基于TPACK理論的初中物理實驗教學(xué)創(chuàng)新策略

【摘要】TPACK理論為信息技術(shù)和教學(xué)的深度融合提供了新型的理論框架，其對初中物理實驗教學(xué)具有重要的指導(dǎo)意義。文章首先闡述了TPACK理論的內(nèi)涵，其次分析TPACK理論指導(dǎo)下初中物理實驗教學(xué)的關(guān)鍵，然后以TPACK理論框架為指導(dǎo)提出初中物理實驗教學(xué)的創(chuàng)新策略，從技術(shù)的選擇以及使用探討了教學(xué)實施的具體做法。

【關(guān)鍵詞】初中物理；TPACK理論；實驗教學(xué)；創(chuàng)新策略

【中圖分類號】G633.7【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2024）16—0066—04

實驗是初中物理教學(xué)的重要內(nèi)容，但是傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)存在著諸多的限制和挑戰(zhàn)，比如實驗設(shè)備不足、信息化程度不高等，導(dǎo)致實驗教學(xué)的效果不佳。在信息化時代的背景下，初中物理教師應(yīng)改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，積極探索信息技術(shù)和物理實驗融合教學(xué)的新模式。TPACK理論是在舒曼學(xué)科教學(xué)模型（PCK）理論的基礎(chǔ)上融入信息技術(shù)應(yīng)用知識構(gòu)成的概念模型理論，能夠指導(dǎo)教師將信息技術(shù)和當前的教學(xué)有機融合。筆者嘗試以TPACK為理論指導(dǎo)開展初中物理實驗教學(xué)，以促進信息技術(shù)和實驗教學(xué)的整合，探索初中物理實驗教學(xué)的創(chuàng)新策略。

一、TPACK理論概述

TPACK是Koehler和Mishra在2006年提出的概念框架，是“整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識（Techno？ logical Pedagogical Content Knowledge）”的英文縮寫。TPACK是在舒爾曼教學(xué)內(nèi)容知識（PCK）框架的基礎(chǔ)上建立的概念框架，其包含了3個基礎(chǔ)知識庫，分別為技術(shù)知識（TK）、教學(xué)知識（PK）和內(nèi)容知識（CK），其中內(nèi)容知識（CK）是指具體學(xué)科的知識內(nèi)容；技術(shù)知識（TK）是指能夠被運用到學(xué)科教學(xué)中的各種傳統(tǒng)、新型的技術(shù)知識；教學(xué)知識（PK）是指促進學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)方法、教學(xué)策略方面的知識。

三個基礎(chǔ)知識庫彼此之間具有密切的關(guān)聯(lián)，相互影響和作用，形成了四種重疊形式的知識，分別為技術(shù)內(nèi)容知識（TCK）、技術(shù)教學(xué)知識（TPK）、教學(xué)內(nèi)容知識（PCK）以及將三類基礎(chǔ)知識融會貫通形成的知識（TPACK）。在TPACK理論指導(dǎo)下開展教學(xué)工作，教師應(yīng)同時關(guān)注并理解技術(shù)、學(xué)科內(nèi)容以及教學(xué)法這三個要素，同時把握這三者之間交互形成的新知識。

二、TPACK理論指導(dǎo)下的初中物理實驗教學(xué)關(guān)鍵

1.準確定位，明確技術(shù)應(yīng)用場景?！督逃筷P(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》明確指出要將最新的技術(shù)成果和科技前沿知識融入實驗教學(xué)中，這對初中物理實驗教學(xué)作出了明確的指示，信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用到了初中物理實驗教學(xué)中。但是在這個過程中，信息技術(shù)的使用存在著濫用、亂用的情況，部分教師只追求信息技術(shù)的應(yīng)用形式，為了使用而使用，雖然看似整節(jié)課的信息化程度更高了，但是信息技術(shù)的使用并沒有達到優(yōu)化教學(xué)過程、提升教學(xué)質(zhì)量的目的，甚至還會適得其反。針對這一問題，教師應(yīng)對信息技術(shù)的地位和作用進行準確定位，明確信息技術(shù)的應(yīng)用場景[1]。

一是教師應(yīng)在傳統(tǒng)實驗難以測量或者無法操作時使用信息技術(shù)。比如，一些理想實驗、宏觀實驗以及微觀實驗等，這些實驗難以在課堂上完成，教師就可以融合信息技術(shù)進行動畫模擬，將物理過程直觀地展示在學(xué)生面前。

二是耗時長、發(fā)生瞬間變化以及存在安全隱患的物理實驗。由于課堂時間是有限的，而有的物理現(xiàn)象發(fā)生過程極為緩慢，教師則可以利用合適的信息技術(shù)，將耗時長的物理實驗過程壓縮，在課堂上呈現(xiàn)經(jīng)過處理的實驗過程影像。此外，有的物理過程是瞬間發(fā)生的，學(xué)生難以觀察到瞬間現(xiàn)象，教師也可以借助信息技術(shù)定格實驗現(xiàn)象，將整個物理過程的變化清晰地呈現(xiàn)出來。同時，還存在一些較大安全隱患的實驗，教師也可以借助信息技術(shù)進行仿真實驗，突破實驗教學(xué)中的重難點。比如，人體觸電現(xiàn)象、家庭電路短路實驗等，其存在著較大的安全隱患，教師就可以引入虛擬技術(shù)開展模擬實驗。

三是需要描繪物理圖象和采集大量數(shù)據(jù)的實驗。當需要描繪物理圖象、采集大量的實驗數(shù)據(jù)時，采用傳統(tǒng)方法采集的數(shù)據(jù)十分有限，并且會產(chǎn)生較大的實驗誤差，從而影響最終的實驗結(jié)論。對于這一類實驗，教師也可以使用信息技術(shù)讓實驗便捷開展。比如，數(shù)據(jù)采集器、數(shù)字化傳感器等，將這些技術(shù)運用到實驗教學(xué)中，能夠為學(xué)生搭建良好的實驗平臺，助力學(xué)生實時、精準采集實驗數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行高效、快速處理，生成實時圖象。又如，在晶體熔化與凝固規(guī)律實驗、水沸騰實驗中，教師就可以引入溫度傳感器。

2.審時度勢，精心選擇適宜技術(shù)。能夠運用到物理實驗教學(xué)中的技術(shù)種類非常多，不同的技術(shù)有不同的特征和優(yōu)勢，選擇適宜的技術(shù)才能充分發(fā)揮出技術(shù)的優(yōu)勢，否則很有可能會適得其反。初中物理教師要加強對各種傳統(tǒng)性技術(shù)和信息技術(shù)的研究，結(jié)合具體的實驗內(nèi)容和教學(xué)需求，精心選擇適宜技術(shù)，借助相關(guān)的技術(shù)手段來優(yōu)化物理實驗[2]。在選擇使用何種技術(shù)時，教師要遵循“適合的就是最好的”原則，凸顯技術(shù)的實用性，而不是一味地追求先進或者時尚的技術(shù)。TPACK理論框架對物理實驗教學(xué)具有重要的指導(dǎo)作用，合適的技術(shù)能夠簡化實驗步驟、強化實驗證據(jù)或者將實驗短板補齊，也可以激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，或者對學(xué)生的思維漏洞進行填補。教師在選擇相應(yīng)的技術(shù)時，應(yīng)該明確技術(shù)應(yīng)用的作用和功能，技術(shù)的使用應(yīng)該達到提高實驗效果的目的，比如讓物理實驗中隱性的規(guī)律顯性化，讓微小的實驗現(xiàn)象放大化，讓難以觀測的實驗現(xiàn)象可視化等，或者利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)直觀的實驗情境，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，讓物理實驗中的難題迎刃而解。

3.謀定后動，嫻熟地使用技術(shù)。TPACK理論要求教師將技術(shù)、教學(xué)法以及學(xué)科內(nèi)容深度融合，強調(diào)了教師在教學(xué)過程中運用信息技術(shù)具備的知識和能力。信息技術(shù)支持下的教學(xué)環(huán)境更加多變，教師在設(shè)計信息化的教學(xué)方案時，應(yīng)靈活掌握教學(xué)方式和技巧，讓技術(shù)能夠和學(xué)科內(nèi)容知識、教學(xué)知識形成適宜的組合形式[3]。在初中物理實驗教學(xué)中，教師使用技術(shù)時需要找準技術(shù)使用的環(huán)節(jié)，并將技術(shù)和物理實驗教學(xué)知識、物理實驗內(nèi)容知識進行融合創(chuàng)新，這就要求教師要熟練掌握相關(guān)的技術(shù)。教師使用技術(shù)時，需要先分析物理實驗內(nèi)容知識，包括實驗原理、實驗步驟和實驗方式等，同時要考慮實驗教學(xué)法，比如小組合作、自主探究、教師演示等，然后在此基礎(chǔ)上嫻熟地使用技術(shù)，借助技術(shù)凸顯重難點，順利完成教學(xué)內(nèi)容，達成教學(xué)目標。

三、基于TPACK理論的初中物理實驗教學(xué)創(chuàng)新策略

1.基于學(xué)科價值分析內(nèi)容知識（CK），明確教學(xué)目標。基于TPACK理論開展教學(xué)，教師要以TPACK框架為理論指導(dǎo)，促進內(nèi)容知識、技術(shù)知識和教學(xué)知識的有機融合，針對具體的教學(xué)內(nèi)容選擇合適的教學(xué)方法和技術(shù)手段，以提高教學(xué)效果[4]。在以TPACK框架為理論指導(dǎo)實施教學(xué)時，做好學(xué)科內(nèi)容知識（CK）的分析是基礎(chǔ)，教學(xué)法的選擇以及技術(shù)手段的運用，都需要考慮具體的學(xué)科內(nèi)容知識。在初中物理實驗教學(xué)中，教師應(yīng)從學(xué)科價值的角度對物理實驗內(nèi)容知識進行分析，明確教學(xué)內(nèi)容和目標，為后續(xù)的教學(xué)法選擇以及技術(shù)手段的運用奠定基礎(chǔ)。

例如，在“探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的物理實驗教學(xué)中，教師應(yīng)從學(xué)科價值的視角對這一實驗內(nèi)容進行分析。學(xué)生在學(xué)習(xí)這一內(nèi)容之前，對磁場、磁感線、電磁場的概念有了初步的了解，在奧斯特實驗的基礎(chǔ)上知道了電能生磁，教師要在此基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生動手操作，在實驗探究的過程中知道磁也能生電，并感受磁生電的過程?！疤骄侩姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象”是“電與磁”章節(jié)的重要內(nèi)容，電磁感應(yīng)現(xiàn)象是發(fā)電機發(fā)電的基本原理，教師要對這一物理實驗的內(nèi)容結(jié)構(gòu)進行綜合分析，然后選擇與本內(nèi)容體系匹配的教學(xué)組合形式，明確教學(xué)目標，并制訂教學(xué)指導(dǎo)方案。

2.基于學(xué)生需求分析技術(shù)知識（TK）、技術(shù)內(nèi)容知識（TCK），選定合適技術(shù)?；赥PACK理論開展教學(xué)，教師要解決選擇何種技術(shù)的關(guān)鍵問題，教師可以基于學(xué)生需求分析技術(shù)知識（TK）和技術(shù)內(nèi)容知識（TCK），從而選擇適宜技術(shù)。技術(shù)內(nèi)容知識是關(guān)于如何使用相應(yīng)的技術(shù)來呈現(xiàn)學(xué)科內(nèi)容的知識，將技術(shù)運用到初中物理實驗教學(xué)中，一定要凸顯出技術(shù)的實用性，以技術(shù)為手段突出教學(xué)重點，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點，提高實驗教學(xué)的效果，不能為了使用技術(shù)而使用技術(shù)[5]。技術(shù)的使用是為了幫助學(xué)生更好地理解物理實驗內(nèi)容，因此教師要做好學(xué)情分析，基于學(xué)生的需求分析技術(shù)知識。教師要熟悉掌握各種能夠運用到物理實驗教學(xué)中的傳統(tǒng)性技術(shù)和信息技術(shù)，從物理實驗的過程、教學(xué)需求出發(fā)，明確技術(shù)運用的目的和功能，結(jié)合具體的物理實驗教學(xué)內(nèi)容選擇適宜的技術(shù)。

初中生的形象思維非?；钴S，抽象思維水平比較低，而“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”涉及的電流、磁場以及導(dǎo)線切割磁感線等對于學(xué)生來說都比較抽象。教師在實驗教學(xué)中，要帶領(lǐng)學(xué)生對磁生電過程的能量轉(zhuǎn)化進行探究，而能量轉(zhuǎn)化的過程是不可視的，這會讓學(xué)生在實驗過程中不知所措，對物理實驗產(chǎn)生畏懼感，同時也影響了學(xué)生對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解和體會?！半姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象”實驗較為抽象，如何將抽象的物理過程、物理現(xiàn)象凸顯出來，離不開技術(shù)知識的支撐。在“探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實驗教學(xué)中，由于實驗涉及的物理過程比較抽象，因此教師選擇技術(shù)時，應(yīng)以“讓抽象的物理過程直觀化”為目的，引入直觀、表象的技術(shù)，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢為學(xué)生建立直觀模型，將抽象的概念以及難以觀察到的物理過程直觀地呈現(xiàn)出來。為了激發(fā)學(xué)生的實驗興趣和探究欲望，教師還可以借助多媒體技術(shù)創(chuàng)設(shè)生活化情境，從現(xiàn)實生活出發(fā)引出實驗內(nèi)容，從而吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生產(chǎn)生探究的欲望，消除學(xué)生對物理實驗的畏難情緒。為了讓學(xué)生更好地觀察實驗現(xiàn)象，教師還可以采用同步投屏技術(shù)，將“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實驗過程投屏到電子屏幕上，以便于學(xué)生觀察。在實驗過程中需要采集實驗數(shù)據(jù)，教師可以選用傳感器采集系統(tǒng)，實時、精準采集實驗數(shù)據(jù)。

3.基于教學(xué)實踐分析教學(xué)知識（PK）、教學(xué)內(nèi)容知識（PCK）以及技術(shù)教學(xué)知識（TPK），實施教學(xué)。在物理實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，教師要依托合適的技術(shù)呈現(xiàn)物理實驗過程，引導(dǎo)學(xué)生積極參與到實驗探究的過程中，因此教師要從教學(xué)實踐的角度對教學(xué)知識（PK）、內(nèi)容知識（PCK）以及技術(shù)教學(xué)知識（TPK）加以分析，確定教學(xué)方案，設(shè)計教學(xué)流程。教學(xué)內(nèi)容知識是關(guān)于使用相應(yīng)的教學(xué)方法和策略完成學(xué)科內(nèi)容教授的知識，而技術(shù)教學(xué)知識則是關(guān)于使用相關(guān)的技術(shù)來支持教學(xué)方法或者教學(xué)策略，教師要熟悉掌握各種能夠促進學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)策略、方法和活動方面的知識，結(jié)合物理實驗教學(xué)的特點，考慮采用哪種教學(xué)方法和策略、開展怎樣的教學(xué)活動，然后將相關(guān)的技術(shù)融合進來，在技術(shù)的支持下開展實驗活動，有效促進教學(xué)知識、內(nèi)容知識和技術(shù)知識的融合。

在“探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實驗教學(xué)中，教師應(yīng)貫徹“以生為本”的教育理念，發(fā)揮學(xué)生的主體性，因此可以選擇分組探究的方式開展實驗，以小組為單位開展探究實驗。教師將教學(xué)技術(shù)整合到物理實驗教學(xué)中，為學(xué)生搭建數(shù)字化實驗裝置，可以借助木板、彩紙和硼銣磁體制作平面磁鐵，形成磁場。為了有效推進小組探究實驗，教師還可以引入任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、問題導(dǎo)學(xué)法等，圍繞實驗內(nèi)容設(shè)計相應(yīng)的任務(wù)或者提出相關(guān)的問題，為學(xué)生的分組探究指引方向，同時激活學(xué)生的思維。比如，搭建了相互平行的磁場之后，由于磁場是看不見也摸不著的，因此教師可以提出問題“我們?nèi)绾螌⒋艠O之間的磁場空間分布簡單地顯示出來呢？”“我們怎樣才能知道是否產(chǎn)生了電流呢？電流的大小和方向怎樣來判斷？”以問題引發(fā)學(xué)生的思考，鼓勵學(xué)生以小組為單位探討解決方案。教師提出問題之后，要給予學(xué)生充足的時間思考、探索。當然，這些問題可能對學(xué)生來說難度較大，因此，教師應(yīng)該在必要的時候?qū)W(xué)生進行啟發(fā)和引導(dǎo)，適時出示微電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器等，和學(xué)生一起探討如何將它們整合到實驗中，通過這些技術(shù)的使用將感應(yīng)電流的圖象實時顯示在電腦屏幕中。教師在這個過程中，借助信息技術(shù)建立了具體的模型，將電磁感應(yīng)現(xiàn)象可視化，提高了教學(xué)效率。

在教育信息化2.0時代，如何將信息有機整合到課堂教學(xué)中是每一位教師都應(yīng)該思考的問題，初中物理教師也應(yīng)以TPACK框架為理論對實驗教學(xué)進行創(chuàng)新，充分發(fā)揮出TPACK理論對物理實驗教學(xué)的指導(dǎo)作用，打造高效的物理實驗課堂。在實際的教學(xué)過程中，教師選擇合適的教學(xué)方法和策略，并整合恰當?shù)募夹g(shù)手段，多途徑建立物理模型，確定教學(xué)方案，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，全面提升物理實驗教學(xué)的效果。

參考文獻

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編輯：張昀