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(TPACK)，是美國密歇根州立大學(xué)的密舒拉和科勒教授于 2006 年正式提出的[1].TPACK知識由技術(shù)知識TK(Technologyknowledge)、教學(xué)法知識PK(Pedagogicalknowledge)、學(xué)科內(nèi)容知識CK(Contentknowledge)3個核心要素互動產(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)計中.

大學(xué)物理實驗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、實用性強，在引導(dǎo)學(xué)生掌握物理知識與技能、培養(yǎng)實踐動手能力、提高科學(xué)研究素養(yǎng)、提升參與實踐與科學(xué)研究內(nèi)驅(qū)力、建立科學(xué)的世界觀、人生觀和價值觀方面具有非常重要和深遠的作用. 現(xiàn)有大學(xué)物理實驗教學(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)彌補大學(xué)物理實驗教學(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)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用已較多，如在實驗理論講授中，運用電子教案、實物投影和插播錄像等手段，將講課、演示和實驗結(jié)合起來[3]. 但是如何將技術(shù)有效整合到教學(xué)實踐中，利用技術(shù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，進行教學(xué)管理和教學(xué)組織實施，則需要在真實具體的情境中進行設(shè)計. 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方面對大學(xué)物理實驗教學(xué)進行了深層次的整合與設(shè)計.

1 建構(gòu)大學(xué)物理實驗TPACK教學(xué)框架

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

該框架包含大學(xué)物理實驗內(nèi)容體系知識(CK)、大學(xué)物理實驗教學(xué)法知識(PK)和多媒體網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)知識(TK)3個核心要素，還有4個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)物理實驗學(xué)科內(nèi)容教學(xué)的教學(xué)法知識(PCK)；

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

3)通過混合式教學(xué)整合信息技術(shù)的教學(xué)法知識(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)物理實驗學(xué)科教學(xué)知識(TPACK).

此TPACK教學(xué)框架，堅持Blended learning的教育思想，兼取“傳遞—接受”和“自主—探究”二者之所長，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)活動的新實驗教學(xué)理念和方法. 有助于培養(yǎng)大學(xué)生的實踐、創(chuàng)新能力及科學(xué)素養(yǎng)，從而促進適應(yīng)社會與時代需求的創(chuàng)新人才的培養(yǎng).

圖1 大學(xué)物理實驗TPACK教學(xué)框架

2 優(yōu)化大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容體系(CK)，實現(xiàn)學(xué)生多元智能發(fā)展

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

TPACK框架下的大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)置方案(圖2)遵循學(xué)生的認知規(guī)律，適應(yīng)不同潛質(zhì)的學(xué)生，達到提高“綜合實驗素養(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：

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

2)針對不同專業(yè)學(xué)生特點，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)測量實驗、基礎(chǔ)應(yīng)用實驗、綜合提高性實驗到設(shè)計研究性實驗，層層深入，符合循序漸進的教學(xué)規(guī)律，易于學(xué)生接受和掌握.

3)整合實驗項目，凝練實驗內(nèi)容，以專題化形式開設(shè)綜合提高實驗. 專題包括基于同一實驗儀器的多項內(nèi)容系列實驗(如圖2中專題1～專題5)，基于同一物理測量量的多種方法系列實驗(如圖2中專題6～專題9)，基于探測器的綜合測量系列實驗，基于計算機的可視化優(yōu)化方案系列實驗等. 理論知識、實驗技能、專業(yè)素養(yǎng)三者融會貫通，全面提升實驗?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)整合實驗內(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)平臺資源，在完成必修基礎(chǔ)實驗內(nèi)容后，選修感興趣的綜合提高專題實驗和自組系列實驗，網(wǎng)上自修虛擬仿真實驗，申請開展研究創(chuàng)新性實驗. 實現(xiàn)面向?qū)W生不同層次的個性化學(xué)習(xí).

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

如表1所示，構(gòu)成大學(xué)物理實驗TPACK教 學(xué)信息資源服務(wù)平臺的4個模塊(網(wǎng)上實驗選排課系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或微信公眾號、網(wǎng)上考評系統(tǒng)和虛擬仿真實驗系統(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，綜合構(gòu)建開放式教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)必修、選修和自修的個性化學(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)生課前實驗預(yù)習(xí)效果、課堂實驗教學(xué)效果、課后拓展研究效果、全面考核反饋效果.

表1 大學(xué)物理實驗TPACK教學(xué)信息資源服務(wù)平臺

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)計能力、信息化教學(xué)資源應(yīng)用能力、信息化教學(xué)實施能力和信息化教學(xué)評價能力[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)測試、研究型教學(xué)等線上教學(xué)活動.

4 研究實踐教學(xué)策略，設(shè)計符合學(xué)情的探究型大學(xué)物理實驗混合式教學(xué)方法(PK)

大學(xué)物理實驗是學(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)動機，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，最終解決全部問題，完成實驗，提升能力[6]. 探究型教學(xué)模式以學(xué)生的主體活動為中心，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)注操作知識的綜合應(yīng)用和實驗問題的創(chuàng)造性解決的“應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造”等高階思維活動，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)過程中的指導(dǎo)者、協(xié)助者和促進者.

在TPACK教學(xué)框架下將符合物理實驗規(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. 如圖3所示，基于TPACK教學(xué)信息資源服務(wù)平臺，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，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”的教學(xué)設(shè)計模式. 采用“創(chuàng)設(shè)實驗問題情境—分析論證實驗問題—制訂實驗解決方案—實施實驗方案—總結(jié)評價反思—創(chuàng)新設(shè)計實驗”的基于問題的流程,通過面對面講解、討論、實踐、評價、引導(dǎo)探究開展課堂教學(xué)活動；通過自主預(yù)習(xí)、協(xié)作討論、成果展示、研究互助、反饋評測開展在線教學(xué)活動；通過課程設(shè)置體現(xiàn)探究型實驗教學(xué)和研究性自主學(xué)習(xí)的個性化發(fā)展,使學(xué)生更易于實現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移，從而大幅度提高實驗教學(xué)的水平和質(zhì)量.

圖3 大學(xué)物理實驗基于問題的混合式教學(xué)模式

5 結(jié) 論

基于TPACK框架，從物理實驗學(xué)科內(nèi)容知識、教學(xué)法知識、技術(shù)知識3個方面整合教學(xué)方案. 將大學(xué)物理實驗內(nèi)容系列化、層次化、專題化、個性化，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)建實驗教學(xué)信息資源服務(wù)平臺，優(yōu)化教育環(huán)境，實現(xiàn)資源共享；基于問題的混合式教學(xué)法，發(fā)展不同層級學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強學(xué)生的實踐操作能力，內(nèi)化學(xué)生的自主創(chuàng)新性研究能力. 利用信息技術(shù)整合實驗內(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)平臺資源，在完成必修基礎(chǔ)實驗內(nèi)容后，選修感興趣的綜合提高專題實驗和自組系列實驗，網(wǎng)上自修虛擬仿真實驗，申請做研究創(chuàng)新性實驗. 實現(xiàn)面向?qū)W生不同層次的個性化學(xué)習(xí)，促進適應(yīng)社會與時代需求的創(chuàng)新人才的培養(yǎng).

參考文獻：

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