TPACK理論框架下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與整合

范 婷，李金平

(石河子大學(xué) 理學(xué)院，新疆 石河子 832000)

整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)法知識(shí)(TPACK)，是美國(guó)密歇根州立大學(xué)的密舒拉和科勒教授于 2006 年正式提出的[1].TPACK知識(shí)由技術(shù)知識(shí)TK(Technologyknowledge)、教學(xué)法知識(shí)PK(Pedagogicalknowledge)、學(xué)科內(nèi)容知識(shí)CK(Contentknowledge)3個(gè)核心要素互動(dòng)產(chǎn)生，TPACK的理論框架要求教師在綜合考慮三者的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的教學(xué)情境需要，與具體學(xué)科融合，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方案，有效地把技術(shù)整合到教學(xué)設(shè)計(jì)中.

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高等院校理工農(nóng)醫(yī)各專業(yè)課程體系中重要的基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容涉及面廣、實(shí)用性強(qiáng)，在引導(dǎo)學(xué)生掌握物理知識(shí)與技能、培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力、提高科學(xué)研究素養(yǎng)、提升參與實(shí)踐與科學(xué)研究?jī)?nèi)驅(qū)力、建立科學(xué)的世界觀、人生觀和價(jià)值觀方面具有非常重要和深遠(yuǎn)的作用. 現(xiàn)有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在許多問題，如：教學(xué)模式單一、教學(xué)資源難以有效利用、考評(píng)方式存在較大弊端、教學(xué)內(nèi)容老化、不利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)等[2].

利用信息技術(shù)彌補(bǔ)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，是提升教學(xué)質(zhì)量的重要途徑. 目前現(xiàn)代教育技術(shù)手段在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用已較多，如在實(shí)驗(yàn)理論講授中，運(yùn)用電子教案、實(shí)物投影和插播錄像等手段，將講課、演示和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來[3]. 但是如何將技術(shù)有效整合到教學(xué)實(shí)踐中，利用技術(shù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)管理和教學(xué)組織實(shí)施，則需要在真實(shí)具體的情境中進(jìn)行設(shè)計(jì). 本文基于TPACK理論框架，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)技術(shù)等3方面對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了深層次的整合與設(shè)計(jì).

1 建構(gòu)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)TPACK教學(xué)框架

借鑒美國(guó)楊百翰大學(xué)蘇齊·考克斯(Cox)的 TPACK 精致化框架理論[4]，結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程具體教學(xué)實(shí)例，對(duì)整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)中各組成要素進(jìn)行更加細(xì)致的界定，明確各元素復(fù)合的內(nèi)在聯(lián)系和方式，提出了基于精細(xì)化整合技術(shù)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程學(xué)科教學(xué)知識(shí)框架，如圖1所示.

該框架包含大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系知識(shí)(CK)、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)法知識(shí)(PK)和多媒體網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)知識(shí)(TK)3個(gè)核心要素，還有4個(gè)由核心元素相互交織形成的復(fù)合要素，包括：

1)通過開放式學(xué)習(xí)建立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科內(nèi)容教學(xué)的教學(xué)法知識(shí)(PCK)；

2)通過資源共享建立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科內(nèi)容相應(yīng)的信息技術(shù)知識(shí)(TCK)；

3)通過混合式教學(xué)整合信息技術(shù)的教學(xué)法知識(shí)(TPK)；

4)關(guān)注“境脈”因素，學(xué)生、教師、資源多因素協(xié)同作用，有效開展“教與學(xué)”的整合技術(shù)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科教學(xué)知識(shí)(TPACK).

此TPACK教學(xué)框架，堅(jiān)持Blended learning的教育思想，兼取“傳遞—接受”和“自主—探究”二者之所長(zhǎng)，形成 “有意義傳遞”和“教師主導(dǎo)下自主探究”相結(jié)合的教與學(xué)活動(dòng)的新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和方法. 有助于培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力及科學(xué)素養(yǎng)，從而促進(jìn)適應(yīng)社會(huì)與時(shí)代需求的創(chuàng)新人才的培養(yǎng).

圖1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)TPACK教學(xué)框架

2 優(yōu)化大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系(CK)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生多元智能發(fā)展

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容涵蓋力、熱、光、電、近代物理等知識(shí)，要求學(xué)生掌握并了解各種物理實(shí)驗(yàn)背景、基本原理、實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理及使用方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、查閱資料、確定實(shí)驗(yàn)原理和方法、物理過程公式推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、合理選擇實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等能力，培養(yǎng)大學(xué)生敏銳的觀察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力及實(shí)際操作能力.

TPACK框架下的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)置方案(圖2)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，適應(yīng)不同潛質(zhì)的學(xué)生，達(dá)到提高“綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)”的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生多元智能. 具體有以下特點(diǎn)：

1)豐富教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)新時(shí)代大學(xué)生內(nèi)在需求，開展系列化實(shí)驗(yàn). 面向一、二年級(jí)學(xué)生開設(shè)趣味演示實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，開放虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和掌握基本技能后，面向三、四年級(jí)學(xué)生開設(shè)自組研究實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).支持和鼓勵(lì)以“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”和“挑戰(zhàn)杯”等各級(jí)學(xué)生競(jìng)賽做外延拓展，并安排骨干教師精心指導(dǎo).

2)針對(duì)不同專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，因材施教，層次化教學(xué)，階梯式發(fā)展. 課程設(shè)置由淺入深，從基礎(chǔ)測(cè)量實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、綜合提高性實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)，層層深入，符合循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律，易于學(xué)生接受和掌握.

3)整合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，凝練實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以專題化形式開設(shè)綜合提高實(shí)驗(yàn). 專題包括基于同一實(shí)驗(yàn)儀器的多項(xiàng)內(nèi)容系列實(shí)驗(yàn)(如圖2中專題1～專題5)，基于同一物理測(cè)量量的多種方法系列實(shí)驗(yàn)(如圖2中專題6～專題9)，基于探測(cè)器的綜合測(cè)量系列實(shí)驗(yàn)，基于計(jì)算機(jī)的可視化優(yōu)化方案系列實(shí)驗(yàn)等. 理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能、專業(yè)素養(yǎng)三者融會(huì)貫通，全面提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

4)體現(xiàn)了以“學(xué)生為本”的教育理念，利用信息技術(shù)整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系，學(xué)生可通過網(wǎng)上選課預(yù)約系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)資源，在完成必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，選修感興趣的綜合提高專題實(shí)驗(yàn)和自組系列實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)上自修虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，申請(qǐng)開展研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn). 實(shí)現(xiàn)面向?qū)W生不同層次的個(gè)性化學(xué)習(xí).

圖2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)TPACK教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)置方案

3 開發(fā)信息技術(shù)(TK)支持下的教學(xué)資源，建設(shè)技術(shù)支持下的教學(xué)環(huán)境

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息資源服務(wù)平臺(tái)可有效整合實(shí)驗(yàn)資源，實(shí)現(xiàn)資源共享.在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)中，利用“云計(jì)算”技術(shù)構(gòu)建的資源平臺(tái)，為獲取、收集、整理各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)素材、課件等提供了更方便快捷的途徑，實(shí)驗(yàn)資源可以在網(wǎng)絡(luò)上無限地添加和更新，所有教師和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中都可以不斷地改進(jìn)、充實(shí)教學(xué)資源庫(kù)，從而構(gòu)建起開放的、可持續(xù)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源生態(tài)環(huán)境，更好地實(shí)現(xiàn)資源共享和優(yōu)化利用[2].

如表1所示，構(gòu)成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)TPACK教 學(xué)信息資源服務(wù)平臺(tái)的4個(gè)模塊(網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)選排課系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)或微信公眾號(hào)、網(wǎng)上考評(píng)系統(tǒng)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng))協(xié)同發(fā)揮作用，是整合教學(xué)內(nèi)容、施展教學(xué)法的線上舞臺(tái)，綜合構(gòu)建開放式教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)必修、選修和自修的個(gè)性化學(xué)習(xí)，面向不同層次學(xué)生開展專題化、系列化教學(xué). 有助于提升學(xué)生課前實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果、課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、課后拓展研究效果、全面考核反饋效果.

表1 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)TPACK教學(xué)信息資源服務(wù)平臺(tái)

TPACK教學(xué)框架下教學(xué)資源環(huán)境的建設(shè)，不僅要關(guān)注硬件技術(shù)的開發(fā)，還需要更多關(guān)注“軟件”建設(shè). 提高教師信息化教學(xué)設(shè)計(jì)能力、信息化教學(xué)資源應(yīng)用能力、信息化教學(xué)實(shí)施能力和信息化教學(xué)評(píng)價(jià)能力[5]. 分析學(xué)生學(xué)習(xí)特征和需求，創(chuàng)作出學(xué)生愛看、貼近生活、利于知識(shí)轉(zhuǎn)化成能力的課程特色微視屏及精品教學(xué)資源；有效開展播客單元、課程管理、答疑討論、作業(yè)測(cè)試、研究型教學(xué)等線上教學(xué)活動(dòng).

4 研究實(shí)踐教學(xué)策略，設(shè)計(jì)符合學(xué)情的探究型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)方法(PK)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生開始科學(xué)研究的入門課程，通過不斷探索、解決實(shí)踐問題，從而培養(yǎng)創(chuàng)新和科研基本技能. 教師通過創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)學(xué)生興趣，激發(fā)并維持學(xué)生內(nèi)源性學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生思考，明確解決問題的方向；學(xué)生在解決問題的過程中，給予自身反饋，自我激勵(lì)，最終解決全部問題，完成實(shí)驗(yàn)，提升能力[6]. 探究型教學(xué)模式以學(xué)生的主體活動(dòng)為中心，以內(nèi)容、任務(wù)或問題為載體，引發(fā)學(xué)生探究與思考，從而展開基于問題的學(xué)習(xí)(PBL)[3]. 教師關(guān)注操作知識(shí)的綜合應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)問題的創(chuàng)造性解決的“應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造”等高階思維活動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)過程中的指導(dǎo)者、協(xié)助者和促進(jìn)者.

在TPACK教學(xué)框架下將符合物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律的探究型教學(xué)策略，通過線上、線下模式開展混合式教與學(xué)活動(dòng). 如圖3所示，基于TPACK教學(xué)信息資源服務(wù)平臺(tái)，創(chuàng)設(shè)混合式教學(xué)環(huán)境，融入傳統(tǒng)教學(xué)方式和電子媒體信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使教學(xué)“主導(dǎo)”與“主體”密切結(jié)合起來，從而形成“教與學(xué)齊頭并進(jìn)”的教學(xué)設(shè)計(jì)模式. 采用“創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)問題情境—分析論證實(shí)驗(yàn)問題—制訂實(shí)驗(yàn)解決方案—實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案—總結(jié)評(píng)價(jià)反思—?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”的基于問題的流程,通過面對(duì)面講解、討論、實(shí)踐、評(píng)價(jià)、引導(dǎo)探究開展課堂教學(xué)活動(dòng)；通過自主預(yù)習(xí)、協(xié)作討論、成果展示、研究互助、反饋評(píng)測(cè)開展在線教學(xué)活動(dòng)；通過課程設(shè)置體現(xiàn)探究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究性自主學(xué)習(xí)的個(gè)性化發(fā)展,使學(xué)生更易于實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移，從而大幅度提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平和質(zhì)量.

圖3 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基于問題的混合式教學(xué)模式

5 結(jié) 論

基于TPACK框架，從物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科內(nèi)容知識(shí)、教學(xué)法知識(shí)、技術(shù)知識(shí)3個(gè)方面整合教學(xué)方案. 將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系列化、層次化、專題化、個(gè)性化，體現(xiàn)了以“學(xué)生為本”的教育理念；基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息資源服務(wù)平臺(tái)，優(yōu)化教育環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源共享；基于問題的混合式教學(xué)法，發(fā)展不同層級(jí)學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，內(nèi)化學(xué)生的自主創(chuàng)新性研究能力. 利用信息技術(shù)整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)法，學(xué)生可通過網(wǎng)上選課預(yù)約系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)資源，在完成必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，選修感興趣的綜合提高專題實(shí)驗(yàn)和自組系列實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)上自修虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，申請(qǐng)做研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn). 實(shí)現(xiàn)面向?qū)W生不同層次的個(gè)性化學(xué)習(xí)，促進(jìn)適應(yīng)社會(huì)與時(shí)代需求的創(chuàng)新人才的培養(yǎng).

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