基于“G-TPCK”理論下的高中物理教學設(shè)計研究*
——以“向心力”為例

晁 正

(陜西理工大學物理與電信工程學院 陜西 漢中 723000)

陳文強

(三明市沙縣區(qū)金沙高級中學 福建 三明 365500 )

黃文登

(陜西理工大學物理與電信工程學院 陜西 漢中 723000)

在教育不斷信息化發(fā)展的今天，智慧教育引起人們的關(guān)注，并在高中教育中得到大力推進．以培養(yǎng)學生高階思維能力為核心的智慧教育對教師應有的專業(yè)知識提出了新的要求，為能更好地開展智慧教育背景下的高中物理教學，應解決以往過度重視“用技術(shù)教物理”的問題，達到用育人目的整合技術(shù)教學的境界．擁有適應智慧教育的教師專業(yè)知識G-TPCK(Goal-Technological Pedagogical Content Knowledge)的教師，通過在G-TPCK的指導下確立的教學目標和應用相應的教學方法，可以培養(yǎng)學生的高階思維能力，達成智慧教育對教師教學和學生的必然要求．最后，通過設(shè)計人教版(2019)高中物理必修2圓周運動章節(jié)中的“向心力”的教學過程，探討了在高中物理教師教學中，落實應用G-TPCK的方式方法．

1 G-TPCK理論的提出與內(nèi)涵

G-TPCK(育人導向的技術(shù)學科教育知識)理論是在智慧教育的背景下，對TPCK理論的繼承和創(chuàng)新．隨著教育信息化的發(fā)展，“教師怎么利用技術(shù)進行教學”成了教師教育研究中的重點問題．為回答此問題，在2005年，Mishra和Koehler提出了關(guān)于教師知識的TPCK理論[1]．TPCK理論不僅要求教師擁有學科內(nèi)容知識(CK)、教學法知識(PK)、技術(shù)知識(TK)，還要求教師擁有3種知識相互耦合成的學科教學知識(PCK)、整合技術(shù)的學科內(nèi)容知識(TCK)、整合技術(shù)的教學法知識(TPK)，以及這3種知識再耦合所產(chǎn)生的TPCK(整合技術(shù)的學科教學知識)．TPCK理論是教育信息化的產(chǎn)物，其獨特之處在于重視教師的信息知識與素養(yǎng)，重視教師利用技術(shù)教學的能力，其內(nèi)部元素關(guān)系如圖1所示．

圖1 TPCK理論下的各個元素及關(guān)系

若過于重視用技術(shù)教，反而會忽略學生的學，導致教與學的失衡．故而，將培養(yǎng)重點放在學生智慧的新信息時代教育便應需而生．2012年，祝智庭教授提出了教育信息化新境界的概念——智慧教育．智慧教育通過構(gòu)建智慧教學環(huán)境，運用智慧教學法，促進學習者智慧學習，培養(yǎng)具有高智能和創(chuàng)造力的人[2]．目前教師利用技術(shù)教學構(gòu)建環(huán)境的最高水平是智慧型應用[3]，即應讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題，構(gòu)想如何解決這個問題．但達到這個水平的前提是教師必須先有這種思維，能了解學生的思考方向．如果未能有育人知識的指引，很難達到智慧型應用的狀態(tài)，因此，這就對教師的知識框架有了新的要求．

為了讓教師能達到“智慧型應用”，文獻[4]將GK知識納入TPCK框架，在教師知識方面形成了適應智慧教育的G-TPCK框架，如圖2所示．GK是育人目的的知識，是教師具備的、關(guān)于教育價值的，反映教師教育目的的知識．育人知識包含著教師對學習規(guī)律的認識和反映，即教師要把握學習內(nèi)部諸要素之間，及學習與其他事物之間客觀的、必然的聯(lián)系．智慧教育主要培養(yǎng)學生全面高階思維能力．所以在智慧教育時代，育人目的的知識就包含促進學生工具理性、社會和生命意義性發(fā)展的全面性知識，和促進學生思維品質(zhì)、能力高階躍遷及問題解決取向的高階性知識[5]．

圖2 G-TPCK的理論框架圖

G-TPCK可以概括為：教師為促進學習者的智慧成長，在信息技術(shù)的支持下根據(jù)學生不同的需要，將學科知識加以組織并進行教學方面的知識．G-TPCK比TPCK有更強的融合性、動態(tài)性．具體體現(xiàn)在教師需要在正確的育人目的指引下，對不同的情景、教學文本和學習者進行分析，對多種知識解構(gòu)、融合，動態(tài)生成不同的策略與方法．

從這個方面看，G-TPCK并不是機械地在TPCK上加了GK，而是在智慧教育的背景下，對TPCK理論的繼承和擴充，使之能夠根據(jù)不同情景達到育人目的，能夠讓教師不再機械地整合技術(shù)與教育，而是讓教師從哲學角度、育人角度去審視技術(shù)與教育的關(guān)系，在教師知識層面上完成TPCK到G-TPCK的躍遷．

2 G-TPCK理論下高中物理教學設(shè)計的基本策略

2.1 高中物理教師掌握G-TPCK的必要性

智慧環(huán)境下的教學是以往教育信息化教學不能比擬的，主要體現(xiàn)在以下幾點：

第一，學生的學習環(huán)境、資源變化了．智慧課堂下學生學習大量依賴于互聯(lián)網(wǎng)上的內(nèi)容以及校內(nèi)的資源共享，和生活、技術(shù)聯(lián)系得十分緊密．教師準備的內(nèi)容將不再是學生學習內(nèi)容的唯一標準．

第二，教與學的側(cè)重點轉(zhuǎn)變了．智慧課堂提倡營造“以學生為中心”的課堂．傳統(tǒng)TPCK理論注重教師如何用技術(shù)教，而智慧教育背景下的G-TPCK更注重學生如何學．

第三，教師的身份轉(zhuǎn)變了．包括但不限于由注重傳遞向注重引導的轉(zhuǎn)變，由注重個人智慧向注重團隊協(xié)作轉(zhuǎn)變等[6]．

G-TPCK指導下的物理教師在物理教學中沒有對知識的壟斷，這些教師能夠做到利用信息技術(shù)的便利和優(yōu)勢，幫助、引導學生發(fā)現(xiàn)問題并通過實踐解決問題．相比于傳統(tǒng)教師的“重教不重學”，G-TPCK指導下的教師更能夠做到培養(yǎng)學生高階思維的目標．因此，高中物理教師掌握G-TPCK非常必要，有利于培養(yǎng)學生的高階思維，有利于實現(xiàn)學生的物理核心素養(yǎng)，有利于提高高中物理整體教學質(zhì)量．

2.2 G-TPCK理論下的高中物理教學設(shè)計的基本教學目標

綜合考慮智慧教室(環(huán)境)、普通高中物理課程標準、學生情況等因素，在G-TPCK的理論框架下，高中物理教師設(shè)計的教學目標應滿足物理學科的核心素養(yǎng)要求，具體有以下幾點：

第一，物理學知識目標．物理核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[7]．其中關(guān)鍵能力的養(yǎng)成離不開必備的物理學知識．學生是發(fā)展的人，不同階段學生的理解能力有巨大不同，而高中階段正是學生由形式運算思維轉(zhuǎn)向邏輯運算思維的重要時間段．因此，選擇教育內(nèi)容和組織教育內(nèi)容就至關(guān)重要．教師需根據(jù)課程目標和學生的思維水平并參考學生數(shù)據(jù)反饋等信息來選擇相應的教學內(nèi)容．在此基礎(chǔ)上，把育人方法與之結(jié)合，形成物理學知識與實驗能力目標．

第二，思維能力目標．科學思維重在模型建構(gòu)，科學推理論證與質(zhì)疑創(chuàng)新，是智慧教育培養(yǎng)的重點．想要做到培養(yǎng)、提高學生思維能力，就必須要了解學生目前的思維處在什么階段，就必須要研究學習主體——學生．首先，教師要對相應發(fā)展階段的學生有深入的理解，從理論上和經(jīng)驗上了解這些學生的共性，為研究現(xiàn)實中的學生做準備．其次，教師應當結(jié)合理論在師生交往中分析學生，根據(jù)不同學生思維的個性，在學生的最近發(fā)展區(qū)設(shè)置目標．教師應該通過設(shè)置生活物理情境幫助學生的思維找到支點，再過渡到抽象物理情境，逐漸引導、鍛煉學生的思維向邏輯運算思維成長，并在物理學知識、環(huán)境的作用下，形成科學思維．

第三，科學探究目標．科學探究重在發(fā)現(xiàn)、交流、問題與解釋．以往的探究實驗落實較差，很大程度上因為重點落在了做實驗的過程．過程固然重要，而只重過程，卻無益于學生發(fā)現(xiàn)問題、交流的能力，學生就會缺乏創(chuàng)新能力．因此在智慧課堂中，教師在實驗研究課中應同樣重視引導學生發(fā)現(xiàn)問題的過程，這也是重視學生之學的重要體現(xiàn)．

第四，價值素養(yǎng)目標．教育對人的發(fā)展和社會發(fā)展的作用和意義就是教育價值．因此，教師不僅應該根據(jù)自己對教育價值的理解確立教學目標，更應該透過教育目的、培養(yǎng)目標和課程目標所體現(xiàn)的教育價值，從理論高度審視自己對教育價值的理解并以此為基礎(chǔ)改進教學目標．正所謂“其身正，不令則行”，在正確的教育價值引領(lǐng)下，學生會逐漸形成實事求是的科學態(tài)度．

2.3 基于G-TPCK的物理教學策略與方法

教學方法既包括教的方法，也包含學的方法．開展G-TPCK指導下的教學，就一定要關(guān)注學生的學．比起傳統(tǒng)課堂，擁有G-TPCK的教師可以利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等數(shù)字媒體資源，營造更有沉浸感的物理情境，探究傳統(tǒng)教學無法直接進行的實驗活動，記錄分析學生學習物理的心理狀態(tài)等．因此，在教學中應用情景教學法、探究教學法為主的教學方法，在智慧環(huán)境的輔助下，能更好地幫助學生深度學習．

總的來說，G-TPCK下的物理教學采用的策略與方法需要滿足以下幾點：

第一，在學科內(nèi)容上，體現(xiàn)育人知識與物理知識的整合．育人知識是物理知識的育人知識，教師通過在物理課堂中巧妙地融合課程思政，達到培養(yǎng)學生正確科學態(tài)度的目的；物理知識是育人知識的物理知識，教師應當在平臺和現(xiàn)實中為學生提供經(jīng)過教師有目的、有計劃整理后的學習材料(如學習引導單、教學需要的多媒體資源等)幫助學生更有結(jié)構(gòu)性地學習，同時教師也需要引導學生自主學習，在課外閱讀實驗中拓展思維，如在平臺中推送一些有關(guān)物理應用、物理信息方面的趣味性材料．育人知識只有在物理教學中體現(xiàn)出來，才能有其實際效用．

第二，在教學策略上，以任務驅(qū)動策略和問題探究策略為主，且根據(jù)平臺數(shù)據(jù)反映的學生學習情況進行適當轉(zhuǎn)變．在客觀條件允許的情況下適當?shù)厥褂弥T如上文提到的教學策略，益于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力．根據(jù)大數(shù)據(jù)對學生學習情況的實時反饋，教師應適當調(diào)整教學策略給予學生幫助和引導以達到育人目的．

第三，在技術(shù)應用上，教學中應避免出現(xiàn)重視技術(shù)實現(xiàn)而忽略學生需要的現(xiàn)象．應做到引導學生應用技術(shù)(如DIS，仿真物理實驗室等)去解決物理問題．使學生能夠在應用技術(shù)科學探究過程中逐漸內(nèi)化技術(shù)知識，培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)．

第四，在教學評價上，以大數(shù)據(jù)生成的形成性評價為主．在保證終結(jié)性評價的基礎(chǔ)上，重視在教學過程中學生的高階全面思維能力的提高．在實施上，用人工智能代替教師進行客觀題和部分主觀題的評分與統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)的過程．教師則更多地關(guān)注學生在不同階段下的學習情況，并根據(jù)學生的反饋選擇是否改變教學方法．

3 G-TPCK理論下的物理教學設(shè)計——以“向心力”為例

3.1 “向心力”的教學過程

“向心力”在2019年人教版的最新教材中，位于圓周運動一章中“向心加速度”的后一節(jié)．根據(jù)課標的要求，教師在G-TPCK的指導下，可以設(shè)計出如表1所示的教學過程．

表1 “向心力”主要教學過程

續(xù)表1

3.2 G-TPCK理論下的物理教學設(shè)計的優(yōu)點

與較傳統(tǒng)設(shè)計，G-TPCK理論下的物理教學設(shè)計更注重對智慧環(huán)境的應用和對學生發(fā)展的監(jiān)測．教師能夠在課前通過智慧平臺向?qū)W生推送趣味性預習材料，讓學生們做到“帶著問題進教室”，提高教學效率；能夠注重形成性評價，并依此選擇是否拓展知識面，如是否引導學生學習圓錐擺；教師能夠通過智慧平臺觀察學生的學習情況，并開展針對性教學．因此，G-TPCK理論下的物理教學設(shè)計能夠充分利用教師的育人知識，在學科內(nèi)容上、教學策略上、技術(shù)實現(xiàn)上、學習評價上體現(xiàn)出智慧教育的特點，能夠在教學中培養(yǎng)學生的智慧．

4 結(jié)束語

在G-TPCK教育理念指導下，物理教師需要更進一步整合自己的專業(yè)知識．物理教師需要用自己的育人知識審視教學，并綜合智慧環(huán)境、課程標準和學生情況等要素提出符合智慧教育的教學目標．教師應該在G-TPCK的指導下利用智慧課堂的推送、大數(shù)據(jù)反饋等功能，以學生的學習情況、心理情況為基礎(chǔ)，實施以情境教學法、探究教學法為主的教學方法．這種教學方法較傳統(tǒng)物理教學在學科內(nèi)容、教學策略、技術(shù)、評價等方面更能體現(xiàn)學生的主體性，更能促進學生的深度學習．