基于TPACK理論的中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)研究

武琴

摘要： 從中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)的角度解析TPACK理論，構(gòu)建化學(xué)概念教學(xué)的TPACK框架和思維導(dǎo)圖，提出實(shí)施TPACK化學(xué)概念教學(xué)的疑難點(diǎn)。并以人教版化學(xué)1“分散系及其分類”為例，具體呈現(xiàn)基于TPACK理論的化學(xué)概念教學(xué)設(shè)計(jì)，為TPACK應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞： TPACK； 中學(xué)化學(xué)； 化學(xué)概念； 教學(xué)研究

文章編號(hào)： 1005-6629（2018）7-0057-06 中圖分類號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

21世紀(jì)信息技術(shù)使人類生活發(fā)生巨大變化，整合信息技術(shù)和教學(xué)能力成為教育界的熱點(diǎn)研究問(wèn)題，2005年美國(guó)密歇根大學(xué)的學(xué)者Koehler和Mishra首次提出TPACK概念[1]，提倡教師對(duì)學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)法知識(shí)和技術(shù)三者產(chǎn)生交互式有效的整合技術(shù)的教學(xué)。中學(xué)化學(xué)概念的教學(xué)是化學(xué)教學(xué)中極其重要的部分，化學(xué)學(xué)科的基本骨架就是化學(xué)概念，化學(xué)概念是中學(xué)化學(xué)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元。如何科學(xué)地設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，幫助學(xué)生利用化學(xué)概念進(jìn)行理解、評(píng)價(jià)、判斷、推理和問(wèn)題解決等一系列思維活動(dòng)是現(xiàn)階段化學(xué)教學(xué)研究的重要課題。

1 TPACK理論內(nèi)涵

2008年Koehler和Mishra構(gòu)建TPACK框架結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。以技術(shù)知識(shí)（Technology Knowledge，簡(jiǎn)稱TK）、教學(xué)知識(shí)（Pedagogical Knowledge，簡(jiǎn)稱PK）、學(xué)科知識(shí)（Content Knowledge， TK是TPACK框架中一個(gè)比較變化不定的元素，它的定位高于對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)素養(yǎng)的定義。一般理解為“教育技術(shù)”，就是教育中應(yīng)用的技術(shù)、工具和共有知識(shí)的集合體。TK概念不是一成不變，而是不斷發(fā)展的，隨著人和技術(shù)關(guān)系的開放、衍生不斷交互發(fā)展，任何一種技術(shù)知識(shí)的定義都處于過(guò)時(shí)的危險(xiǎn)之中[2]。

PK是應(yīng)用于教與學(xué)的過(guò)程、實(shí)踐或方法的所有知識(shí)，包括教育目標(biāo)、教育目的、教學(xué)策略、課程評(píng)價(jià)、課堂管理、課程開發(fā)、學(xué)習(xí)策略等深層次的知識(shí)。教學(xué)法知識(shí)就是對(duì)學(xué)習(xí)的認(rèn)知、教育教學(xué)的思考、社會(huì)發(fā)展的理解，并且把這些理論應(yīng)用于課堂教學(xué)當(dāng)中。

CK是被學(xué)習(xí)或教授的學(xué)科內(nèi)容的知識(shí)，學(xué)科內(nèi)容知識(shí)包括： 組織框架知識(shí)、理論、概念、觀點(diǎn)、證明和證據(jù)知識(shí)、實(shí)踐和方法等。不同的領(lǐng)域?qū)W科內(nèi)容知識(shí)有極大不同，因此對(duì)教師而言，深入了解其所教的學(xué)科內(nèi)容知識(shí)是非常重要的。

PCK就是將特定的學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行整合與重新表征，以適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的興趣和能力的需要[3]。TCK定義為對(duì)學(xué)科內(nèi)容和技術(shù)相互限制和相互影響的方式。TPACK強(qiáng)調(diào)TCK理解技術(shù)和學(xué)科內(nèi)容交互發(fā)展必須限定具體學(xué)科內(nèi)容。TPK是對(duì)學(xué)習(xí)與教學(xué)因具體技術(shù)應(yīng)用發(fā)生改變的一種理解，包括了教學(xué)法設(shè)計(jì)策略與技術(shù)工具相關(guān)時(shí)，對(duì)技術(shù)工具的教學(xué)功能的深刻理解。TPACK是一種對(duì)于技術(shù)、教學(xué)法、學(xué)科內(nèi)容的整合，是對(duì)它們相互作用的理解，教師要在三個(gè)領(lǐng)域（T、 P、 C）中的單獨(dú)領(lǐng)域和交叉領(lǐng)域，利用它們之間的相互作用發(fā)展教學(xué)的流暢性和認(rèn)知的靈活性。

2 中學(xué)化學(xué)概念

概念是對(duì)同類事物本質(zhì)屬性的高度概括，是從大量直觀的材料中抽取出來(lái)的本質(zhì)內(nèi)容，因此概念具有抽象性。作為一種高級(jí)的思維形態(tài)，化學(xué)概念從各種化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象中抽離出來(lái)，反映著化學(xué)現(xiàn)象及事實(shí)的本質(zhì)，是化學(xué)學(xué)科知識(shí)體系的基礎(chǔ)[4]。

本文中提到的概念是廣義的概念，它包括操作、名稱、定理、定律、規(guī)則等，即為中學(xué)化學(xué)教材中常見(jiàn)基本概念和基本化學(xué)原理。中學(xué)階段日常生活使用頻率較高，在各種考試中出現(xiàn)概率較大的化學(xué)基本概念，依據(jù)內(nèi)容分類總結(jié)中學(xué)化學(xué)主要基本概念，見(jiàn)圖2。

化學(xué)概念是學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)，也是發(fā)展能力的基礎(chǔ)，只有掌握正確的概念才能更全面深刻地認(rèn)識(shí)物質(zhì)本質(zhì)及其變化規(guī)律。本文嘗試運(yùn)用一種新的理論——TPACK框架來(lái)指導(dǎo)教師進(jìn)行化學(xué)概念的教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生概念學(xué)習(xí)這一種高級(jí)的思維形態(tài)的養(yǎng)成，從而達(dá)到良好教學(xué)效果。

3 化學(xué)概念教學(xué)的TPACK框架

參考TPACK框架結(jié)構(gòu)并結(jié)合化學(xué)概念教學(xué)的特點(diǎn)，將技術(shù)的部分融入到具體的化學(xué)概念教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，于是構(gòu)建了化學(xué)概念教學(xué)的TPACK框架，見(jiàn)圖3?；诨瘜W(xué)概念教學(xué)內(nèi)

容（CK）、概念教學(xué)法知識(shí)（PK）、信息技術(shù)（TK）三個(gè)核心要素，通過(guò)三者兩兩間的交互關(guān)系衍生出對(duì)應(yīng)要素?；瘜W(xué)概念對(duì)技術(shù)的選擇、技術(shù)對(duì)化學(xué)概念的表征、化學(xué)概念與技術(shù)的融合是技術(shù)與化學(xué)概念教學(xué)內(nèi)容整合時(shí)需考慮的三個(gè)要素。教師對(duì)高中化學(xué)概念宏觀、微觀、符號(hào)的三重表征，教師對(duì)學(xué)生化學(xué)前概念、迷思概念的轉(zhuǎn)化是概念教學(xué)法與化學(xué)概念教學(xué)內(nèi)容整合時(shí)考慮的教學(xué)結(jié)構(gòu)。技術(shù)與概念教學(xué)整合的教學(xué)策略、教學(xué)表征、課程組織以及技

術(shù)與學(xué)生認(rèn)知整合的學(xué)習(xí)策略這是技術(shù)與概念教學(xué)法整合時(shí)參考要素。這些要素將指導(dǎo)化學(xué)概念教學(xué)，教師在化學(xué)概念教學(xué)時(shí)可以以化學(xué)概念教學(xué)的TPACK框架為依據(jù)將技術(shù)融合在教學(xué)中，提高教學(xué)效率。

4 TPACK化學(xué)概念教學(xué)思維導(dǎo)圖

化學(xué)概念教學(xué)內(nèi)容一般分為三個(gè)部分： 概念特征教學(xué)、概念定義教學(xué)、概念本質(zhì)教學(xué)。將概念教學(xué)三個(gè)部分與TPACK理論聯(lián)系作出思維導(dǎo)圖，見(jiàn)圖4。圖4提供一般化學(xué)概念教學(xué)的常用TPACK教學(xué)策略，例如： 概念的導(dǎo)出教師經(jīng)常會(huì)采用視頻或圖片的形式呈現(xiàn)，也就是采用TCK。概念的辨析經(jīng)常會(huì)使用例證法，此時(shí)可采用TPK。再如概念的應(yīng)用，應(yīng)用包括正向應(yīng)用、逆向應(yīng)用、實(shí)際應(yīng)用、理論推演應(yīng)用等，教師此時(shí)可利用TPACK的整合性。同樣教師也可依據(jù)概念教學(xué)的具體內(nèi)容結(jié)合實(shí)際情況選擇TPACK其他教學(xué)策略。

5 TPACK運(yùn)用于中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)

若想將TPACK較好融入具體的化學(xué)概念教學(xué)首先要解決幾個(gè)疑難點(diǎn)： 考慮什么時(shí)候使用TPACK、使用TPACK中技術(shù)的選擇、如何降低TPACK教學(xué)失誤，解決好這幾個(gè)問(wèn)題才能將TPACK理論比較流暢地應(yīng)用于化學(xué)概念教學(xué)。

5.1 TPACK理論設(shè)計(jì)化學(xué)概念教學(xué)決策因素

考慮在教學(xué)中使用TPACK理論教學(xué)時(shí)，首先考慮的是在何處使用TPACK來(lái)輔助教師教學(xué)或?qū)W生學(xué)習(xí)，在化學(xué)概念教學(xué)中關(guān)于TPACK應(yīng)用決策因素有兩點(diǎn)考慮。

（1） 確定某個(gè)化學(xué)概念教學(xué)的難點(diǎn)和主題。TPACK的使用可能會(huì)幫助克服教學(xué)難題或?qū)W生認(rèn)知的困難。例如： 原電池概念教學(xué)中，陰陽(yáng)離子在溶液中的運(yùn)動(dòng)肉眼看不見(jiàn)，教師只能用口頭描述陰陽(yáng)離子的流向。學(xué)生只能借助教師的口述自己在大腦中呈現(xiàn)情境，此時(shí)若借助TPACK直接呈現(xiàn)Flash動(dòng)畫，將微觀粒子直觀形象地展現(xiàn)出來(lái)，將解決學(xué)生的認(rèn)知困難。對(duì)主題而言，TPACK是所教授的主題不可缺少的因素。例如： 苯的概念教學(xué)中，苯的結(jié)構(gòu)是課程中的必設(shè)主題，然而苯的空間結(jié)構(gòu)用口述或是用分子的球棍模型都不能真實(shí)準(zhǔn)確地呈現(xiàn)，教學(xué)中采用TPACK技術(shù)利用Chemdraw便能輕松解決難題。

（2） 思考化學(xué)概念的呈現(xiàn)形式。常見(jiàn)的呈現(xiàn)形式有文本、聲音、圖形圖像、動(dòng)畫視頻等，不同的呈現(xiàn)形式具有不同的教學(xué)功能。當(dāng)TPACK的知識(shí)表征具有內(nèi)在一致性時(shí)，便有助于學(xué)習(xí)者意義的全面建構(gòu)和記憶，反之則會(huì)增大學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。例如： 元素周期律概念教學(xué)，可以直接通過(guò)呈現(xiàn)各原子半徑圖片，學(xué)生通過(guò)觀察圖片能很快總結(jié)出元素原子半徑大小規(guī)律，這種呈現(xiàn)形式有助于學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識(shí)。但講解金屬性和非金屬性周期性規(guī)律時(shí)，若是把各物質(zhì)性質(zhì)通過(guò)播放視頻代替做實(shí)驗(yàn)觀察，學(xué)生便失去實(shí)踐體驗(yàn)探索的過(guò)程，不利于知識(shí)建構(gòu)。

5.2 TPACK化學(xué)概念教學(xué)中技術(shù)的選擇

在TPACK課堂教學(xué)中可以找到有大量的技術(shù)，硬件包括： 多媒體設(shè)備、計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、電子白板、ipad、互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程設(shè)備等，還有一些專為課程教學(xué)設(shè)計(jì)的軟件和教學(xué)平臺(tái)。一般可以把用于化學(xué)教學(xué)的技術(shù)分為三類。

（1） 與課程內(nèi)容無(wú)關(guān)，只是用于服務(wù)化學(xué)教學(xué)的技術(shù)。Office辦公軟件、圖形軟件、文字處理、視頻播放器、MP3播放器、Camtasia、會(huì)聲會(huì)影等都屬于這一類。

（2） 專門設(shè)計(jì)用來(lái)教授和學(xué)習(xí)化學(xué)的技術(shù)。在中學(xué)階段使用比較多的有ChemDraw、 ChemWindow、 ChemSketch、化學(xué)畫板、化學(xué)金排、Origin、虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、Pelement、 3D化學(xué)、超級(jí)化學(xué)助手等技術(shù)，還有一些專門為某節(jié)課設(shè)計(jì)的專用軟件。

（3） 虛擬網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)技術(shù)，可用于實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程和課后的師生互動(dòng)。例如： 微博、微信、QQ、飛信、彈幕等。

每個(gè)教學(xué)案例側(cè)重點(diǎn)不一樣、每個(gè)學(xué)校也不相同，甚至教室也可能不同，教師要根據(jù)自己學(xué)校可使用的資源、教與學(xué)的可能性選擇合適課堂教學(xué)的技術(shù)。

5.3 降低運(yùn)用TPACK理論進(jìn)行化學(xué)概念教學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)

（1） 對(duì)使用TPACK教學(xué)可能發(fā)生的課堂狀況提前預(yù)測(cè)和準(zhǔn)備。在教學(xué)中使用新的資源肯定是有風(fēng)險(xiǎn)的，教師此時(shí)要充分利用自己的內(nèi)部資源： 學(xué)科知識(shí)、教學(xué)法知識(shí)、技術(shù)知識(shí)對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估。例如： 在中和熱概念教學(xué)中，按照課本操作步驟測(cè)定中和熱的數(shù)值，結(jié)果會(huì)存在很大誤差，學(xué)生難以理解自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和課本理論數(shù)據(jù)的差異，此時(shí)便可采用手持技術(shù)中的溫度測(cè)試，但再啟動(dòng)項(xiàng)目之前，必須考慮一些事情。

① 開始項(xiàng)目之前教學(xué)生使用手持技術(shù)。

② 在開始預(yù)期的主題教學(xué)前，給學(xué)生時(shí)間了解手持技術(shù)。

③ 確定硬件軟件可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，并提前做好替代計(jì)劃。

④ 為教學(xué)活動(dòng)組織課堂： 小組合作還是個(gè)人完成、限時(shí)還是開放活動(dòng)、手持技術(shù)是1∶1配置還是其他安排。

⑤ 計(jì)劃學(xué)生要參與的具體活動(dòng)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期的教學(xué)內(nèi)容。

（2） 在使用TPACK教學(xué)時(shí)，建立具體情境。建立的教學(xué)情境越具體一般成功率也會(huì)越高，這樣學(xué)生就不會(huì)偏離教學(xué)主題，教師出現(xiàn)失誤率也會(huì)越低。例如： 教師利用化學(xué)畫板模擬實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生對(duì)氯氣尾氣進(jìn)行處理以免污染空氣時(shí)，學(xué)生不會(huì)以化學(xué)畫板軟件中提供的儀器為限制條件給出答案，而是憑借以往經(jīng)驗(yàn)給出各種不同答案，所以此時(shí)教師需要建立具體情境，提示在使用化學(xué)畫板材料的基礎(chǔ)上學(xué)生可能實(shí)施的方案。

6 基于TPACK理論的中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)設(shè)計(jì)案例

以人教版化學(xué)1第二章第一節(jié)“物質(zhì)的分類”第2課時(shí)“分散系及其分類”為例，具體說(shuō)明TPACK在高中化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用。

6.1 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)以化學(xué)概念教學(xué)的TPACK框架為理論基礎(chǔ)，從CK角度分析主題知識(shí)內(nèi)容和主題在教學(xué)中的地位；從PK角度分析學(xué)情、選擇教學(xué)方法；從PCK角度確定教學(xué)三維目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)以及突破重難點(diǎn)的方案。繼而，應(yīng)用TPACK化學(xué)概念教學(xué)的教學(xué)思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，從TCK角度理解、思考技術(shù)應(yīng)如何對(duì)主題內(nèi)容提供新的隱喻和表征，從TPK角度思考使用技術(shù)，如何改變教學(xué)，選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)造性和靈活性，幫助教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)。最后整合PCK、 TCK、 TPK，權(quán)衡取舍使各個(gè)要素達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

6.1.1 課前自主學(xué)習(xí)——微課學(xué)習(xí)

課前教師可利用Camtasia或會(huì)聲會(huì)影提前錄制2段5分鐘左右微課“分散系”、“膠體性質(zhì)”，微課制作要求有教學(xué)主題內(nèi)容知識(shí)講解和互動(dòng)環(huán)節(jié)。教師安排4個(gè)互動(dòng)思考題：（1）分散系、分散質(zhì)、分散劑的關(guān)系；（2）9種分散系是哪9種；（3）膠體的定義；（4）膠體有哪些性質(zhì)。在教師規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生可在班級(jí)微信群或QQ群與同學(xué)、教師交流，在自己自學(xué)有困難的地方提出疑問(wèn)。

6.1.2 課堂教學(xué)過(guò)程——合作探究

教學(xué)過(guò)程主要采用探究法、合作法、自主學(xué)習(xí)法等教學(xué)策略，注重以學(xué)生為教學(xué)中心，教學(xué)流程如圖5所示。

6.1.3 課后提升

首先教師要對(duì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行反思，總結(jié)失誤和不完善的地方，逐步完善TPACK教學(xué)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并要學(xué)生對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)提交評(píng)價(jià)。例如： 借助網(wǎng)絡(luò)搜索的互動(dòng)探究和白板展示是以個(gè)人形式還是小組形式完成，哪種效果會(huì)更好。再次教師將課堂教學(xué)使用的教案和PPT資源上傳班級(jí)QQ群，實(shí)現(xiàn)資源共享。教師可能還需在網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)上對(duì)學(xué)生進(jìn)行課后答疑。

6.2 教師TPACK知識(shí)結(jié)構(gòu)運(yùn)用分析

根據(jù)TPACK框架結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)分析本節(jié)課的教師TPACK知識(shí)框架，見(jiàn)表1。

7 TPACK理論對(duì)中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)的影響

化學(xué)概念的教學(xué)一直是化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，TPACK理論從技術(shù)的角度為中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)提供一種新的設(shè)計(jì)思路，整合技術(shù)、化學(xué)概念知識(shí)、教學(xué)法知識(shí)，將化學(xué)概念的抽象性直觀形象地真實(shí)反映，減小教師教學(xué)和學(xué)生認(rèn)知難度，促使學(xué)生更容易建立化學(xué)概念的邏輯性，從而推動(dòng)學(xué)生對(duì)化學(xué)概念的深層次理解。TPACK理論豐富了中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)的多樣性、創(chuàng)新性、發(fā)展性，為中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)注入新的時(shí)代元素。利用TPACK教學(xué)過(guò)程中能更好地拓寬學(xué)生的思路和發(fā)展學(xué)生的能力，但同時(shí)TPACK也對(duì)教師能力和知識(shí)提出更高要求，教師需要不斷提升自身綜合素質(zhì)才能操控和發(fā)展TPACK理論，化學(xué)教師TPACK的核心就是將信息技術(shù)、學(xué)科知識(shí)、學(xué)生知識(shí)、課程知識(shí)等加以整合。怎樣能更好地發(fā)展TPACK在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，整合各要素使其達(dá)到平衡，還需要廣大師生進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]Mshra P， Koehler M. Technological pedagogical content knpwledge： A framework for teacher knowledge [J]. The Teacher College Record， 2006，108（6）： 1017～1054.

[2]任友群， 詹藝. 整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)： 教育者手冊(cè)[M]. 北京： 教育科學(xué)出版社， 2011： 22.

[3]Shulman L S. Those Who Understand： Knowledge Growth in Teaching [J]. Educational Researcher， 1986，15（7）： 4～14.

[4]謝澤琛， 錢揚(yáng)義. 國(guó)內(nèi)“化學(xué)概念教學(xué)”研究新進(jìn)展[J]. 化學(xué)教育， 2004， 25（10）： 58～60.