基于TPACK理論的中學化學概念教學研究

武琴

摘要： 從中學化學概念教學的角度解析TPACK理論，構建化學概念教學的TPACK框架和思維導圖，提出實施TPACK化學概念教學的疑難點。并以人教版化學1“分散系及其分類”為例，具體呈現基于TPACK理論的化學概念教學設計，為TPACK應用于化學教學提供參考。

關鍵詞： TPACK； 中學化學； 化學概念； 教學研究

文章編號： 1005-6629（2018）7-0057-06 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

21世紀信息技術使人類生活發生巨大變化，整合信息技術和教學能力成為教育界的熱點研究問題，2005年美國密歇根大學的學者Koehler和Mishra首次提出TPACK概念[1]，提倡教師對學科內容、教學法知識和技術三者產生交互式有效的整合技術的教學。中學化學概念的教學是化學教學中極其重要的部分，化學學科的基本骨架就是化學概念，化學概念是中學化學最基礎的結構單元。如何科學地設計教學過程，幫助學生利用化學概念進行理解、評價、判斷、推理和問題解決等一系列思維活動是現階段化學教學研究的重要課題。

1 TPACK理論內涵

2008年Koehler和Mishra構建TPACK框架結構，見圖1。以技術知識（Technology Knowledge，簡稱TK）、教學知識（Pedagogical Knowledge，簡稱PK）、學科知識（Content Knowledge， TK是TPACK框架中一個比較變化不定的元素，它的定位高于對傳統計算機素養的定義。一般理解為“教育技術”，就是教育中應用的技術、工具和共有知識的集合體。TK概念不是一成不變，而是不斷發展的，隨著人和技術關系的開放、衍生不斷交互發展，任何一種技術知識的定義都處于過時的危險之中[2]。

PK是應用于教與學的過程、實踐或方法的所有知識，包括教育目標、教育目的、教學策略、課程評價、課堂管理、課程開發、學習策略等深層次的知識。教學法知識就是對學習的認知、教育教學的思考、社會發展的理解，并且把這些理論應用于課堂教學當中。

CK是被學習或教授的學科內容的知識，學科內容知識包括： 組織框架知識、理論、概念、觀點、證明和證據知識、實踐和方法等。不同的領域學科內容知識有極大不同，因此對教師而言，深入了解其所教的學科內容知識是非常重要的。

PCK就是將特定的學科內容進行整合與重新表征，以適應不同學習者的興趣和能力的需要[3]。TCK定義為對學科內容和技術相互限制和相互影響的方式。TPACK強調TCK理解技術和學科內容交互發展必須限定具體學科內容。TPK是對學習與教學因具體技術應用發生改變的一種理解，包括了教學法設計策略與技術工具相關時，對技術工具的教學功能的深刻理解。TPACK是一種對于技術、教學法、學科內容的整合，是對它們相互作用的理解，教師要在三個領域（T、 P、 C）中的單獨領域和交叉領域，利用它們之間的相互作用發展教學的流暢性和認知的靈活性。

2 中學化學概念

概念是對同類事物本質屬性的高度概括，是從大量直觀的材料中抽取出來的本質內容，因此概念具有抽象性。作為一種高級的思維形態，化學概念從各種化學反應現象中抽離出來，反映著化學現象及事實的本質，是化學學科知識體系的基礎[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、規則等，即為中學化學教材中常見基本概念和基本化學原理。中學階段日常生活使用頻率較高，在各種考試中出現概率較大的化學基本概念，依據內容分類總結中學化學主要基本概念，見圖2。

化學概念是學習化學知識的基礎，也是發展能力的基礎，只有掌握正確的概念才能更全面深刻地認識物質本質及其變化規律。本文嘗試運用一種新的理論——TPACK框架來指導教師進行化學概念的教學設計，幫助學生概念學習這一種高級的思維形態的養成，從而達到良好教學效果。

3 化學概念教學的TPACK框架

參考TPACK框架結構并結合化學概念教學的特點，將技術的部分融入到具體的化學概念教學過程當中，于是構建了化學概念教學的TPACK框架，見圖3。基于化學概念教學內

容（CK）、概念教學法知識（PK）、信息技術（TK）三個核心要素，通過三者兩兩間的交互關系衍生出對應要素。化學概念對技術的選擇、技術對化學概念的表征、化學概念與技術的融合是技術與化學概念教學內容整合時需考慮的三個要素。教師對高中化學概念宏觀、微觀、符號的三重表征，教師對學生化學前概念、迷思概念的轉化是概念教學法與化學概念教學內容整合時考慮的教學結構。技術與概念教學整合的教學策略、教學表征、課程組織以及技

術與學生認知整合的學習策略這是技術與概念教學法整合時參考要素。這些要素將指導化學概念教學，教師在化學概念教學時可以以化學概念教學的TPACK框架為依據將技術融合在教學中，提高教學效率。

4 TPACK化學概念教學思維導圖

化學概念教學內容一般分為三個部分： 概念特征教學、概念定義教學、概念本質教學。將概念教學三個部分與TPACK理論聯系作出思維導圖，見圖4。圖4提供一般化學概念教學的常用TPACK教學策略，例如： 概念的導出教師經常會采用視頻或圖片的形式呈現，也就是采用TCK。概念的辨析經常會使用例證法，此時可采用TPK。再如概念的應用，應用包括正向應用、逆向應用、實際應用、理論推演應用等，教師此時可利用TPACK的整合性。同樣教師也可依據概念教學的具體內容結合實際情況選擇TPACK其他教學策略。

5 TPACK運用于中學化學概念教學

若想將TPACK較好融入具體的化學概念教學首先要解決幾個疑難點： 考慮什么時候使用TPACK、使用TPACK中技術的選擇、如何降低TPACK教學失誤，解決好這幾個問題才能將TPACK理論比較流暢地應用于化學概念教學。

5.1 TPACK理論設計化學概念教學決策因素

考慮在教學中使用TPACK理論教學時，首先考慮的是在何處使用TPACK來輔助教師教學或學生學習，在化學概念教學中關于TPACK應用決策因素有兩點考慮。

（1） 確定某個化學概念教學的難點和主題。TPACK的使用可能會幫助克服教學難題或學生認知的困難。例如： 原電池概念教學中，陰陽離子在溶液中的運動肉眼看不見，教師只能用口頭描述陰陽離子的流向。學生只能借助教師的口述自己在大腦中呈現情境，此時若借助TPACK直接呈現Flash動畫，將微觀粒子直觀形象地展現出來，將解決學生的認知困難。對主題而言，TPACK是所教授的主題不可缺少的因素。例如： 苯的概念教學中，苯的結構是課程中的必設主題，然而苯的空間結構用口述或是用分子的球棍模型都不能真實準確地呈現，教學中采用TPACK技術利用Chemdraw便能輕松解決難題。

（2） 思考化學概念的呈現形式。常見的呈現形式有文本、聲音、圖形圖像、動畫視頻等，不同的呈現形式具有不同的教學功能。當TPACK的知識表征具有內在一致性時，便有助于學習者意義的全面建構和記憶，反之則會增大學習者的認知負擔。例如： 元素周期律概念教學，可以直接通過呈現各原子半徑圖片，學生通過觀察圖片能很快總結出元素原子半徑大小規律，這種呈現形式有助于學習者建構知識。但講解金屬性和非金屬性周期性規律時，若是把各物質性質通過播放視頻代替做實驗觀察，學生便失去實踐體驗探索的過程，不利于知識建構。

5.2 TPACK化學概念教學中技術的選擇

在TPACK課堂教學中可以找到有大量的技術，硬件包括： 多媒體設備、計算機、手持設備、電子白板、ipad、互聯網遠程設備等，還有一些專為課程教學設計的軟件和教學平臺。一般可以把用于化學教學的技術分為三類。

（1） 與課程內容無關，只是用于服務化學教學的技術。Office辦公軟件、圖形軟件、文字處理、視頻播放器、MP3播放器、Camtasia、會聲會影等都屬于這一類。

（2） 專門設計用來教授和學習化學的技術。在中學階段使用比較多的有ChemDraw、 ChemWindow、 ChemSketch、化學畫板、化學金排、Origin、虛擬化學實驗室、Pelement、 3D化學、超級化學助手等技術，還有一些專門為某節課設計的專用軟件。

（3） 虛擬網絡交流平臺技術，可用于實現教學過程和課后的師生互動。例如： 微博、微信、QQ、飛信、彈幕等。

每個教學案例側重點不一樣、每個學校也不相同，甚至教室也可能不同，教師要根據自己學校可使用的資源、教與學的可能性選擇合適課堂教學的技術。

5.3 降低運用TPACK理論進行化學概念教學的風險

（1） 對使用TPACK教學可能發生的課堂狀況提前預測和準備。在教學中使用新的資源肯定是有風險的，教師此時要充分利用自己的內部資源： 學科知識、教學法知識、技術知識對可能出現的問題進行評估。例如： 在中和熱概念教學中，按照課本操作步驟測定中和熱的數值，結果會存在很大誤差，學生難以理解自己的實驗數據和課本理論數據的差異，此時便可采用手持技術中的溫度測試，但再啟動項目之前，必須考慮一些事情。

① 開始項目之前教學生使用手持技術。

② 在開始預期的主題教學前，給學生時間了解手持技術。

③ 確定硬件軟件可能會出現的問題，并提前做好替代計劃。

④ 為教學活動組織課堂： 小組合作還是個人完成、限時還是開放活動、手持技術是1∶1配置還是其他安排。

⑤ 計劃學生要參與的具體活動，幫助學生學習預期的教學內容。

（2） 在使用TPACK教學時，建立具體情境。建立的教學情境越具體一般成功率也會越高，這樣學生就不會偏離教學主題，教師出現失誤率也會越低。例如： 教師利用化學畫板模擬實驗要求學生對氯氣尾氣進行處理以免污染空氣時，學生不會以化學畫板軟件中提供的儀器為限制條件給出答案，而是憑借以往經驗給出各種不同答案，所以此時教師需要建立具體情境，提示在使用化學畫板材料的基礎上學生可能實施的方案。

6 基于TPACK理論的中學化學概念教學設計案例

以人教版化學1第二章第一節“物質的分類”第2課時“分散系及其分類”為例，具體說明TPACK在高中化學概念教學中的應用。

6.1 教學設計與實施

本節課教學設計以化學概念教學的TPACK框架為理論基礎，從CK角度分析主題知識內容和主題在教學中的地位；從PK角度分析學情、選擇教學方法；從PCK角度確定教學三維目標、教學重難點以及突破重難點的方案。繼而，應用TPACK化學概念教學的教學思維導圖設計教學過程，從TCK角度理解、思考技術應如何對主題內容提供新的隱喻和表征，從TPK角度思考使用技術，如何改變教學，選擇恰當的教學策略開發技術的創造性和靈活性，幫助教學和學生學習。最后整合PCK、 TCK、 TPK，權衡取舍使各個要素達到動態平衡。

6.1.1 課前自主學習——微課學習

課前教師可利用Camtasia或會聲會影提前錄制2段5分鐘左右微課“分散系”、“膠體性質”，微課制作要求有教學主題內容知識講解和互動環節。教師安排4個互動思考題：（1）分散系、分散質、分散劑的關系；（2）9種分散系是哪9種；（3）膠體的定義；（4）膠體有哪些性質。在教師規定的時間內，學生可在班級微信群或QQ群與同學、教師交流，在自己自學有困難的地方提出疑問。

6.1.2 課堂教學過程——合作探究

教學過程主要采用探究法、合作法、自主學習法等教學策略，注重以學生為教學中心，教學流程如圖5所示。

6.1.3 課后提升

首先教師要對教學的各個環節進行反思，總結失誤和不完善的地方，逐步完善TPACK教學，總結經驗，并要學生對教學環節提交評價。例如： 借助網絡搜索的互動探究和白板展示是以個人形式還是小組形式完成，哪種效果會更好。再次教師將課堂教學使用的教案和PPT資源上傳班級QQ群，實現資源共享。教師可能還需在網絡交流平臺上對學生進行課后答疑。

6.2 教師TPACK知識結構運用分析

根據TPACK框架結合教學設計分析本節課的教師TPACK知識框架，見表1。

7 TPACK理論對中學化學概念教學的影響

化學概念的教學一直是化學教學中的難點和重點，TPACK理論從技術的角度為中學化學概念教學提供一種新的設計思路，整合技術、化學概念知識、教學法知識，將化學概念的抽象性直觀形象地真實反映，減小教師教學和學生認知難度，促使學生更容易建立化學概念的邏輯性，從而推動學生對化學概念的深層次理解。TPACK理論豐富了中學化學概念教學的多樣性、創新性、發展性，為中學化學概念教學注入新的時代元素。利用TPACK教學過程中能更好地拓寬學生的思路和發展學生的能力，但同時TPACK也對教師能力和知識提出更高要求，教師需要不斷提升自身綜合素質才能操控和發展TPACK理論，化學教師TPACK的核心就是將信息技術、學科知識、學生知識、課程知識等加以整合。怎樣能更好地發展TPACK在教學中的優勢，整合各要素使其達到平衡，還需要廣大師生進一步探索。

參考文獻：

[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. 整合技術的學科教學知識： 教育者手冊[M]. 北京： 教育科學出版社， 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， 錢揚義. 國內“化學概念教學”研究新進展[J]. 化學教育， 2004， 25（10）： 58～60.