教學(xué)設(shè)計(jì)完整版：改變世界的信息技術(shù)

改變世界的信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能①常識(shí)性了解：衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信。②通過教學(xué)使學(xué)生了解：為什么要用微波通信？如何實(shí)現(xiàn)微波通信？了解微波性質(zhì)接近于光波，大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射的特性，了解微波傳播過程中的一些缺陷以及這些缺陷如何通過衛(wèi)星通信來彌補(bǔ)。③了解光纖通信的原理和優(yōu)點(diǎn)。④了解網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展過程和優(yōu)點(diǎn)，掌握發(fā)電子郵件的方法。過程與方法通過師生共同交流來探討現(xiàn)代信息的變化，用大量的多媒體圖片、影視畫面使學(xué)生掌握和了解衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)和粗略的原理。情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信知識(shí)，了解科技為人類帶來的便利，提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，使學(xué)生養(yǎng)成關(guān)注科學(xué)發(fā)展前沿的習(xí)慣，樹立正確的科學(xué)觀，培養(yǎng)振興中華、用科學(xué)服務(wù)于人類的使命感和責(zé)任感。重點(diǎn)與難點(diǎn)衛(wèi)星通信、光纖通信、網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)點(diǎn)和原理。教學(xué)準(zhǔn)備光纖小燈具、演示光在光導(dǎo)纖維中傳播的裝有水和有小孔的塑料瓶、不透光的紙、水、光的全反射演示儀器、微波通信、衛(wèi)星通信影視圖片、能上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)一臺(tái)（有條件的話讓學(xué)生人手一臺(tái)）。教學(xué)過程引入新課師：同學(xué)們，請(qǐng)大家談?wù)劰糯?、近代人、現(xiàn)代人用什么傳遞信息。他們傳遞信息的信息量有什么變化？生甲：古代人用語(yǔ)言（大聲喊）傳遞信息。生乙：古代人用手勢(shì)、消息樹、烽火臺(tái)傳遞信息。傳遞的信息比甲說的快、范圍大。生丙：古代人用文字寫成書傳遞信息，傳遞的信息量比上面兩種情況范圍大。生?。喊l(fā)明了電以后，近代人用收音機(jī)、黑白電影、電話、電報(bào)傳遞信息。生：現(xiàn)代人用彩色電影、立體電影、手提電話、彩色電視、音響、DVD、電腦等傳遞信息。師：剛才同學(xué)們說的很好，通過大家的討論，我們可以得出什么結(jié)論？生：學(xué)生討論后總結(jié)：隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人類獲取的信息量越來越大，越來越多，越來越快。師：現(xiàn)在我們來看一看下面的視頻圖像。（多媒體播放0．5min故事，再播放0．5min相同內(nèi)容的電影。）師：請(qǐng)同學(xué)們回答上面聽到和看到的0．5min的故事，哪個(gè)給你的信息量大？生：看到的故事。師：知道它們是用什么作為載體嗎？生：微波。師：回答很好。為什么要用微波做載體？因?yàn)槲⒉ū戎胁ê投滩ǖ念l率更高，可以傳遞更多的信息。作為載體的無線電波，頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)傳遞的信息越多。板書：信息理論表明：作為載體的無線電波，頻率越高，相同時(shí)間內(nèi)輸送信息量就越大。師：請(qǐng)同學(xué)們分小組討論回答下列兩個(gè)問題：（1）微波的波長(zhǎng)、頻率在什么范圍？（2）微波通信有什么優(yōu)點(diǎn)？有什么缺點(diǎn)？為什么？生甲組：波長(zhǎng)在10m~1mm之間，頻率在30兆赫茲~3×105兆赫茲之間。生甲組：優(yōu)點(diǎn)：一條微波線路可以同時(shí)開通幾千、幾萬路電話。生丙組：缺點(diǎn)：是每隔50km要設(shè)一個(gè)微波中繼站。師：為什么需要建立微波中繼站，它起到什么作用？生丁組：因?yàn)槲⒉ù笾卵刂本€傳播，不能沿地球表面繞射。師：回答很好。微波大致沿直線傳播，中繼站可以把上一站傳來的微波信號(hào)經(jīng)過處理后，再發(fā)射到下一站去，這就像接力賽跑一樣，一站傳一站，經(jīng)過很多中繼站可以把信息傳遞到遠(yuǎn)方。師：能在月球上建中繼站嗎？請(qǐng)同學(xué)們討論并算算微波從地球傳到月球后再傳回地球需要多少時(shí)間。（現(xiàn)在知道地球與月球之間的距離是3．8×105km，微波在真空中傳播速度為3．0×105km/s。）生：需要2．5s。不能，因?yàn)樘h(yuǎn)了。時(shí)間延遲，信號(hào)衰減。師：對(duì)，這就是微波通信的缺點(diǎn)。不過人類現(xiàn)在發(fā)射了衛(wèi)星，用同步衛(wèi)星做微波通信的中繼站，解決了微波通信的缺陷。師：衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星、地面站和傳輸系統(tǒng)組成，通信衛(wèi)星就像一個(gè)無人值班的空中微波中繼站，它從一個(gè)地面站接收發(fā)射來的電信號(hào)，經(jīng)過放大變頻后，再發(fā)送回另一個(gè)或幾個(gè)地面站。播放有關(guān)通信衛(wèi)星的資料片。師講解：隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，長(zhǎng)距離通信變得越來越快捷和廉價(jià)。通信衛(wèi)星類似于移動(dòng)電話的接收器和發(fā)射器，繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星接受無線電波、電視和電話信號(hào)，然后把他們傳輸?shù)绞澜绺鞯?。從地球上發(fā)送到衛(wèi)星的無線電波，由衛(wèi)星傳輸給地球上的其他接受站。大多數(shù)衛(wèi)星在向地球發(fā)送信號(hào)前先要增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度。通信衛(wèi)星能夠同時(shí)傳播幾種信號(hào)。師：通信衛(wèi)星是繞地球飛行的遙控飛船。由于電磁波是沿直線傳播的，他們不能沿著地球彎曲的表面直接到達(dá)另一地點(diǎn)。衛(wèi)星接收來自地球的信號(hào)，然后把這些信號(hào)傳送到電磁波無法到達(dá)的地方。（教師播放有關(guān)衛(wèi)星電話系統(tǒng)、電視衛(wèi)星接受器、全球定位系統(tǒng)（GPS）等資料片。）師講解：GPS接受器在飛機(jī)、船只、甚至轎車中得到越來越廣的應(yīng)用。在這些轎車中，你可以把你的目的地輸入計(jì)算機(jī)中，然后利用GPS系統(tǒng)指揮汽車行駛。轎車中的電腦甚至可以發(fā)出聲音告訴駕駛員什么時(shí)候向右轉(zhuǎn)，什么時(shí)候向左轉(zhuǎn)。演示實(shí)驗(yàn)：把窗簾拉上，老師拿著一只打開的手電筒，光線四射，照亮整個(gè)房間。師：人類自從用了電磁波這一宇宙中最快的速度進(jìn)行通信以后，不斷地向前發(fā)展。我們知道，光也是一種電磁波，而且它們的頻率很高，頻率間隔很寬。如果用光來通信，其容量要高出短波、微波百萬倍、千萬倍。但如何實(shí)現(xiàn)這一目的呢？普通的光源夾雜了許多不同波長(zhǎng)（頻率）的光，方向性差。如果用它作載波，就像收音機(jī)同時(shí)接收到了許多頻率的節(jié)目一樣，各種聲音重疊在一起，讓人無法分辨清楚。直到1960年美國(guó)科學(xué)家梅曼制成了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器，它能產(chǎn)生單一頻率，方向高度集中的光束激光，才使光作為載波得以實(shí)現(xiàn)。演示實(shí)驗(yàn)：老師將激光筆打開，一束細(xì)細(xì)的亮亮的光射出。師問：這是什么光？生答：激光。師：對(duì)，就是它解決了普通光線難攜帶信息的缺陷，通信所用的激光特殊通道叫光導(dǎo)纖維，它實(shí)現(xiàn)了光的通信。演示實(shí)驗(yàn)：教師演示光沿水傳播。師：光不但能夠沿直線傳播，也可以沿著彎曲的水流傳播。也能沿著玻璃絲傳播。不管玻璃絲怎樣彎曲，從它一端射入的光都會(huì)順著它傳播，再?gòu)牧硪欢松涑?。在?jié)日看演出時(shí)，一些觀眾拿著的燈具就是光纖。演示實(shí)驗(yàn)：教師展現(xiàn)光纖燈具，并演示光的全反射實(shí)驗(yàn)。師：它根據(jù)什么光學(xué)原理呢？師：為了減少傳輸損耗，我們現(xiàn)在用高純度的石英玻璃制成光導(dǎo)纖維，來傳遞光信號(hào)。光纖也可以像電纜一樣做成多芯的光纜。光纖通信與有線電通信相似，拿電話來說，在發(fā)送端，說話的聲音通過電話機(jī)變成強(qiáng)弱變化的電信號(hào)，電信號(hào)進(jìn)入激光發(fā)射機(jī)，經(jīng)能量轉(zhuǎn)換后，輻射出相應(yīng)的強(qiáng)弱變化的光信號(hào)；光信號(hào)沿著光導(dǎo)纖維傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)，把光信號(hào)再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)，受話機(jī)又把電信號(hào)復(fù)原成聲音，我們就可以聽到對(duì)方講話了。光在光導(dǎo)纖維中傳輸損耗小，可長(zhǎng)距離傳輸。光纖通信的通信容量極大，不怕雷擊，不受電磁干擾，通信質(zhì)量高，保密性好。師：計(jì)算機(jī)可以高速處理大量信息，把計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。你已經(jīng)通過連接各城市的公路網(wǎng)和高速公路網(wǎng)進(jìn)行旅游。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是用電纜或電話線、光纜、微波連接起來的一組計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)允許不同地方的人共同享受信息和軟件。請(qǐng)同學(xué)們說說你知道的計(jì)算機(jī)能夠做的事情。生甲：計(jì)算機(jī)可以在線玩游戲。生乙：計(jì)算機(jī)可以看時(shí)事新聞。生丙：計(jì)算機(jī)可以發(fā)電子郵件。生丁：計(jì)算機(jī)可以搜尋各種信息等。師：同學(xué)們說得很好，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用給人們的工作、學(xué)習(xí)、生活帶來了巨大的變化。計(jì)算機(jī)與通信的結(jié)合將成為21世紀(jì)信息社會(huì)的基礎(chǔ)。全球信息網(wǎng)的建立，使人們通過一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的電腦，只要輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo)，就可以做到“秀才不出門，便知天下事”。師問：大家會(huì)發(fā)電子郵件嗎？請(qǐng)一位同學(xué)發(fā)一封郵件給我好嗎？生甲：發(fā)郵件并解釋郵件地址的名稱和表示方法。師：同學(xué)們知道因特網(wǎng)是怎樣建立起來的嗎？學(xué)生討論后，老師小結(jié)。（如果有學(xué)生知道，最好由學(xué)生來談。）師：因特網(wǎng)創(chuàng)建于1969年，它當(dāng)時(shí)作為軍事通信系統(tǒng)，用來連接軍用計(jì)算機(jī)。即使有許多計(jì)算機(jī)被毀壞，這條線路的設(shè)計(jì)仍保持暢通。為了讓科學(xué)家們通過計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)，各所大學(xué)紛紛加入因特網(wǎng)。允許企業(yè)加入因特網(wǎng)始于1993年。這些企業(yè)叫做