李紅偉

(廣州市第五中學(xué) 廣東 廣州 510240)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)( 2017年版)》中的基本理念提出：通過多樣化的教學(xué)方式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，來(lái)引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的探究能力和解決實(shí)際問題的能力[1].信息技術(shù)走進(jìn)課堂，給傳統(tǒng)的課堂教學(xué)注入了新鮮血液的同時(shí)，也為其帶來(lái)了新的挑戰(zhàn).教師是課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)者、組織者、參與者，是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合的關(guān)鍵，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，能極大提高課堂教學(xué)效率，提升教育教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.

1 TPACK理論框架

TPACK稱為整合技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容知識(shí)，是整合教學(xué)技術(shù)、教學(xué)知識(shí)和學(xué)科知識(shí)的理論框架.它由3個(gè)核心要素:內(nèi)容知識(shí)(CK)、教學(xué)知識(shí)(PK)和技術(shù)知識(shí)(TK)，3個(gè)復(fù)合要素：教學(xué)內(nèi)容知識(shí)(PCK)、技術(shù)內(nèi)容知識(shí)(TCK)、技術(shù)教學(xué)知識(shí)(TPK)組成，整合技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容知識(shí)(TPACK)是以上6個(gè)要素相互作用的結(jié)果，如圖1所示.

CK是在課堂上教師需要傳授給學(xué)生的學(xué)科內(nèi)容知識(shí)，主要是一些基本概念、原理、定律、方法等；PK是教師在課堂教學(xué)過程中所使用的方法知識(shí)，主要是將教育學(xué)、心理學(xué)的應(yīng)用，以及教師在教學(xué)實(shí)踐中積累生成的教學(xué)技巧；TK分為傳統(tǒng)技術(shù)知識(shí)和現(xiàn)代技術(shù)知識(shí)，傳統(tǒng)技術(shù)是指黑板、幻燈片等低水平、機(jī)械化的技術(shù)，現(xiàn)代技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)為核心的多媒體技術(shù)；PCK是教師通過各種方式手段將具體的學(xué)科知識(shí)內(nèi)化給學(xué)生的知識(shí)；TPK是指在教學(xué)過程中將具體的技術(shù)與內(nèi)容知識(shí)相互結(jié)合，從而達(dá)到提高教學(xué)效果的知識(shí)，如通過智能教學(xué)一體機(jī)技術(shù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)；TCK是指教師結(jié)合技術(shù)手段來(lái)講解或?qū)W習(xí)學(xué)科內(nèi)容知識(shí)，以期達(dá)到更佳教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果的知識(shí)，如物理教師通常借助動(dòng)畫來(lái)模擬展示微觀世界；TPACK 是指教師在教學(xué)過程中將教學(xué)技術(shù)、教學(xué)知識(shí)和學(xué)科知識(shí)深度融合，從而把學(xué)科內(nèi)容知識(shí)有效地內(nèi)化給學(xué)生的知識(shí)，TPACK水平越高，表明教師使用技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的能力越高.

圖1 TPACK框架及其知識(shí)要素

基于TPACK理論的教學(xué)設(shè)計(jì)是教師根據(jù)具體的教學(xué)情況恰當(dāng)選擇教學(xué)方式、技術(shù)手段，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、方法和技術(shù)的有效融合，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)、合作探究、師生互動(dòng)活動(dòng)的針對(duì)性、高效性，構(gòu)建以生為本的生本課堂，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解、掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而達(dá)到有效地提升教育教學(xué)質(zhì)量的目的.

2 基于TPACK理論的課堂教學(xué)案例分析

2.1 教學(xué)背景分析

“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”是人教版《物理》必修一第四章“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”第2節(jié)內(nèi)容.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》共同必修模塊“物理1”中涉及本節(jié)的內(nèi)容有：通過實(shí)驗(yàn)，探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系，理解牛頓第二定律[2].條目要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，探究加速度、質(zhì)量、力三者的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程.本節(jié)內(nèi)容安排在定性認(rèn)識(shí)“運(yùn)動(dòng)與力”關(guān)系的“牛頓第一定律”之后，“牛頓第二定律”之前，不僅具有承上啟下的作用，還體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)從易到難、 從定性到定量的認(rèn)知規(guī)律.本節(jié)是一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課， 通過探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，得到這3個(gè)物理量之間的定量關(guān)系，為下一節(jié)得出牛頓第二定律F=Ma作鋪墊.

學(xué)生前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓第一定律，在生活中對(duì)加速度與力和質(zhì)量的定性關(guān)系也具有一定的體驗(yàn)，比較容易引出課題.學(xué)生在第一章“運(yùn)動(dòng)的描述”中做過測(cè)量紙帶平均速度和瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)，在第二章“勻速直線運(yùn)動(dòng)的研究”中做過探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)，對(duì)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用有一定的實(shí)驗(yàn)操作能力，會(huì)根據(jù)紙帶記錄的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析求得加速度，故在本次實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理等方面學(xué)生具備了一定的基礎(chǔ).

2.2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

教學(xué)過程設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示.

圖2 教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

2.3 主要教學(xué)環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)一：課前準(zhǔn)備

教師提前做好資料收集，建好學(xué)生學(xué)習(xí)資源包，指導(dǎo)學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位建立QQ群(或微信群).

教師提前布置小組學(xué)習(xí)任務(wù):①測(cè)量物體質(zhì)量的方法有哪些？ ②如何測(cè)量加速度和力的大??？ ③影響加速度大小的因素有哪些？④實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的常用方法有哪些？

學(xué)習(xí)小組通過網(wǎng)絡(luò)搜索、查詢資源包等方式尋找答案，合作完成學(xué)習(xí)任務(wù).

設(shè)計(jì)意圖：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)模式可以培養(yǎng)學(xué)生自主探究，互教互學(xué)，相互影響、相互促進(jìn)，共同成長(zhǎng).學(xué)習(xí)小組利用網(wǎng)絡(luò)、學(xué)習(xí)資源包進(jìn)行學(xué)習(xí)，利用群聊進(jìn)行交流；有利于學(xué)生獲取信息、處理信息能力的提升，有利于學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、合作能力、共享精神的培養(yǎng).

環(huán)節(jié)二：成果匯報(bào)、提出問題

上課前，以小組為單位將課前準(zhǔn)備成果以PPT、微視頻、投影等方式進(jìn)行成果分享，組長(zhǎng)做好匯報(bào)說(shuō)明，教師做好點(diǎn)評(píng)、補(bǔ)充.

質(zhì)量測(cè)量方法：天平；

力的測(cè)量方法：彈簧測(cè)力計(jì)、力傳感器等；

加速度的測(cè)量方法：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、光電門、頻閃照相、加速度傳感器等；

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法：列表法、計(jì)算法、圖像法等.

復(fù)習(xí)牛頓第一定律，列舉生活中的事例，得出加速度的大小與力、質(zhì)量有關(guān).

引導(dǎo)學(xué)生猜想：加速度的大小與合外力、物體的質(zhì)量應(yīng)該有怎樣的定性關(guān)系？(加速度隨合外力的增大而增大，即加速度可能與合外力成正比；加速度隨物體質(zhì)量的增大而減小，即加速度可能與物體的質(zhì)量成反比)

設(shè)計(jì)意圖：小組利用PPT、微視頻、投影等技術(shù)進(jìn)行成果匯報(bào)，各小組學(xué)生各抒己見，取長(zhǎng)補(bǔ)短，有助于培養(yǎng)學(xué)生合作交流意識(shí).通過列舉生活實(shí)例，讓學(xué)生有直觀感受加速度與力和質(zhì)量的定性關(guān)系；生產(chǎn)生活中往往需要知道加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系，才能夠真正解決實(shí)際問題，讓學(xué)生明確本節(jié)實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容的重要性.通過生活實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生猜想，培養(yǎng)學(xué)生基于生活現(xiàn)象分析問題、提出問題、提出猜想假設(shè)，這是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí).

環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教師提出問題：采用什么方法研究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系？(控制變量法：m一定，a與F的關(guān)系；F一定，a與m的關(guān)系)

小組討論實(shí)驗(yàn)方法并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，畫出實(shí)驗(yàn)裝置；教師利用投影、平板拍照等方式展示小組設(shè)計(jì)的不同方案，如圖3(a)、(b)、(c)、(d)所示.小組成員做好解釋說(shuō)明，教師做好點(diǎn)評(píng)、完善.

圖3 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)方案，教師適時(shí)提出問題:怎樣消除摩擦力的影響?小組討論得出較好的解決方案：補(bǔ)償法平衡摩擦力和氣墊導(dǎo)軌.

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本節(jié)內(nèi)容的重難點(diǎn)，教學(xué)設(shè)計(jì)中需要給予學(xué)生足夠思考時(shí)間.教師圍繞學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”設(shè)計(jì)出一系列小問題,即“問題串”，學(xué)生進(jìn)行拓展思考；小組成員共同設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)小組合作意識(shí)；教師利用投影、平板拍照等方式展示方案，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的認(rèn)識(shí).在本環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生合作解決問題，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力，提升了學(xué)生控制變量等方面的邏輯思維能力.

環(huán)節(jié)四：實(shí)驗(yàn)探究

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，選出其中1個(gè)方案，教師先演示實(shí)驗(yàn)過程，同時(shí)利用希沃傳屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸播放，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)探究過程.

各小組動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，老師巡視，小組操作過程中有較好的方面或比較典型的不足之處利用平板拍照，展示照片，共同討論.

設(shè)計(jì)意圖：教師先演示實(shí)驗(yàn)過程，同時(shí)利用希沃傳屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸播放，解決了可視性不好的問題，讓學(xué)生充分了解實(shí)驗(yàn)探究的操作細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng).學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師巡視選擇典型問題利用平板拍照進(jìn)行交流討論，利用技術(shù)為教學(xué)服務(wù).本環(huán)節(jié)主要通過小組分工、合作、交流的方式進(jìn)行，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神，同時(shí)讓學(xué)生在探究過程中也能獲得成就感和自豪感.

環(huán)節(jié)五：數(shù)據(jù)處理

教師適時(shí)提出問題：有什么方法可以直觀地反映出物理量間的關(guān)系？通過學(xué)生討論，明確圖像法可以直觀地反映出物理量間的關(guān)系.

各小組同學(xué)利用坐標(biāo)紙作出a-F,a-m圖像，發(fā)現(xiàn)a-m圖像是一條曲線.提出問題：加速度與質(zhì)量的圖像應(yīng)該怎么畫才能夠更準(zhǔn)確直觀地呈現(xiàn)它們之間的關(guān)系？讓學(xué)生分組討論得到最佳答案.

教師取某小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Excel處理，自動(dòng)生成圖像，拓展學(xué)生視野.

設(shè)計(jì)意圖：采用描點(diǎn)作圖法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，要求學(xué)生會(huì)觀察數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)，分析給出合理的圖像來(lái)擬合兩物理量的關(guān)系.描點(diǎn)作圖法雖然比較花時(shí)間，人為誤差也比較大，但是具有“顯性”的優(yōu)點(diǎn)，是學(xué)生高中階段必須掌握的重要數(shù)據(jù)處理方法；利用電腦Excel 等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確，但是具有“隱性”的不足.教師先讓小組同學(xué)利用坐標(biāo)紙作出圖像，然后教師利用Excel軟件處理數(shù)據(jù)，兼顧兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，克服兩種方法的不足.化曲為直的思想提高了學(xué)生的綜合分析能力，數(shù)據(jù)分析處理過程提升了學(xué)生的協(xié)作精神.

環(huán)節(jié)六：歸納總結(jié)

利用PPT、投影展示各小組作出的圖像，利用圖像歸納總結(jié)得出：m一定，a與F成正比；F一定，a與m成反比.

設(shè)計(jì)意圖：利用PPT和投影展示圖像，歸納、總結(jié)、交流，培養(yǎng)學(xué)生的共享意識(shí)、合作精神.教師還可以根據(jù)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生適當(dāng)進(jìn)行誤差分析，培養(yǎng)學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生的理解分析能力.

環(huán)節(jié)七：課外活動(dòng)

(1)開放學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室資源，在課外時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)課堂上沒有動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)方案；

(2)觀看微課《利用DIS探究牛頓第二定律》.

設(shè)計(jì)意圖：開放學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)；觀看微課，激發(fā)學(xué)生興趣，開拓學(xué)生視野.

3 教學(xué)設(shè)計(jì)思考

本節(jié)內(nèi)容，是基于TPACK理論進(jìn)行的物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)注重探究性與有效性、主體性與主動(dòng)性、預(yù)設(shè)性與生成性，注意學(xué)科知識(shí)、教學(xué)知識(shí)和技術(shù)的融合，很好地完成了教學(xué)目標(biāo)任務(wù)，提升了學(xué)生的合作意識(shí)和解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生相互學(xué)習(xí)交流與共同提高的學(xué)習(xí)態(tài)度.

學(xué)科知識(shí)、教學(xué)知識(shí)和技術(shù)知識(shí)是TPACK的核心內(nèi)容，三者的交叉與相互作用融合構(gòu)成TPACK的目的，是讓教師明確在教學(xué)內(nèi)容中的什么地方可以使用現(xiàn)代技術(shù)，從而達(dá)到促進(jìn)教學(xué)目的，甚至能延伸到探索課堂之外的內(nèi)容[3,4].目前，物理教師在整合技術(shù)進(jìn)行教學(xué)方面存在較大的不足，主要的原因是:由于教師教學(xué)任務(wù)繁重，忙于進(jìn)行各項(xiàng)教學(xué)任務(wù)、學(xué)生管理，應(yīng)對(duì)各項(xiàng)教學(xué)工作檢查等，沒有時(shí)間和精力去關(guān)注技術(shù)的發(fā)展以及在教學(xué)中的應(yīng)用；部分教師學(xué)習(xí)意識(shí)淡薄，只是掌握計(jì)算機(jī)基本應(yīng)用知識(shí)，對(duì)現(xiàn)代技術(shù)在教學(xué)中的整合認(rèn)識(shí)的不夠深刻；隨著課程改革深入實(shí)施，很多教師都有“時(shí)間緊，任務(wù)重”的感覺，故教學(xué)設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)往往只是停留在如何把知識(shí)講清講透，而在學(xué)生參與和知識(shí)再現(xiàn)過程方面重視嚴(yán)重不足；另部分學(xué)校技術(shù)設(shè)備水平差距比較大，也同樣制約了整合技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的發(fā)展.

基于TPACK框架為理論進(jìn)行物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，教師要先有應(yīng)用技術(shù)促進(jìn)教學(xué)的意識(shí)，要根據(jù)預(yù)設(shè)教學(xué)情境思考需要什么技術(shù)來(lái)促進(jìn)教學(xué)？如何使用該技術(shù)進(jìn)行教學(xué)？教師是技術(shù)的應(yīng)用者，更要成為技術(shù)的設(shè)計(jì)者，教師要明確用技術(shù)輔助教學(xué)并不是“可有可無(wú)”“耽誤時(shí)間”，而是恰當(dāng)?shù)厥褂矛F(xiàn)代技術(shù)能幫助學(xué)生更好地理解學(xué)科知識(shí)，能夠提高課堂教學(xué)效率和質(zhì)量，能夠提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)育人目的的最終達(dá)成.