基于TPACK 理論的地方高師院?！盎瘜W(xué)教學(xué)論”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

汪 偉，侯麗萍，王 巖，關(guān) 欣

在國內(nèi)外教育信息化迅速發(fā)展的時代背景下，我國越來越重視信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的問題.2010 年頒布了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》，把信息技術(shù)對教育的作用提高到了“有革命性影響”的位置［1］.繼而，教育部2012 年制定了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》，首次提出了將信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，標(biāo)志著我國教育信息化進(jìn)入了一個新的高度［2］.隨后教育部又相繼啟動了中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力的提升工程和相應(yīng)的培訓(xùn)課程標(biāo)準(zhǔn).2019 年，教育信息化對“停課不停學(xué)”所起到的關(guān)鍵性作用得到了彰顯.高等師范院校是為基礎(chǔ)教育培養(yǎng)“種子教師”的“母機(jī)”，而教學(xué)論類課程正是直接的“培養(yǎng)皿”，擔(dān)負(fù)著促進(jìn)師范教育和基礎(chǔ)教育雙重發(fā)展的責(zé)任，應(yīng)該在這樣背景下做出積極的應(yīng)答.

TPACK 理論將知識、教法、技術(shù)融會貫通，為“化學(xué)教學(xué)論”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)帶來了新啟示.以TPACK 框架作為理論依據(jù)，對“化學(xué)教學(xué)論”課程進(jìn)行整合技術(shù)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，更有利于提高地方高師院校學(xué)生的信息素養(yǎng).有助于師范生更好地適應(yīng)信息化背景下基礎(chǔ)教育的新要求.

1 TPACK 理論的內(nèi)涵理蘊(yùn)

TPACK是Technological Pedagogical and Content Knowledge 的首字母縮寫，即整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識綜合體［3］.CK 表示學(xué)科內(nèi)容知識，PK 表示教學(xué)知識，是關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)理論、教學(xué)理論、教學(xué)策略以及教學(xué)評價等的知識［4］.TK 表示技術(shù)知識，是關(guān)于信息技術(shù)（包括硬件與軟件）的知識.PCK 表示學(xué)科教學(xué)知識，是關(guān)于使用相應(yīng)的教學(xué)策略來教授某學(xué)科內(nèi)容的知識.TCK 表示整合技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容知識，是關(guān)于使用相應(yīng)的信息技術(shù)來呈現(xiàn)學(xué)科內(nèi)容的知識.TPK 表示整合技術(shù)的教學(xué)知識，是關(guān)于使用相應(yīng)的信息技術(shù)來支持某教學(xué)策略或教學(xué)方法的知識.TPACK 表示整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識，使用各種信息技術(shù)來開展學(xué)科內(nèi)容教學(xué). 需要特別注意的是，TPACK 理論需要放到特定的教學(xué)情境中去理解和認(rèn)識［5］.

學(xué)科內(nèi)容知識、教學(xué)知識和技術(shù)知識被稱為TPACK 理論的三個核心要素，如圖1 所示.TPACK 的理論框架為師范院校培養(yǎng)出適應(yīng)時代要求的師范生提供了新啟示，其知識框架為基于信息化背景的“化學(xué)教學(xué)論”課程重構(gòu)提供了新思路.

圖1 TPACK 理論框架圖

2 “化學(xué)教學(xué)論”課程特點(diǎn)的客觀訴求

2.1 教學(xué)對象分析

化學(xué)教學(xué)論是高等師范院?；瘜W(xué)教育專業(yè)的核心必修課程，教育對象是即將步入社會的大三、大四學(xué)生.教育信息化的快速發(fā)展現(xiàn)狀，客觀要求這些未來教師具有較高整合學(xué)科教學(xué)知識的技術(shù)水平.另外，這些師范生在基礎(chǔ)教育崗位上要面對的是“數(shù)字原生代”學(xué)生.數(shù)字原生代的學(xué)習(xí)特點(diǎn)是更樂于依賴技術(shù)獲取信息，更易于接受快速的、非線性訪問的學(xué)習(xí)方式［6］.這無疑對師范生的知識能力體系和信息素養(yǎng)都提出了更高要求.然而，目前“現(xiàn)代教育技術(shù)”公共課是面向不同專業(yè)學(xué)生開設(shè)的統(tǒng)一課程.事實(shí)上，不同學(xué)科需要與之相應(yīng)的教學(xué)軟件支持，同時整合技術(shù)理應(yīng)兼顧學(xué)科背景和學(xué)科知識體系的特性.因此，化學(xué)師范生難于理解和掌握信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)整合的關(guān)鍵技能，畢業(yè)走上工作崗位難免處于不知所措的尷尬境地［7］.因此，化學(xué)師范生的專業(yè)成長迫切需要在TPACK 理論視角下對“化學(xué)教學(xué)論”課程進(jìn)行重構(gòu).

2.2 化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)分析

首先，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)教育的重要特征.對于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯的、實(shí)驗(yàn)操作過程有危險的，以及實(shí)驗(yàn)過程對環(huán)境造成污染的實(shí)驗(yàn)更需要借助信息技術(shù)手段來彌補(bǔ)［8］.其次，化學(xué)往往采用“宏觀—微觀—符號”為特色的方式進(jìn)行學(xué)科知識建構(gòu).符號表征、宏觀辨識、微觀探析、證據(jù)推理以及科學(xué)探究等素養(yǎng)的形成更都需要借助信息技術(shù)手段.再次，化學(xué)中STSE 知識的體現(xiàn)和“貼近生活，貼近社會”新課程改革理念的落實(shí)都需要信息技術(shù)手段去承載.由此，信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中具有舉足輕重的作用.

3 基于TPACK 理論的“化學(xué)教學(xué)論”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

3.1 CK 內(nèi)容

（1）無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)以及結(jié)構(gòu)化學(xué)等化學(xué)學(xué)科知識.

（2）對化學(xué)學(xué)科本體更深層次理解的知識.

（3）化學(xué)相關(guān)學(xué)科知識，如：化學(xué)與生物交叉有關(guān)的基本營養(yǎng)物質(zhì)化學(xué)與物理交叉的有關(guān)分子與原子.

3.2 PK 內(nèi)容

師范生大一、大二時期，在“教育學(xué)”“心理學(xué)”公共課上所學(xué)習(xí)到的相關(guān)教學(xué)理論、學(xué)習(xí)理論以及教學(xué)評價等知識.這些PK 內(nèi)容與學(xué)科無關(guān)，如：講授法、討論法、演講法等教學(xué)方法；啟發(fā)式教學(xué)策略、情景教學(xué)策略以及探究教學(xué)策略等.

3.3 TK 內(nèi)容

關(guān)于信息技術(shù)（包括硬件與軟件）的知識，需要關(guān)注技術(shù)的性能和應(yīng)用.例如：投影等計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)、維基百科、制作微課、教學(xué)視頻等能力.

3.4 PCK 內(nèi)容

為了落實(shí)立德樹人根本任務(wù)和以發(fā)展學(xué)生“核心素養(yǎng)”為主旨的課程理念，課程團(tuán)隊(duì)以東北師范大學(xué)鄭長龍教授主編的第2 版《化學(xué)課程與教學(xué)論》教材為依托，以化學(xué)課程的教材（教科書）、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動、教學(xué)活動、教學(xué)情境、學(xué)習(xí)評價、教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)規(guī)范等作為PCK 內(nèi)容，使其具有化學(xué)師范生適應(yīng)基礎(chǔ)教育要求的時代性、實(shí)用性和可操作性［9］.

3.5 TCK 內(nèi)容

為了促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，師范生需要在深刻理解化學(xué)學(xué)科內(nèi)容基礎(chǔ)上，選擇合適的技術(shù)去表征相關(guān)知識.特別是能夠使用專為化學(xué)學(xué)科知識設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件來呈現(xiàn)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容或進(jìn)行相應(yīng)的探究，助力化學(xué)師范生簡便快捷地將教學(xué)、藝術(shù)、科技完美融合.

（1）對于瞬間完成的化學(xué)反應(yīng)，教師通過播放實(shí)驗(yàn)視頻的方式分步驟呈現(xiàn).

（2）對于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯的、實(shí)驗(yàn)操作過程有危險、實(shí)驗(yàn)過程對環(huán)境造成污染的實(shí)驗(yàn)，用NB 化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)軟件來實(shí)現(xiàn).

（3）利用化學(xué)大師APP 為化學(xué)課堂增加趣味化視頻教學(xué)資源.

（4）利用化學(xué)金牌軟件將化學(xué)中常用的同位素輸入；原子結(jié)構(gòu)示意圖、電子式、電子轉(zhuǎn)移標(biāo)注、有機(jī)物結(jié)構(gòu)式、有機(jī)反應(yīng)方程式、反應(yīng)條件、化學(xué)常用符號輸入；化學(xué)儀器、化學(xué)裝置、圖片圖形調(diào)整，以及化學(xué)中微觀變化過程表征出來.

（5）利 用Chem3D 和ChemDraw 軟 件 生 成化學(xué)分子3D 模型，通過多媒體課件展示有機(jī)分子的三維立體模型，培養(yǎng)學(xué)生空間想象力.

（6）利用MindMaster 等思維導(dǎo)圖軟件歸納總結(jié)章節(jié)內(nèi)容，幫助學(xué)生系統(tǒng)化掌握知識.

3.6 TPK 內(nèi)容

為了達(dá)到教學(xué)效果最優(yōu)化，師范生需要使用相應(yīng)的信息技術(shù)來支持教學(xué)方法策略，利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)師生之間交流和生生之間合作學(xué)習(xí).

（1）利用手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器探究實(shí)驗(yàn)與研究性學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神.

（2）仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件利用仿真技術(shù)提供一個虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，擁有試管、燒杯、酒精燈、燒瓶、錐形瓶、集氣瓶、漏斗等仿真器具，有利于提高學(xué)生的探究能力.

（3）使用EV 錄屏軟件和剪映APP 制作微課視頻，開展翻轉(zhuǎn)課堂，引導(dǎo)學(xué)生深度思考.

（4）使用希沃交互式白板或魔法黑板，講解重難點(diǎn)化學(xué)知識和板演習(xí)題解答過程.

3.7 TPACK 內(nèi)容

使用上述信息技術(shù)綜合開展化學(xué)學(xué)科內(nèi)容教學(xué)，也包括融合超星學(xué)習(xí)通和雨課堂等教學(xué)軟件創(chuàng)造性開展教學(xué)活動.在線上教學(xué)中，熟練運(yùn)用騰訊會議、釘釘會議等溝通和協(xié)同平臺開展線上化學(xué)TPACK 教學(xué).綜合統(tǒng)整化學(xué)學(xué)科、教學(xué)和技術(shù)之間的動態(tài)關(guān)系.

【教學(xué)案例】在進(jìn)行“統(tǒng)整了技術(shù)的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)”這一單元的教學(xué)時，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐，基于技術(shù)對“化學(xué)元素周期表”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).既要融合技術(shù)手段，又要以化學(xué)學(xué)習(xí)理論、教學(xué)理論和傳播理論為理論依據(jù)，運(yùn)用系統(tǒng)方法分析化學(xué)教學(xué)問題，確定化學(xué)教學(xué)目標(biāo)，建立解決教學(xué)問題的策略方案［10-13］，即TPACK 理論指導(dǎo)下的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì).

設(shè)計(jì)理念：在以“素養(yǎng)為本”的新課改背景下，基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，落實(shí)“創(chuàng)造的教育”理念，激發(fā)學(xué)生興趣的內(nèi)生動力.依托技術(shù)手段創(chuàng)造性地將“拯救元素”游戲與教學(xué)相融合，讓難以理解的元素周期表知識的學(xué)習(xí)充滿趣味性和挑戰(zhàn)性.同時，利用化學(xué)STSE 教育思想，將科學(xué)、社會、技術(shù)與環(huán)境相結(jié)合，學(xué)生逐步構(gòu)建起新的知識框架，擴(kuò)寬視野的同時培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感，完成“知識→能力→素養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變，落實(shí)“立德樹人”的根本任務(wù).

設(shè)計(jì)流程如圖2 所示：

圖2 “化學(xué)元素周期表”教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

（1）使用Powerpoint、Camtasia9 等視頻、聲音處理現(xiàn)代教育技術(shù)手段，向?qū)W生展示元素與科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的聯(lián)系. STSE 教育融會貫通，學(xué)生打破對化學(xué)學(xué)科的刻板認(rèn)知，感悟“哪里有生產(chǎn)制造哪里就有化學(xué)元素的參與”，發(fā)展學(xué)生的社會責(zé)任（圖3）.

圖3 元素的STSE 教育素材圖

（2）運(yùn)用Powerpoint、Photoshop 等技術(shù)手段形象化引入化學(xué)史，通過元素周期表的化學(xué)史演變激發(fā)學(xué)生的探究精神和求異思維（圖4）.

圖4 元素周期表的化學(xué)史知識圖

（3）運(yùn)用Codemao 編程貓（電腦端的圖形化編程神器）和剪映等技術(shù)手段，講授有關(guān)元素周期表的結(jié)構(gòu)等相關(guān)知識，讓學(xué)生親自體驗(yàn)“從宇宙一個未知的時空，依據(jù)原子在時空隧道口發(fā)射出的準(zhǔn)心信息，把元素成功拯救回元素周期表”的游戲，熟練掌握通過元素的電子排布情況來判斷它在元素周期表中的位置，真正做到寓教于樂，寓學(xué)于趣（圖5、圖6）.

圖5 元素周期表的游戲圖

圖6 元素周期表的微課展示圖

（4）多種現(xiàn)代化教育技術(shù)手段綜合運(yùn)用，調(diào)動學(xué)生多個感官參與學(xué)習(xí)，建立化學(xué)思維，并且引導(dǎo)學(xué)生從多角度的看待世界，讓學(xué)生對化學(xué)是如何創(chuàng)造這個繽紛的世界有一個更深刻的理解，拓寬學(xué)生的視野，發(fā)展學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感.

4 結(jié)語

師范生是未來基礎(chǔ)教育的新鮮血液和后備力量.教育信息化的快速發(fā)展對師范生的信息素養(yǎng)、知識結(jié)構(gòu)、能力水平提出了新要求.近年來，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在TPACK 理論框架的指導(dǎo)下，對化學(xué)教學(xué)論課程進(jìn)行整合技術(shù)的化學(xué)教學(xué)知識綜合體內(nèi)容設(shè)計(jì).同時，致力于探索基于TPACK 理論的化學(xué)師范生教師技能訓(xùn)練模式，助力師范生創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)因“境”制宜的TPACK 化學(xué)課.實(shí)踐證明，此種設(shè)計(jì)和實(shí)踐有效提高了師范生參加教師編制考試中線上面試的成功率.