络使用毫米波理论上可以达到10Gbps的网络速率，进而引出之前的移动通信网络为何不早使用毫米波的问题。

    最后，学生观察设备分别连接路由器2.4GHz信号和5GHz信号，逐渐远离路由器时网络信号强度的变化，感受电磁波频率越高，绕射能力（穿墙能力）越弱，辐射范围越小的特点。同时，学生小组讨论5G网络采用毫米波信号容易被阻断问题的解决措施。通过讨论和想法交流，学生能了解5G网络采用大规模的微基站来解决毫米波弱的问题。

    探秘二：超高密度及如何实现。

    首先，让学生结合动画讨论提高一条两车道的高速公路（4G网络）道路通行率（吞吐量）的解决措施。其次，教师向学生科普每一代移动通信网络所用电磁波频段，帮助学生了解5G网络通过更多信道，带来更高的设备容量。同时，让学生思考5G网络理论上能满足100万/平方公里的设备容量是否会带来新的问题？最后，让学生用笔记本电脑连接路由器的5GHz信号，分别测试分散时和集中时获得的网络速率。根据实验结果，讨论在人多拥挤的场合使用4G网络，网速很让人着急的原因并提出解决措施。最终结合讨论结果和直观的波束赋形动画，帮助学生解答5G网络通过更多信道结合波束赋形技术能满足超高密度设备的网速需求。

    探秘三：超低延时及如何实现。

    让学生结合动画现场模拟4G网络非D2D通信模式，分析讨论该模式带来的问题及解决措施。让学生通过模拟活动，清楚了解5G网络采用D2D技术实现超低延时的优势。

    以上三个环节的教学，既让学生对5G网络的概念、应用领域、优势特点以及相关技术有了比较系统的了解，也从对信息的敏感度及对信息价值的判断力两个方面落实了新课标信息技术学科核心素养中的信息意识目标。

    环节四：责任教育——落实信息社会责任目标

    结合讨论进行责任教育，让学生理性认识我国5G网络发展面临的严峻的国际信息环境，培养为之付出努力和行动的社会责任感，落实新课标信息技术学科核心素养中的信息社会责任目标。

    结语

    在新技术风起云涌的信息社会，对新技术持有高度敏感和探究热情是高中学生的必备品质，笔者之所以选取“你好，5G！”这个教学内容，是因为它能给信息技术课程的学习带来价值。在探究5G网络优势相关技术特点的教学过程中，笔者通过问题讨论、观看动画，并利用双频无线路由器设计探究实验，让学生通过猜测、实验、验证得出结论，加深了学生对新技术特点的理解，解决了教学难点。