数据交换技术教学设计数据交换技术是教科版选修教材网络技术应用第 三章第二小节的知识。它包含了电路交换技术、报文交换技 术和分组交换技术。其中，电路交换与报文交换可以看做是 不同本质的数据传输形态，报文交换与分组交换是相同本质 的数据交换，它们之间相互区别的关键在于“网络时延”的 产生与解决。对于这部分高度抽象的学习内容，学生仅从理 论的角度去学习难度很大。为让学生轻松掌握数据在网络中 传输的交换技术，教师通过数据传输的成本、 速度、安全性、 可靠性等的相互比较开展教学，引导学生从现实的生活中理 出合乎常理的思维方式，进行理论知识的移植，使学生从感 性认识上升到理性认识。教学目标知识目标：了解电路交换、报文交换、分组交换的工作 原理，能对不同的数据交换技术进行比较。能力目标：使用电路交换、报文交换、分组交换的工作 原理解释生活中数据交换技术问题，培养学生的观察能力以 及合作探究能力。体验性目标：通过对三种数据交换技术工作原理的学习， 体验技术发展的过程，体验改造技术、创新技术的成就感。教学重点与难点重点：电路交换、报文交换、分组交换三者的特点与区 别。难点：报文交换技术为什么出现网络延时，分组交换技 术如何突破这一弱点，提高数据的传输速度。突破的关键：组织学生演绎报文交换、分组交换两种数 据传输的过程，引导学生通过观察活动过程， 小结活动现象， 进行讨论比较，最终清晰地区别三种技术的特点。教学过程一、导入师：前一节，我们学习了数据的传输过程，知道数据在 网络中的传输是在分层协议管理协作的基础上进行的，并且 数据从一台计算机发送到远程网络上的另一台计算机，原始 数据经过层层网络协议的封装变成数据包通过发送端口发 送，另一台计算机的接收端则将接到的数据按照协议层层逆 向地恢复到发送前的状态。但数据在发送和接收两个端口之 间（即网络上）又是如何传输的呢？这将是我们这节课要学习的内容数据交换技术。数据交换技术包含了电路交换 技术、报文交换技术和分组交换技术，我们先来学习电路交 换。学生回顾旧知识，思考新问题。二、创设情境 探究讨论师：电话出现后不久，人们便认识到，在所有的用户之 间架设直达的线路通信资源是极大的浪费，必须依靠交换机 实现用户之间的互联，我们都从电影中看到过战争年代的老 式（手摇式呼叫人工连接）电话，它的传输过程类似网络中 电路交换技术，请看图 1 。图1教师讲解，引导学生思考电路交换的三个过程，并用日 常生活中打电话的例子进行说明。例：小明打电话给小刚。先是小明拨小刚的电话，等候 小刚接听，一旦小刚接起电话，表示已建立连接；双方进行 交流，即数据传输；双方挂掉电话，即电路拆除。1.电路建立。在用户 A向用户D传输任何数据之前， 要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。 A 用户向与其相 连的B网络交换平台提出请求， B网络交换设备呼叫 C网络 交换设备，手工连接 C节点网络交换设备。C节点网络交换 设备向用户D呼叫并建立连接，这样A与D之间就有一条专 用电路ABCD,用于A与D用户之间的数据传输。2 .数据传输。电路ABCD建立以后，数据就可以由A到B,再由B到G由C向D进行传输。在整个数据传输过程 中，所建立的电路必须始终保持连接状态。3 .电路拆除。数据传输结束后，由某一方（ A或D）发 出拆除请求，然后逐节拆除到对方节点。师生通过流程分析和讨论电路交换技术的优点（数据传 输可靠、迅速，数据不会丢失） 、缺点（电路空闲时的信道 容易被浪费，在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时 间得不偿失）及特点（在数据传送开始之前必须先设置一条 专用的通路。 在线路释放之前， 该通路由一对用户完全占用。 电路交换效率不高） 。师：大家思考数据通信不连接怎么办？三、活动探究 类比移植 师：我们请四位同学模拟一次如图 1 所示的信息传输活 动。其中，用桌子代表网络交换平台， 四位同学分别代表 A、 B、C、D,图中的黑线可以由一条绳代替。规则说明：教师给 A 一首现代诗 （不要太长， 40 字左右 就可），要求 A 学生将这首诗的内容传到 D 学生，如果图中 有线连接的就可以直接将纸上的内容传下一个目标，如果没 有线连接，必须抄一份，然后将抄好的那一份传给下一个目 标点。每个点上的学生只要接到上一节点学生的任务，就不 能停歇， 并将抄完的传给下一个目标点， 直到任务完成为止。四个学生演示，其他学生观察过程。活动方案 1：A 学生将整首诗传给 B 节点的学生。 教师引导学生观察并讨论活动方案 1 出现的数据传输慢 的问题。如何提高数据传输速度？师生经讨论，得出活动方 案 2 。活动方案 2：A 学生将整首诗分为五段，并且按顺序一 段一段地传给 B 节点学生。学生思考：为什么第二种方案传输更快？ 学生阅读教材，思考这两个活动与报文交换技术、分组 交换技术有哪些相似之处。四、探究结论经过讨论，学生得出结论：在方案 1 中，当某个学生忙 于进行信息抄送时， 其他学生都在闲着等待， 造成资源浪费， 并且信息不能连续地传送到目标节点，造成信息延时即 “网络延时”。方案 2 使得信息在抄送的过程中尽可能让每 个节点上的学生都有事做而忙碌不停，直到信息抄送完毕。信息源源不断地传送到目标节点，提高了信息在整个网络中 的传输速度。五、大胆设想 深入讨论教师引导学生进一步设想： 1如果下一节点发现信息有抄错现象，怎么处理？ 2假设代表不仅是中间设备两个，而是多个呢？如果 中间的C节点或B节点出现故障呢（如图 2） ?图2教师引导学生理解概念：存储一转发、网络延时、差错 检测（以及信息重发） 、多路径选择。六、独立思考 综合比较 师：分组交换使得数据在网络中传输速度和信息的吞吐 量大大提高，虽然比不上电路交换速度快，但是语音信息数 据以分组交换方式在网络上传输效果接近了电路交换的效 果。现实中的IP电话就是使用数据分组交换技术的具体体现。 请做下面一道数学应用题， 并展开讨论为什么打 IP 电话便宜题目：假设用户使用电信部门的网络交换平台进行通信 的连接线路如图 1 所示。电信部门的网络交换平台可为用户 提供数据线路连接服务和数据“存储一转发”服务，两种方 式收费不同。如果使用连接电路传输信息方式，B、C每节 点为用户连接一次，费用 10元/小时；如果使用“存储一转 发”服务，B、C每节点为用户服务的费用为 2元/小时问题：现在A欲与D进行5小时的信息转输，使用两种 不同的方式进行数据传输各需多少钱？教师只要引导学生充分理解题意，此题一解，为什么 IP 电话更便宜就不言而喻了。七、及时反思 师：通过学习，我们了解了传统电话、电报和 IP 电话分 别采用的是不同的数据交换技术。思考这三种技术的优缺点， 并填表（提示：可从以通信速度、线路使用率、对中间设备 的要求等方面比较三种数据交换技术的优缺点） 。学生代表上台陈述技术的优缺点。 师：三种数据传输的方式使得网络通信技术不断地革新， 手摇式电话（人工接）、电报的使用和IP电话的使用体现了 三个时代技术的飞跃发展。它们的改进都在经历从发明、实 践、更高的需求、不断改进技术缺点、突破技术的过程。我 们的生活学习成长过程也应该是这样，要不断地发现自己的 优点、缺点，不断地自我革新和提高。（作者单位：海南儋州市那大二中）点评： 一个好的教学设计首先要联系实际，本教学设计的成功 之处在于作者本人对教材、 内容、学生学习特点、 关键问题、 教学目标、教学重点等问题把握很准，并据此制定出了符合 课程标准的教学策略。数据交换技术理论性极强，原理和概念较多，且与数字 电路的知识联系较紧，既是网络技术必备的基础知识，又是 学生容易感到厌烦的内容。本课设计中，教师关注到了技术 学习基于学生生活经验和知识经验的理念，采用类比形式设 计了两个活动：一是“抄一段诗” ，通过形象的类比，生动 地呈现了三种数据交换技术的工作过程，对于学生理解三种 数据交换技术和它们的优缺点起到了启智的作用，也使得理 论知识的学习从理解层面向体会感受理论层面飞跃；二是通 过一道日常生活中的数学题，让学生从自身经验去感悟和理 解为什么 IP 电话便宜， 使学生的思维随着活动动了起来， 有 效地突破了三种数据交换方式特点比较的难点，使技术知识 的获取成了一件轻松的事情。点评人：海南教育研究培训院 段 青）