郭雅潔

(上海市浦東教育發(fā)展研究院,上海 200127)

2018年1月22日,教育部教師工作司發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《教育部教師工作司2018年工作要點》(以下簡稱《要點》)的通知,《要點》中強調(diào)要大力提升教師新技術(shù)應(yīng)用能力,推動新技術(shù)與教師專業(yè)發(fā)展有機融合．2017年底出臺的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)物理教師通過多樣化的教學(xué)方式,利用現(xiàn)代信息技術(shù),來引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì),增強學(xué)生的探究能力和解決實際問題的能力．[1]由此看來,信息技術(shù)的變革給教育教學(xué)帶來了重大的影響,利用信息技術(shù)開展教育教學(xué)的能力將成為信息時代下中學(xué)物理教師專業(yè)能力中的一項重要能力．

1 TPACK框架與內(nèi)涵

2009年美國密西根州立大學(xué)學(xué)者Koehler和Mishra就曾在《What Is Technological Pedagogical Content Knowledge?》一文中提出了整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(TPACK),首次將技術(shù)知識納入教師知識結(jié)構(gòu)．這一理論的提出,不僅詮釋了學(xué)科知識、教學(xué)知識和技術(shù)知識三者之間復(fù)雜交疊的關(guān)系,也為信息技術(shù)時代下技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的融合提供了理論依據(jù)．

TPACK包含3種核心知識元素:學(xué)科知識(Content Knowledge,簡稱CK)、教學(xué)知識(Pedagogical Knowledge,簡稱PK)和技術(shù)知識(Technological Knowledge,簡稱TK)．其中,學(xué)科知識(CK)包括教師要教的知識和教師對知識的理解;教學(xué)知識(PK)指關(guān)于所有教與學(xué)過程、實踐或方法相關(guān)的知識;技術(shù)知識(TK)是指關(guān)于技術(shù)特點和應(yīng)用的知識,對具體技術(shù)的操作和適應(yīng)以及學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力．

由于這3種核心元素的交叉融合,又衍生了4種復(fù)合要素:學(xué)科教學(xué)知識(PCK)、整合技術(shù)的學(xué)科知識(TCK)、整合技術(shù)的教學(xué)知識(TPK)和整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(TPACK)等．學(xué)科教學(xué)知識指關(guān)于如何選用不同的教學(xué)法來促進某門學(xué)科教學(xué)的知識,即具體學(xué)科知識的“教學(xué)轉(zhuǎn)化”;整合技術(shù)的學(xué)科知識指關(guān)于如何整合技術(shù)來呈現(xiàn)該學(xué)科內(nèi)容的知識;整合技術(shù)的教學(xué)知識指如何使用技術(shù)來支持教學(xué)的知識;整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識指關(guān)于技術(shù)的產(chǎn)生如何影響學(xué)科內(nèi)容的組織和教學(xué)法選擇的知識．[2]

2 TPACK視角下的高中物理教學(xué)案例

本文以上?？茖W(xué)技術(shù)出版社高中二年級第2學(xué)期物理教材的第11章“學(xué)習(xí)包—電磁波”的教學(xué)為例,以TPACK的視角進行教學(xué)分析,并給出相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計．

2.1 基于TPACK的“學(xué)習(xí)包—電磁波”的教學(xué)分析

學(xué)科內(nèi)容分析：本節(jié)學(xué)習(xí)包的內(nèi)容主要涉及電磁波的概念,電磁波的產(chǎn)生、傳播和接收,電磁波譜,以及電磁波的特點、性質(zhì)及其簡單應(yīng)用,是本章前兩節(jié)電磁感應(yīng)和感應(yīng)電流相關(guān)知識的延伸和應(yīng)用．電磁波的概念較為抽象,在教學(xué)過程中只作定性介紹,不作深刻的理論分析．

教學(xué)重點: (1) 麥克斯韋電磁場理論; (2) 電磁波譜．

教學(xué)難點:麥克斯韋電磁場理論．

教學(xué)法分析： 學(xué)生在初中階段已經(jīng)接觸到有關(guān)電磁波的知識,但是對電磁波的產(chǎn)生原理、電磁波譜以及不同波段的電磁波的性質(zhì)和應(yīng)用卻并不熟悉．因此本節(jié)課通過演示實驗激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲,將電磁波的概念和產(chǎn)生原理闡釋清楚,同時通過學(xué)生實驗激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情,也讓學(xué)生感受到物理知識與實際生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系．高中生已經(jīng)具備了較強的自主學(xué)習(xí)的能力,所以本節(jié)課提供給學(xué)生“學(xué)習(xí)包”的平臺,讓學(xué)生自主學(xué)習(xí),了解電磁波的特點和應(yīng)用．

技術(shù)分析： 本節(jié)課將技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合,通過技術(shù)來輔助解決傳統(tǒng)課堂中難以解決的問題、無法呈現(xiàn)的效果,這在一定程度上豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗,提升了教學(xué)有效性,促進教學(xué)目標(biāo)的有效達成．

2.2 基于TPACK的“學(xué)習(xí)包—電磁波”的教學(xué)設(shè)計

環(huán)節(jié)1:情境引入.

演示“氖燈發(fā)光”實驗,學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象,思考氖燈發(fā)光的原因．(實驗如圖1所示)

提問1:回憶電路中的知識,要使燈發(fā)光,需要什么能量?

提問2:氖燈與高壓發(fā)生器之間并無導(dǎo)線連接,能量是通過什么傳遞的呢?

由此引入本節(jié)課題——電磁波．

圖1 高壓發(fā)生器激發(fā)氖燈發(fā)光實驗圖

設(shè)計意圖： 此處通過演示實驗激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,并通過兩次追問引發(fā)學(xué)生思考．學(xué)生對氖燈發(fā)光的原理并不知曉,但是學(xué)生已經(jīng)有了第9章“電路”的基礎(chǔ),知道用電器工作必須要有電能,所以對“電能”的來源產(chǎn)生疑問．

實現(xiàn)方式： 本實驗作為本節(jié)課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)的演示實驗,必然要使得全班學(xué)生能夠清晰看到完整的實驗現(xiàn)象．然而實驗中使用的氖泡很小,即使發(fā)光明亮也很難確保全班學(xué)生都能看清．因此在此環(huán)節(jié)中,筆者使用了蘋果手機的錄屏功能，啟動錄屏軟件,確保手機和教室中的計算機在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,讓手機和錄屏設(shè)備相連接．打開手機攝像頭,讓手機攝像頭對準(zhǔn)實驗裝置,將實驗現(xiàn)象投射到教室的顯示屏上,放大實驗現(xiàn)象．

環(huán)節(jié)2:新課講授.

由演示實驗引出“電磁波”的概念,那么什么是電磁波呢?教師從學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生回顧“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”和“電流的磁效應(yīng)”,讓學(xué)生思考一段時間后由學(xué)生自己描述．

教師補充:在變化的磁場中放一個閉合電路,電路里將會產(chǎn)生感應(yīng)電流,這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象．麥克斯韋從場的觀點解釋,電路里之所以會產(chǎn)生感應(yīng)電流,實際上是因為這個變化的磁場產(chǎn)生了電場,電荷在電場的作用下定向移動形成了感應(yīng)電流．既然變化的磁場能產(chǎn)生電場,那變化的電場是否也能產(chǎn)生磁場呢?研究表明，變化的電場也能產(chǎn)生變化的磁場，這種變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,從而形成了一個不可分割的統(tǒng)一體——電磁場．電磁場從發(fā)生區(qū)域向空間傳播,就形成了電磁波．電磁波傳播過程中同時伴隨著能量的傳遞．

學(xué)生對電磁波產(chǎn)生原理有了初步的認識,教師此時可以向?qū)W生解釋本節(jié)課開始時候的演示實驗的原理:高壓發(fā)生器發(fā)射出電磁波信號,氖燈接收到通過電磁波傳遞的電能,所以發(fā)光．1887年德國物理學(xué)家赫茲以實驗證實電磁波的存在,與這一演示實驗的原理相似．

設(shè)計意圖： 這部分內(nèi)容是本節(jié)課的重點,也是難點．2017年新頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中對“電磁波”這部分內(nèi)容提出了明確的要求“初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想;初步了解場的統(tǒng)一性與多樣性,體會物理學(xué)對統(tǒng)一性的追求．”《上海市高中物理學(xué)科教學(xué)基本要求》中對這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)水平要求為A,即學(xué)生僅需要“知道”電磁場的概念以及麥克斯韋電磁場理論的基本思想．[3]所以本節(jié)課沒有對此進行深刻探討．

實現(xiàn)方式： 通過PPT回顧“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”和“電流的磁效應(yīng)”等重要規(guī)律,呈現(xiàn)電磁、磁場相互激發(fā)的原理圖,幫助學(xué)生理解電磁波形成和傳播的基本原理．

環(huán)節(jié)3:實驗探究.

通過DIS微電流實驗探測電磁波,了解電磁波的特性．

實驗器材:DIS6.0實驗系統(tǒng)、微電流傳感器、干電池、鋁箔紙、手機(自帶)．

(1) 讓學(xué)生舉例說說他們知道的電磁波發(fā)射源．

學(xué)生回答:手機、電動剃須刀、半導(dǎo)體收音機、音箱、微波爐等等．

(2) 學(xué)生分組實驗.通過DIS實驗檢測電磁波的發(fā)射、接收與屏蔽，并完成“學(xué)習(xí)卡”上的相關(guān)要求．

操作步驟:

a. 手機靜止在感應(yīng)線圈附近,不做任何操作,觀察波形變化;b. 手機靜止在感應(yīng)線圈附近時,撥打電話,再一次觀察波形變化;c. 當(dāng)撥打電話的手機距離感應(yīng)線圈較遠時,觀察波形變化;d. 用金屬鋁箔紙包住手機,看是否能夠接收到來電信號．

(3) 學(xué)生交流觀察到的實驗現(xiàn)象,并得出相關(guān)結(jié)論．

設(shè)計意圖： 讓學(xué)生利用DIS微電流傳感器以及電磁波信號源檢測電磁波接收、發(fā)射與屏蔽的效果，以此來激發(fā)學(xué)生興趣,感受生活中的電磁波,讓學(xué)生切身體會到“電磁波無處不在”．

實現(xiàn)方式： 將“實驗器材”、“實驗原理”、“實驗準(zhǔn)備”、“實驗內(nèi)容和操作”以及要填寫的“實驗現(xiàn)象和結(jié)論”通過“學(xué)習(xí)卡”的形式呈現(xiàn),學(xué)生人手一張．學(xué)生自主閱讀“學(xué)習(xí)卡”進行操作和記錄,教師在學(xué)生實驗的過程中一邊觀察一邊加以引導(dǎo)．

環(huán)節(jié)4:新課講授.

通過PPT向?qū)W生介紹電磁波的一些基本屬性以及電磁波譜．

環(huán)節(jié)5:學(xué)習(xí)與分享.

了解電磁波的特點、應(yīng)用及危害．

(1) 自由閱讀環(huán)節(jié).

為學(xué)生提供6個不同波段電磁波的相關(guān)資料,學(xué)生通過掃描二維碼,選擇一個感興趣的進行瀏覽,也可閱讀課本中提供的“學(xué)習(xí)包”材料,完成表格,表格中需要填寫的內(nèi)容包括選讀的波段、產(chǎn)生機理、分類、性質(zhì)或特點、用途和危害．

(2) 交流分享環(huán)節(jié).

請學(xué)生介紹所了解的電磁波的性質(zhì)、應(yīng)用和特點,與其他學(xué)生分享．

設(shè)計意圖： 與電磁波譜有關(guān)的信息量巨大,課堂上有限的時間無法使學(xué)生了解所有波段電磁波的基本知識,所以本環(huán)節(jié)設(shè)計了讓學(xué)生自主選擇感興趣的信息自主學(xué)習(xí)并在組內(nèi)交流共享的方式．“學(xué)生是課堂的主人”,“學(xué)習(xí)包”的理念也正是要突出學(xué)生的自主性,讓學(xué)生在探究、思考和交流的過程中深入了解電磁波的性質(zhì)以及電磁波的應(yīng)用和發(fā)展．另外,二維碼將相關(guān)信息整合在一起,也節(jié)省了學(xué)生大量搜索網(wǎng)頁以及了解無關(guān)信息的時間．

實現(xiàn)方式： 教師在課前通過“草料二維碼”軟件將各波段電磁波的知識內(nèi)容或相關(guān)網(wǎng)頁鏈接編輯、整合在一個二維碼中,制作各波段的電磁波的二維碼．每個二維碼中的內(nèi)容可以任意編輯、美化,可以包含文字、圖片或網(wǎng)址鏈接等多種形式的信息．學(xué)生在課堂上或者課后通過掃碼可以閱讀各波段電磁波的相關(guān)特性與應(yīng)用．圖2是筆者制作的“紅外線”二維碼中的閱讀材料．

圖2 “紅外線”二維碼的閱讀材料

2.3 TPACK框架下的“學(xué)習(xí)包—電磁波”的教學(xué)案例分析

根據(jù)TPACK各構(gòu)成要素的定義,筆者對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程進行分析見表1,從而更清晰地呈現(xiàn)出教師的學(xué)科知識、教學(xué)法知識、技術(shù)知識三者之間的融合,以及其在中學(xué)物理教學(xué)中所起到的積極的作用．

表1 “學(xué)習(xí)包—電磁波”教學(xué)中TPACK構(gòu)成要素分析

續(xù)表

3 關(guān)于TPACK視角下高中物理教學(xué)的幾點思考

隨著信息社會的高速發(fā)展,各種各樣新興的技術(shù)不斷涌入,信息技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的作用和影響已經(jīng)受到廣泛關(guān)注．對于物理這樣一門實驗科學(xué)而言,多媒體技術(shù)、DIS數(shù)字化實驗技術(shù)等的引入對教師們的教學(xué)方式和教學(xué)行為的改變起著不可忽視的作用．這些年來,中學(xué)物理教師們不斷地主動或被動地接受著各種與技術(shù)有關(guān)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn),掌握了越來越多的新的與教學(xué)有關(guān)的技術(shù),這使得信息技術(shù)支撐下的中學(xué)物理教學(xué)逐漸成為常態(tài)．

然而,如何使技術(shù)更好地服務(wù)于我們的教學(xué)實踐?筆者從TPACK理論出發(fā),結(jié)合前面介紹的教學(xué)案例談幾點思考．

3.1 重視學(xué)科知識的積累,提升學(xué)科專業(yè)素養(yǎng)

一個最佳的知識結(jié)構(gòu),必須突出自己所從事的職業(yè)與專業(yè)知識,而教師作為一種高度專業(yè)化的職業(yè),必然首先要精通自己所教的學(xué)科．中學(xué)物理教師既要從物理教材的整體結(jié)構(gòu)上,又要從物理知識的科學(xué)體系上掌握物理知識[4]．尤其對于高中物理教師而言,僅僅掌握教材上的知識內(nèi)容已經(jīng)無法滿足教學(xué)與學(xué)生的需求了,要能夠站在更高的高度對物理學(xué)科知識的完整體系有比較清晰的理解．在理解每個概念和原理的同時,還要了解和掌握與此相關(guān)的背景知識、發(fā)展過程,明確知識內(nèi)容和整體學(xué)科的發(fā)展趨勢,包括相關(guān)的物理學(xué)史知識以及前沿知識．例如在“學(xué)習(xí)包—電磁波”的教學(xué)中,我們知道,麥克斯韋在提出電磁場的基本思想后,用數(shù)學(xué)形式將電磁場基本定律歸納為4個方程,完美統(tǒng)一了整個電磁場．麥克斯韋方程組定量地給出了電場與磁場以及產(chǎn)生這些場的電荷、穩(wěn)恒電流及時變電流之間的關(guān)系,但這一方程組無論是微分形式還是積分形式都是高中學(xué)生無法理解的,而作為高中物理教師需要有完備的電磁學(xué)知識作為支撐．對麥克斯韋電磁場理論的深刻理解可以讓中學(xué)物理教師更好地理解電磁現(xiàn)象,教師可以通過介紹法拉第、麥克斯韋等科學(xué)家的生平事跡和科學(xué)貢獻讓學(xué)生了解他們探究自然的科學(xué)方法．這對幫助學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀有至關(guān)重要的作用．

3.2 積極嘗試信息手段與傳統(tǒng)課堂的整合,構(gòu)建信息化教學(xué)模式

在TPACK三個基本要素中,學(xué)科知識固然是基礎(chǔ),是教學(xué)法選擇和技術(shù)選擇的依據(jù),但技術(shù)的革新對課堂教學(xué)法的選擇、教學(xué)內(nèi)容的組織產(chǎn)生的影響不可忽視．例如在本文的教學(xué)案例中,在網(wǎng)絡(luò)、攝影與投屏等技術(shù)的支持下,演示實驗的微小現(xiàn)象的放大成為可能,一方面教學(xué)效果得到顯著提升,另一方面學(xué)生對實驗現(xiàn)象的追問和思考能加深其記憶和理解．物理教師應(yīng)更新自身的教學(xué)觀念,加強對技術(shù)的學(xué)習(xí),同時提高使用各種信息技術(shù)的意識,嘗試使用多種工具來優(yōu)化課堂教學(xué),這對培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、提升學(xué)生的思維品質(zhì)有重要的意義．

4.3 合理使用技術(shù),讓技術(shù)融入有意義的教學(xué)中

在課堂上廣泛地使用技術(shù),不是為了課堂氣氛的熱鬧和活躍,而是為了幫助教師解決傳統(tǒng)教學(xué)手段無法解決的問題,或者是更高效地實現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)．面對各種各樣的技術(shù),物理教師要懂得如何選擇、運用合適的技術(shù),以更好地闡述教學(xué)知識,通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略有效地運用技術(shù)來支持自己的教學(xué),而不是為了技術(shù)而使用技術(shù)．過多無關(guān)的技術(shù)引入課堂往往會分散學(xué)生的注意力,技術(shù)的不合理使用也無法達到提升教學(xué)效果的作用,甚至?xí)a(chǎn)生負面的影響．技術(shù)是一種工具或者手段,而正確地使用某一種技術(shù)才是教師知識和能力的體現(xiàn)．在使用技術(shù)的時候既要充分考慮這一技術(shù)與學(xué)科知識、與教學(xué)方法的融合,又要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容以及所教學(xué)生的能力、情感、興趣的差異調(diào)整技術(shù)的使用[5]．