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

晁 正

(陜西理工大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 陜西 漢中 723000)

陳文強(qiáng)

(三明市沙縣區(qū)金沙高級(jí)中學(xué) 福建 三明 365500 )

黃文登

(陜西理工大學(xué)物理與電信工程學(xué)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(jìn)．以培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力為核心的智慧教育對(duì)教師應(yīng)有的專業(yè)知識(shí)提出了新的要求，為能更好地開(kāi)展智慧教育背景下的高中物理教學(xué)，應(yīng)解決以往過(guò)度重視“用技術(shù)教物理”的問(wèn)題，達(dá)到用育人目的整合技術(shù)教學(xué)的境界．擁有適應(yīng)智慧教育的教師專業(yè)知識(shí)G-TPCK(Goal-Technological Pedagogical Content Knowledge)的教師，通過(guò)在G-TPCK的指導(dǎo)下確立的教學(xué)目標(biāo)和應(yīng)用相應(yīng)的教學(xué)方法，可以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，達(dá)成智慧教育對(duì)教師教學(xué)和學(xué)生的必然要求．最后，通過(guò)設(shè)計(jì)人教版(2019)高中物理必修2圓周運(yùn)動(dòng)章節(jié)中的“向心力”的教學(xué)過(guò)程，探討了在高中物理教師教學(xué)中，落實(shí)應(yīng)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(dǎo)向的技術(shù)學(xué)科教育知識(shí))理論是在智慧教育的背景下，對(duì)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(jìn)行教學(xué)”成了教師教育研究中的重點(diǎn)問(wèn)題．為回答此問(wèn)題，在2005年，Mishra和Koehler提出了關(guān)于教師知識(shí)的TPCK理論[1]．TPCK理論不僅要求教師擁有學(xué)科內(nèi)容知識(shí)(CK)、教學(xué)法知識(shí)(PK)、技術(shù)知識(shí)(TK)，還要求教師擁有3種知識(shí)相互耦合成的學(xué)科教學(xué)知識(shí)(PCK)、整合技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容知識(shí)(TCK)、整合技術(shù)的教學(xué)法知識(shí)(TPK)，以及這3種知識(shí)再耦合所產(chǎn)生的TPCK(整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí))．TPCK理論是教育信息化的產(chǎn)物，其獨(dú)特之處在于重視教師的信息知識(shí)與素養(yǎng)，重視教師利用技術(shù)教學(xué)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(gè)元素及關(guān)系

若過(guò)于重視用技術(shù)教，反而會(huì)忽略學(xué)生的學(xué)，導(dǎo)致教與學(xué)的失衡．故而，將培養(yǎng)重點(diǎn)放在學(xué)生智慧的新信息時(shí)代教育便應(yīng)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(guò)構(gòu)建智慧教學(xué)環(huán)境，運(yùn)用智慧教學(xué)法，促進(jìn)學(xué)習(xí)者智慧學(xué)習(xí)，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(xué)構(gòu)建環(huán)境的最高水平是智慧型應(yīng)用[3]，即應(yīng)讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，構(gòu)想如何解決這個(gè)問(wèn)題．但達(dá)到這個(gè)水平的前提是教師必須先有這種思維，能了解學(xué)生的思考方向．如果未能有育人知識(shí)的指引，很難達(dá)到智慧型應(yīng)用的狀態(tài)，因此，這就對(duì)教師的知識(shí)框架有了新的要求．

為了讓教師能達(dá)到“智慧型應(yīng)用”，文獻(xiàn)[4]將GK知識(shí)納入TPCK框架，在教師知識(shí)方面形成了適應(yīng)智慧教育的G-TPCK框架，如圖2所示．GK是育人目的的知識(shí)，是教師具備的、關(guān)于教育價(jià)值的，反映教師教育目的的知識(shí)．育人知識(shí)包含著教師對(duì)學(xué)習(xí)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和反映，即教師要把握學(xué)習(xí)內(nèi)部諸要素之間，及學(xué)習(xí)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(xué)生全面高階思維能力．所以在智慧教育時(shí)代，育人目的的知識(shí)就包含促進(jìn)學(xué)生工具理性、社會(huì)和生命意義性發(fā)展的全面性知識(shí)，和促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)、能力高階躍遷及問(wèn)題解決取向的高階性知識(shí)[5]．

圖2 G-TPCK的理論框架圖

G-TPCK可以概括為：教師為促進(jìn)學(xué)習(xí)者的智慧成長(zhǎng)，在信息技術(shù)的支持下根據(jù)學(xué)生不同的需要，將學(xué)科知識(shí)加以組織并進(jìn)行教學(xué)方面的知識(shí)．G-TPCK比TPCK有更強(qiáng)的融合性、動(dòng)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(duì)不同的情景、教學(xué)文本和學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析，對(duì)多種知識(shí)解構(gòu)、融合，動(dòng)態(tài)生成不同的策略與方法．

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

2 G-TPCK理論下高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)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(xué)是以往教育信息化教學(xué)不能比擬的，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境、資源變化了．智慧課堂下學(xué)生學(xué)習(xí)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(zhǔn)備的內(nèi)容將不再是學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的唯一標(biāo)準(zhǔn)．

第二，教與學(xué)的側(cè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)變了．智慧課堂提倡營(yíng)造“以學(xué)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(xué)生如何學(xué)．

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(dǎo)的轉(zhuǎn)變，由注重個(gè)人智慧向注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作轉(zhuǎn)變等[6]．

G-TPCK指導(dǎo)下的物理教師在物理教學(xué)中沒(méi)有對(duì)知識(shí)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(shì)，幫助、引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并通過(guò)實(shí)踐解決問(wèn)題．相比于傳統(tǒng)教師的“重教不重學(xué)”，G-TPCK指導(dǎo)下的教師更能夠做到培養(yǎng)學(xué)生高階思維的目標(biāo)．因此，高中物理教師掌握G-TPCK非常必要，有利于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，有利于提高高中物理整體教學(xué)質(zhì)量．

2.2 G-TPCK理論下的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)的基本教學(xué)目標(biāo)

綜合考慮智慧教室(環(huán)境)、普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生情況等因素，在G-TPCK的理論框架下，高中物理教師設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)滿足物理學(xué)科的核心素養(yǎng)要求，具體有以下幾點(diǎn)：

第一，物理學(xué)知識(shí)目標(biāo)．物理核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)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(kāi)必備的物理學(xué)知識(shí)．學(xué)生是發(fā)展的人，不同階段學(xué)生的理解能力有巨大不同，而高中階段正是學(xué)生由形式運(yùn)算思維轉(zhuǎn)向邏輯運(yùn)算思維的重要時(shí)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(biāo)和學(xué)生的思維水平并參考學(xué)生數(shù)據(jù)反饋等信息來(lái)選擇相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容．在此基礎(chǔ)上，把育人方法與之結(jié)合，形成物理學(xué)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰δ繕?biāo)．

第二，思維能力目標(biāo)．科學(xué)思維重在模型建構(gòu)，科學(xué)推理論證與質(zhì)疑創(chuàng)新，是智慧教育培養(yǎng)的重點(diǎn)．想要做到培養(yǎng)、提高學(xué)生思維能力，就必須要了解學(xué)生目前的思維處在什么階段，就必須要研究學(xué)習(xí)主體——學(xué)生．首先，教師要對(duì)相應(yīng)發(fā)展階段的學(xué)生有深入的理解，從理論上和經(jīng)驗(yàn)上了解這些學(xué)生的共性，為研究現(xiàn)實(shí)中的學(xué)生做準(zhǔn)備．其次，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合理論在師生交往中分析學(xué)生，根據(jù)不同學(xué)生思維的個(gè)性，在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)設(shè)置目標(biāo)．教師應(yīng)該通過(guò)設(shè)置生活物理情境幫助學(xué)生的思維找到支點(diǎn)，再過(guò)渡到抽象物理情境，逐漸引導(dǎo)、鍛煉學(xué)生的思維向邏輯運(yùn)算思維成長(zhǎng)，并在物理學(xué)知識(shí)、環(huán)境的作用下，形成科學(xué)思維．

第三，科學(xué)探究目標(biāo)．科學(xué)探究重在發(fā)現(xiàn)、交流、問(wèn)題與解釋．以往的探究實(shí)驗(yàn)落實(shí)較差，很大程度上因?yàn)橹攸c(diǎn)落在了做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程．過(guò)程固然重要，而只重過(guò)程，卻無(wú)益于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、交流的能力，學(xué)生就會(huì)缺乏創(chuàng)新能力．因此在智慧課堂中，教師在實(shí)驗(yàn)研究課中應(yīng)同樣重視引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的過(guò)程，這也是重視學(xué)生之學(xué)的重要體現(xiàn)．

第四，價(jià)值素養(yǎng)目標(biāo)．教育對(duì)人的發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的作用和意義就是教育價(jià)值．因此，教師不僅應(yīng)該根據(jù)自己對(duì)教育價(jià)值的理解確立教學(xué)目標(biāo)，更應(yīng)該透過(guò)教育目的、培養(yǎng)目標(biāo)和課程目標(biāo)所體現(xiàn)的教育價(jià)值，從理論高度審視自己對(duì)教育價(jià)值的理解并以此為基礎(chǔ)改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)．正所謂“其身正，不令則行”，在正確的教育價(jià)值引領(lǐng)下，學(xué)生會(huì)逐漸形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度．

2.3 基于G-TPCK的物理教學(xué)策略與方法

教學(xué)方法既包括教的方法，也包含學(xué)的方法．開(kāi)展G-TPCK指導(dǎo)下的教學(xué)，就一定要關(guān)注學(xué)生的學(xué)．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(yíng)造更有沉浸感的物理情境，探究傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法直接進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，記錄分析學(xué)生學(xué)習(xí)物理的心理狀態(tài)等．因此，在教學(xué)中應(yīng)用情景教學(xué)法、探究教學(xué)法為主的教學(xué)方法，在智慧環(huán)境的輔助下，能更好地幫助學(xué)生深度學(xué)習(xí)．

總的來(lái)說(shuō)，G-TPCK下的物理教學(xué)采用的策略與方法需要滿足以下幾點(diǎn)：

第一，在學(xué)科內(nèi)容上，體現(xiàn)育人知識(shí)與物理知識(shí)的整合．育人知識(shí)是物理知識(shí)的育人知識(shí)，教師通過(guò)在物理課堂中巧妙地融合課程思政，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生正確科學(xué)態(tài)度的目的；物理知識(shí)是育人知識(shí)的物理知識(shí)，教師應(yīng)當(dāng)在平臺(tái)和現(xiàn)實(shí)中為學(xué)生提供經(jīng)過(guò)教師有目的、有計(jì)劃整理后的學(xué)習(xí)材料(如學(xué)習(xí)引導(dǎo)單、教學(xué)需要的多媒體資源等)幫助學(xué)生更有結(jié)構(gòu)性地學(xué)習(xí)，同時(shí)教師也需要引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在課外閱讀實(shí)驗(yàn)中拓展思維，如在平臺(tái)中推送一些有關(guān)物理應(yīng)用、物理信息方面的趣味性材料．育人知識(shí)只有在物理教學(xué)中體現(xiàn)出來(lái)，才能有其實(shí)際效用．

第二，在教學(xué)策略上，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)策略和問(wèn)題探究策略為主，且根據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)反映的學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)變．在客觀條件允許的情況下適當(dāng)?shù)厥褂弥T如上文提到的教學(xué)策略，益于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力．根據(jù)大數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的實(shí)時(shí)反饋，教師應(yīng)適當(dāng)調(diào)整教學(xué)策略給予學(xué)生幫助和引導(dǎo)以達(dá)到育人目的．

第三，在技術(shù)應(yīng)用上，教學(xué)中應(yīng)避免出現(xiàn)重視技術(shù)實(shí)現(xiàn)而忽略學(xué)生需要的現(xiàn)象．應(yīng)做到引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用技術(shù)(如DIS，仿真物理實(shí)驗(yàn)室等)去解決物理問(wèn)題．使學(xué)生能夠在應(yīng)用技術(shù)科學(xué)探究過(guò)程中逐漸內(nèi)化技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)．

第四，在教學(xué)評(píng)價(jià)上，以大數(shù)據(jù)生成的形成性評(píng)價(jià)為主．在保證終結(jié)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，重視在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的高階全面思維能力的提高．在實(shí)施上，用人工智能代替教師進(jìn)行客觀題和部分主觀題的評(píng)分與統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)的過(guò)程．教師則更多地關(guān)注學(xué)生在不同階段下的學(xué)習(xí)情況，并根據(jù)學(xué)生的反饋選擇是否改變教學(xué)方法．

3 G-TPCK理論下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)——以“向心力”為例

3.1 “向心力”的教學(xué)過(guò)程

“向心力”在2019年人教版的最新教材中，位于圓周運(yùn)動(dòng)一章中“向心加速度”的后一節(jié)．根據(jù)課標(biāo)的要求，教師在G-TPCK的指導(dǎo)下，可以設(shè)計(jì)出如表1所示的教學(xué)過(guò)程．

表1 “向心力”主要教學(xué)過(guò)程

續(xù)表1

3.2 G-TPCK理論下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

與較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，G-TPCK理論下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)更注重對(duì)智慧環(huán)境的應(yīng)用和對(duì)學(xué)生發(fā)展的監(jiān)測(cè)．教師能夠在課前通過(guò)智慧平臺(tái)向?qū)W生推送趣味性預(yù)習(xí)材料，讓學(xué)生們做到“帶著問(wèn)題進(jìn)教室”，提高教學(xué)效率；能夠注重形成性評(píng)價(jià)，并依此選擇是否拓展知識(shí)面，如是否引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)圓錐擺；教師能夠通過(guò)智慧平臺(tái)觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并開(kāi)展針對(duì)性教學(xué)．因此，G-TPCK理論下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)能夠充分利用教師的育人知識(shí)，在學(xué)科內(nèi)容上、教學(xué)策略上、技術(shù)實(shí)現(xiàn)上、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)上體現(xiàn)出智慧教育的特點(diǎn)，能夠在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的智慧．

4 結(jié)束語(yǔ)

在G-TPCK教育理念指導(dǎo)下，物理教師需要更進(jìn)一步整合自己的專業(yè)知識(shí)．物理教師需要用自己的育人知識(shí)審視教學(xué)，并綜合智慧環(huán)境、課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生情況等要素提出符合智慧教育的教學(xué)目標(biāo)．教師應(yīng)該在G-TPCK的指導(dǎo)下利用智慧課堂的推送、大數(shù)據(jù)反饋等功能，以學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、心理情況為基礎(chǔ)，實(shí)施以情境教學(xué)法、探究教學(xué)法為主的教學(xué)方法．這種教學(xué)方法較傳統(tǒng)物理教學(xué)在學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)策略、技術(shù)、評(píng)價(jià)等方面更能體現(xiàn)學(xué)生的主體性，更能促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)．