基于TPACK理論的初中物理實驗教學創(chuàng)新策略

【摘要】TPACK理論為信息技術和教學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具有重要的指導意義。文章首先闡述了TPACK理論的內涵，其次分析TPACK理論指導下初中物理實驗教學的關鍵，然后以TPACK理論框架為指導提出初中物理實驗教學的創(chuàng)新策略，從技術的選擇以及使用探討了教學實施的具體做法。

【關鍵詞】初中物理；TPACK理論；實驗教學；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的重要內容，但是傳統(tǒng)的物理實驗教學存在著諸多的限制和挑戰(zhàn)，比如實驗設備不足、信息化程度不高等，導致實驗教學的效果不佳。在信息化時代的背景下，初中物理教師應改變傳統(tǒng)的教學模式，積極探索信息技術和物理實驗融合教學的新模式。TPACK理論是在舒曼學科教學模型（PCK）理論的基礎上融入信息技術應用知識構成的概念模型理論，能夠指導教師將信息技術和當前的教學有機融合。筆者嘗試以TPACK為理論指導開展初中物理實驗教學，以促進信息技術和實驗教學的整合，探索初中物理實驗教學的創(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“整合技術的學科教學知識（Techno？ logical Pedagogical Content Knowledge）”的英文縮寫。TPACK是在舒爾曼教學內容知識（PCK）框架的基礎上建立的概念框架，其包含了3個基礎知識庫，分別為技術知識（TK）、教學知識（PK）和內容知識（CK），其中內容知識（CK）是指具體學科的知識內容；技術知識（TK）是指能夠被運用到學科教學中的各種傳統(tǒng)、新型的技術知識；教學知識（PK）是指促進學生學習的教學方法、教學策略方面的知識。

三個基礎知識庫彼此之間具有密切的關聯(lián)，相互影響和作用，形成了四種重疊形式的知識，分別為技術內容知識（TCK）、技術教學知識（TPK）、教學內容知識（PCK）以及將三類基礎知識融會貫通形成的知識（TPACK）。在TPACK理論指導下開展教學工作，教師應同時關注并理解技術、學科內容以及教學法這三個要素，同時把握這三者之間交互形成的新知識。

二、TPACK理論指導下的初中物理實驗教學關鍵

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

一是教師應在傳統(tǒng)實驗難以測量或者無法操作時使用信息技術。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進行動畫模擬，將物理過程直觀地展示在學生面前。

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，而有的物理現象發(fā)生過程極為緩慢，教師則可以利用合適的信息技術，將耗時長的物理實驗過程壓縮，在課堂上呈現經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，學生難以觀察到瞬間現象，教師也可以借助信息技術定格實驗現象，將整個物理過程的變化清晰地呈現出來。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進行仿真實驗，突破實驗教學中的重難點。比如，人體觸電現象、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開展模擬實驗。

三是需要描繪物理圖象和采集大量數據的實驗。當需要描繪物理圖象、采集大量的實驗數據時，采用傳統(tǒng)方法采集的數據十分有限，并且會產生較大的實驗誤差，從而影響最終的實驗結論。對于這一類實驗，教師也可以使用信息技術讓實驗便捷開展。比如，數據采集器、數字化傳感器等，將這些技術運用到實驗教學中，能夠為學生搭建良好的實驗平臺，助力學生實時、精準采集實驗數據，并對數據進行高效、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。能夠運用到物理實驗教學中的技術種類非常多，不同的技術有不同的特征和優(yōu)勢，選擇適宜的技術才能充分發(fā)揮出技術的優(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)性技術和信息技術的研究，結合具體的實驗內容和教學需求，精心選擇適宜技術，借助相關的技術手段來優(yōu)化物理實驗[2]。在選擇使用何種技術時，教師要遵循“適合的就是最好的”原則，凸顯技術的實用性，而不是一味地追求先進或者時尚的技術。TPACK理論框架對物理實驗教學具有重要的指導作用，合適的技術能夠簡化實驗步驟、強化實驗證據或者將實驗短板補齊，也可以激發(fā)學生的實驗興趣，或者對學生的思維漏洞進行填補。教師在選擇相應的技術時，應該明確技術應用的作用和功能，技術的使用應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，讓微小的實驗現象放大化，讓難以觀測的實驗現象可視化等，或者利用信息技術創(chuàng)設直觀的實驗情境，充分發(fā)揮信息技術的優(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。TPACK理論要求教師將技術、教學法以及學科內容深度融合，強調了教師在教學過程中運用信息技術具備的知識和能力。信息技術支持下的教學環(huán)境更加多變，教師在設計信息化的教學方案時，應靈活掌握教學方式和技巧，讓技術能夠和學科內容知識、教學知識形成適宜的組合形式[3]。在初中物理實驗教學中，教師使用技術時需要找準技術使用的環(huán)節(jié)，并將技術和物理實驗教學知識、物理實驗內容知識進行融合創(chuàng)新，這就要求教師要熟練掌握相關的技術。教師使用技術時，需要先分析物理實驗內容知識，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法，比如小組合作、自主探究、教師演示等，然后在此基礎上嫻熟地使用技術，借助技術凸顯重難點，順利完成教學內容，達成教學目標。

三、基于TPACK理論的初中物理實驗教學創(chuàng)新策略

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

例如，在“探究電磁感應現象”的物理實驗教學中，教師應從學科價值的視角對這一實驗內容進行分析。學生在學習這一內容之前，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上知道了電能生磁，教師要在此基礎上帶領學生動手操作，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。“探究電磁感應現象”是“電與磁”章節(jié)的重要內容，電磁感應現象是發(fā)電機發(fā)電的基本原理，教師要對這一物理實驗的內容結構進行綜合分析，然后選擇與本內容體系匹配的教學組合形式，明確教學目標，并制訂教學指導方案。

2.基于學生需求分析技術知識（TK）、技術內容知識（TCK），選定合適技術。基于TPACK理論開展教學，教師要解決選擇何種技術的關鍵問題，教師可以基于學生需求分析技術知識（TK）和技術內容知識（TCK），從而選擇適宜技術。技術內容知識是關于如何使用相應的技術來呈現學科內容的知識，將技術運用到初中物理實驗教學中，一定要凸顯出技術的實用性，以技術為手段突出教學重點，幫助學生突破學習難點，提高實驗教學的效果，不能為了使用技術而使用技術[5]。技術的使用是為了幫助學生更好地理解物理實驗內容，因此教師要做好學情分析，基于學生的需求分析技術知識。教師要熟悉掌握各種能夠運用到物理實驗教學中的傳統(tǒng)性技術和信息技術，從物理實驗的過程、教學需求出發(fā)，明確技術運用的目的和功能，結合具體的物理實驗教學內容選擇適宜的技術。

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

3.基于教學實踐分析教學知識（PK）、教學內容知識（PCK）以及技術教學知識（TPK），實施教學。在物理實驗教學環(huán)節(jié)，教師要依托合適的技術呈現物理實驗過程，引導學生積極參與到實驗探究的過程中，因此教師要從教學實踐的角度對教學知識（PK）、內容知識（PCK）以及技術教學知識（TPK）加以分析，確定教學方案，設計教學流程。教學內容知識是關于使用相應的教學方法和策略完成學科內容教授的知識，而技術教學知識則是關于使用相關的技術來支持教學方法或者教學策略，教師要熟悉掌握各種能夠促進學生學習的教學策略、方法和活動方面的知識，結合物理實驗教學的特點，考慮采用哪種教學方法和策略、開展怎樣的教學活動，然后將相關的技術融合進來，在技術的支持下開展實驗活動，有效促進教學知識、內容知識和技術知識的融合。

在“探究電磁感應現象”的實驗教學中，教師應貫徹“以生為本”的教育理念，發(fā)揮學生的主體性，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。教師將教學技術整合到物理實驗教學中，為學生搭建數字化實驗裝置，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驅動教學法、問題導學法等，圍繞實驗內容設計相應的任務或者提出相關的問題，為學生的分組探究指引方向，同時激活學生的思維。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“我們如何將磁極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)學生的思考，鼓勵學生以小組為單位探討解決方案。教師提出問題之后，要給予學生充足的時間思考、探索。當然，這些問題可能對學生來說難度較大，因此，教師應該在必要的時候對學生進行啟發(fā)和引導，適時出示微電流傳感器、數據采集器等，和學生一起探討如何將它們整合到實驗中，通過這些技術的使用將感應電流的圖象實時顯示在電腦屏幕中。教師在這個過程中，借助信息技術建立了具體的模型，將電磁感應現象可視化，提高了教學效率。

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

參考文獻

[1]葛興爍.TPACK視域下信息技術融合初中物理習題課教學實踐[J].理科考試研究，2023（18）：42-45.

[2]木立印.基于TPACK理論框架探討初中物理創(chuàng)新實驗教學方法與實施[J].安徽教育科研，2024（11）：55-57.

[3]王咪咪，張小云.基于TPACK理論的初中物理教學策略研究[J].科教文匯，2023（21）：175-178.

[4]曹詩琴，丁益民，張宇庭，等.基于TPACK理論初中物理教學設計——以“焦耳定律”為例[J].湖南中學物理，2023（08）：66-71.

[5]于劍雄.基于TPACK理論框架下探究中學物理的教與學[J].廣西物理，2023（04）：170-172.

編輯：張昀