基于TPACK的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

王美玲 龍世佳 陳敏敏 司長代

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.03.052

摘 要 整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識（TPACK）的發(fā)展給教師

在教學(xué)活動和教學(xué)設(shè)計(jì)等方面帶來綜合專業(yè)的視角，同時(shí)有利于課堂教學(xué)質(zhì)量提高。近年來，我國對TPACK

的研究呈快速增長趨勢，但在化學(xué)學(xué)科涉足很少。以“影響鹽類水解的因素”教學(xué)設(shè)計(jì)為研究對象，以TPACK為理論指導(dǎo)，將新技術(shù)與中學(xué)化學(xué)課堂融合，希望對中學(xué)化學(xué)教學(xué)提供一定參考。

關(guān)鍵詞 TPACK；高中化學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)；鹽類水解；實(shí)驗(yàn)；pH傳感器；數(shù)據(jù)采集器；手持技術(shù)；整合技術(shù)

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）03-0052-04

0 引言

TPACK中文全稱是整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識，這個(gè)概念是在學(xué)科教學(xué)知識（PCK）的基礎(chǔ)上新增加技術(shù)知識（TK）而提出的[1]，這里的技術(shù)教學(xué)知識并不是生硬地、孤立地加入，而是在教學(xué)知識與技術(shù)教學(xué)知識兩者的內(nèi)部逐漸發(fā)生并相互融合而形成的一個(gè)新的課堂教學(xué)整體。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步和飛速發(fā)展，教師在進(jìn)行中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中可能會遇到很多抽象復(fù)雜的內(nèi)容（主要包括無機(jī)化學(xué)變化的過程，有機(jī)化學(xué)的反應(yīng)變化機(jī)理，以及微粒中的分子、原子等對微粒的整體空間結(jié)構(gòu)的抽象分析描述）與整合技術(shù)的學(xué)科教法知識結(jié)合，加入現(xiàn)代化教學(xué)手段（如微視頻、多媒體展示、手持技術(shù)等），會很大程度地降低學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的難度，使得學(xué)生能夠樹立“化學(xué)這門學(xué)科并不是很復(fù)雜”“化學(xué)的理解在于實(shí)驗(yàn)”“實(shí)驗(yàn)并不是陌生的、難以掌握的”等觀念[2]。因此，恰當(dāng)?shù)乩谜霞夹g(shù)能夠幫助學(xué)生很好地理解難懂、抽象的化學(xué)原理[3]。

鑒于此，本文在“影響鹽類水解的因素”的教學(xué)設(shè)計(jì)中合理地加入整合技術(shù)，對中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)進(jìn)行研究。

1 TPACK的核心元素簡述

1.1 學(xué)科內(nèi)容知識（Content Knowledge）

顧名思義，學(xué)科內(nèi)容知識就是學(xué)科內(nèi)容，具體到常見的學(xué)科（如語文、數(shù)學(xué)、外語、物理、化學(xué)、生物、政治、歷史等）中所包含的基本公式以及定理，核心的知識包括事實(shí)、概念、公式以及定律等。

1.2 教學(xué)法知識（Pedagogical Knowledge）

教學(xué)法的知識框架包含學(xué)習(xí)的方法、學(xué)習(xí)的目標(biāo)、教學(xué)策略、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)模式以及教師的課程教學(xué)評價(jià)等，它主要指的是一個(gè)教師對于教與學(xué)的過程中用得到的方法和教學(xué)策略的具體理解。在對TPACK教學(xué)法框架知識進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，美國學(xué)者Suzy Cox認(rèn)為：教學(xué)法的知識在不和其他學(xué)科知識互相融合時(shí)，應(yīng)該不會在不同的知識學(xué)科內(nèi)容之間存在太大差異，它們應(yīng)該是基礎(chǔ)的、普適的[4]。

1.3 技術(shù)知識（Technical Knowledge）

技術(shù)知識是TPACK框架中的重要元素，它與其他兩種元素相比是最為靈活多變的元素。關(guān)于它的重要性，從某種程度上來講，TPACK框架中技術(shù)知識（TK）對于學(xué)科內(nèi)容知識（CK）、教學(xué)法知識（PK）有一定的影響，這個(gè)框架重點(diǎn)突出的就是技術(shù)知識在教學(xué)中的重要作用[5]。關(guān)于技術(shù)知識的定義，大部分人認(rèn)為技術(shù)就是除去傳統(tǒng)技術(shù)之外的現(xiàn)代化信息技術(shù)（這里的現(xiàn)代化技術(shù)特指在課堂教學(xué)中運(yùn)用的技術(shù)）[6]。

2 基于TPACK的中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)分析

2.1 案例內(nèi)容選取

本文選取高中化學(xué)中的“影響鹽類水解的因素”為教學(xué)案例。本課時(shí)重點(diǎn)通過實(shí)驗(yàn)分析，對于達(dá)到一定平衡后的鹽類溶液改變內(nèi)部的化學(xué)條件與外界化學(xué)條件后產(chǎn)生的影響進(jìn)行探究，最終得出鹽類溶液水解的本質(zhì)。

2.2 學(xué)情分析

通過弱電解質(zhì)的電離、水的電離和溶液的酸堿性等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了影響化學(xué)平衡的幾個(gè)重要因素，鹽類的水解作為化學(xué)平衡中的又一重點(diǎn)知識，可通過類比來學(xué)習(xí)。

2.3 教學(xué)目標(biāo)

2.3.1 知識與技能目標(biāo) 根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用平衡移動原理掌握鹽類水解的規(guī)律及本質(zhì)。

2.3.2 過程與方法目標(biāo) 通過鹽類水解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出鹽溶液中離子發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及各離子濃度的大小；根據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)圖像推斷出影響鹽類水解的因素及其影響規(guī)律。

2.3.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 引入趣味實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力以及學(xué)生的合作精神。

2.4 教學(xué)重難點(diǎn)

2.4.1 教學(xué)重點(diǎn) 分析影響鹽類物質(zhì)水解的重要化學(xué)因素。

2.4.2 教學(xué)難點(diǎn) 分析影響鹽類水解的因素。

2.5 預(yù)設(shè)教師自評與反思

運(yùn)用手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更為直觀地感受到不同因素對FeCl3的水解產(chǎn)生的影響，并依據(jù)曲線對本質(zhì)進(jìn)行分析。學(xué)生積極參加集體課堂教學(xué)活動，氣氛活躍，但是在集體課堂教學(xué)活動用時(shí)上，45分鐘明顯不夠。

2.6 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.6.1 整合技術(shù)的使用 加入現(xiàn)代化教學(xué)手段可以很大程度上降低學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的難度，如手持技術(shù)能記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)且迅速繪制出曲線，可以使得學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)不斷深化對問題的理解，最終實(shí)現(xiàn)化學(xué)問題的成功解決。因此，恰當(dāng)利用整合技術(shù)能夠幫助學(xué)生很好地理解難懂、抽象的化學(xué)原理，如圖1所示。

2.6.2 教學(xué)流程

環(huán)節(jié)一：情境引入，激發(fā)興趣

【PPT展示實(shí)驗(yàn)】用玻璃棒蘸取Na2CO3溶液在事先涂有酚酞并晾干的白紙上寫上“鹽類的水解”字樣，字樣立即變成紅色。

【問題引導(dǎo)】字樣為什么變成紅色？

【學(xué)生思考】學(xué)生認(rèn)真思考并回答：Na2CO3溶液中發(fā)生了水解，溶液具有堿性，遇到酚酞后使得白紙的字樣變紅。

【深度引導(dǎo)】教師順勢提問：“Na2CO3溶液是鹽溶液的一種，為什么會顯堿性？”學(xué)生回答：“Na2CO3溶液發(fā)生了水解。”教師引出課堂主題：“一起來探究影響鹽類水解的因素。”

【設(shè)計(jì)意圖】用PPT展示圖片和視頻進(jìn)行情景引入，實(shí)驗(yàn)中物體產(chǎn)生的各種顏色的變化，勾起學(xué)生的興趣和好奇心，促使教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真進(jìn)行接下來的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)探究，揭示本質(zhì)

實(shí)驗(yàn)探究1：探究鹽類自身性質(zhì)對水解的影響

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】分別取物質(zhì)的量濃度均為0.05 mol/

L的碳酸鈉溶液和乙酸鈉溶液25 mL倒入規(guī)格相同的錐形瓶中，向其中用膠頭滴管分別加入5滴酚酞，混合后搖勻，觀察兩個(gè)錐形瓶中溶液顏色變化。

【問題展示】觀察顏色是如何變化的？二者顏色變化的程度是否一致？若不一致，則說明影響鹽類酸堿性（水解）的因素是什么？請同學(xué)們進(jìn)行總結(jié)。（給出提示：相同濃度的醋酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)。）

【學(xué)生回答】結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及相同濃度的醋酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)碳酸鈉水解后生成的氫氧根更多，故顏色更深。

【結(jié)論展示】同濃度的醋酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)，故形成鹽的酸或堿的性質(zhì)越弱，則形成的鹽水解的程度就越大。

【設(shè)計(jì)意圖】利用掌上實(shí)驗(yàn)室平臺做實(shí)驗(yàn)，通過對比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更容易理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)探究2：探究酸堿度對FeCl3水解的重要影響[7]

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】取三個(gè)25 mL的錐形瓶，分別貼上標(biāo)簽1、2、3，向其中依次添加0.01 mol/L的FeCl3溶液各10毫升。對pH傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)上的傳感器配套的軟件分別進(jìn)行設(shè)置，準(zhǔn)備工作完畢后，將三個(gè)型號一致的pH傳感器分別插入三個(gè)錐形瓶的溶液中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和采集。約100 s后，拔出1號、2號錐形瓶中的傳感器，向1號錐形瓶中加入1 ml 1 mol/L的鹽酸氫鈉溶液，向2號錐形瓶中加入3 ml 2 mol/L的碳酸氫鈉溶液，混合均勻，再分別插入傳感器（清洗過的），進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

【問題展示】兩條曲線走勢如何？并根據(jù)圖線分析原因。

【教師引導(dǎo)】觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，觀察并分析pH變化的圖像。

【學(xué)生思考】一開始三個(gè)錐形瓶的pH線重合，加入1 mL 1 mol/L的鹽酸后，1號錐形瓶的FeCl3溶液顏色由淺黃色逐漸變?yōu)闊o色，且圖線開始出現(xiàn)波動，最終走勢呈下降趨勢。這是由于溶液中c（H+）增大，溶液pH減小，抑制FeCl3水解，使得FeCl3水解平衡逆向進(jìn)行。添加3 ml 2 mol/L的碳酸氫鈉溶液后，2號錐形瓶中的FeCl3溶液的顏色由最初的淺黃色逐漸地加深為明顯的紅色，且最后還會有一種紅褐色的沉淀。與此同時(shí)，F(xiàn)eCl3圖線走勢開始出現(xiàn)波動，最終圖線走勢呈上升的趨勢。

【設(shè)計(jì)意圖】在實(shí)驗(yàn)中利用pH傳感器以及手持技術(shù)的自動快速采集數(shù)據(jù)的功能使復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)原理簡單化。

實(shí)驗(yàn)探究3：探究加入氯離子固體對FeCl3水解造成的影響

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】取兩個(gè)一樣大小的錐形瓶，向其中加入等濃度等體積的FeCl3溶液，將pH傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)連接起來，將繪圖軟件提前打開，設(shè)置完畢。（預(yù)先進(jìn)行測試）開始采集pH數(shù)據(jù)，約100 s后向其中一個(gè)錐形瓶中加入少量NaCl固體，攪拌并實(shí)時(shí)采集pH數(shù)據(jù)。

【展示問題】Cl-濃度如何影響FeCl3水解？請依據(jù)曲線進(jìn)行分析。為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？

【教師引導(dǎo)】觀察實(shí)驗(yàn)過程，總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生思考】分析曲線走勢，兩個(gè)錐形瓶對應(yīng)的曲線基本一致，得出結(jié)論：條件不變時(shí)，氯離子對FeCl3的水解程度沒有任何影響。

【展示結(jié)論】由于該水解反應(yīng)中含有的氯離子并不參與溶液的水解，發(fā)生水解主要是由于氫氧化鐵離子與溶液中經(jīng)水電解分離出來的氫氧根離子結(jié)合反應(yīng)生成了氫氧化鐵，消耗了水中的氯離子和氫氧根，使得FeCl3溶液的pH值明顯下降。

【設(shè)計(jì)意圖】利用多媒體演示展示實(shí)驗(yàn)，利用手持技術(shù)的自動快速采集數(shù)據(jù)的功能幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。

教學(xué)流程如圖2所示。

3 結(jié)束語

以前的化學(xué)教學(xué)課堂大多以講授化學(xué)知識為主，在課堂教學(xué)中由于以教師為中心，學(xué)生不能很好地與教師以及同學(xué)進(jìn)行互動，或者教師很少采用新的技術(shù)等吸引學(xué)生的注意力和目光，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)造力和求知欲望比較低，在學(xué)習(xí)過程中對一些復(fù)雜的化學(xué)基礎(chǔ)知識僅僅是了解其結(jié)論，并不能很好地掌握其本質(zhì)，不積極參與課堂教學(xué)。而采用現(xiàn)代化的信息處理技術(shù)，學(xué)生的課堂參與度會大大提高，化學(xué)課堂氣氛看起來更好，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而取得理想的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 焦建利，鐘洪蕊.技術(shù)—教學(xué)法—內(nèi)容知識（TPACK）

研究議題及其進(jìn)展[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2010（1）：39-45.

[2] 徐春華，傅鋼善，侯小菊.我國高校教師的TPACK水

平及發(fā)展策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018（1）：59-65.

[3] 武琴.基于TPACK理論的中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)研究[J].

化學(xué)教學(xué)，2018（7）：57-62.

[4] Koehler M J， Mishra P. Introducing TPCK. In

AACTE Committee on Innovation and Technology

（Ed.），Handbook of Technological Pedagogical

Content Knowledge （TPCK） for Educators[M].New

York： Published by Routledge for the American

Association of Colleges for Teacher Education，

2008：3-29.

[5] 陳萌.基于TPACK理論框架的學(xué)生“三重表征”的構(gòu)

建：以高中化學(xué)“電解池”教學(xué)為例[J].化學(xué)教學(xué)，

2017（9）：46-50.

[6] Matthew J K， Mishra P， Yahya K， et al. Tracing

the development of teacher knowledge in a design

seminar： Integrating content， pedagogy and tech-

nology[J].Computers&Education，2007，49（3）：740-

762.

[7] 徐敏，鄭曉紅.“影響鹽類水解的因素”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及

教學(xué)策略[J].化學(xué)教學(xué)，2014（10）：41-43.

*項(xiàng)目來源：2019年甘肅省教育廳“十三五”教育規(guī)劃項(xiàng)目“‘互聯(lián)網(wǎng)+背景下化學(xué)課堂教學(xué)方式變革研究”（GS〔2019〕GHB2091）；2019年度天水師范學(xué)院重點(diǎn)教研資助項(xiàng)目（TS2019JY19）；2020年天水師范學(xué)院課程思政教學(xué)團(tuán)隊(duì)教研項(xiàng)目（TS2020JY31）；2020年天水師范學(xué)院研究生課程建設(shè)項(xiàng)目（TKXM2005）；甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“‘模型—創(chuàng)新—應(yīng)用教育理念下提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的研究——‘以《物理化學(xué)》課程為例”（GS〔2020〕GHB4826）；2021年天水師范學(xué)院研究生創(chuàng)新引導(dǎo)項(xiàng)目（TYCX2114）。

作者：王美玲、陳敏敏，天水師范學(xué)院化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，主要從事基礎(chǔ)教育化學(xué)教育教學(xué)工作；龍世佳，通信作者，天水師范學(xué)院化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，副教授，博士，主要從事化學(xué)課程與教學(xué)研究工作；司長代，天水師范學(xué)院化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，副教授，博士，主要從事化學(xué)教育教學(xué)工作（741001）。