晁 正

(陜西理工大學物理與電信工程學院 陜西 漢中 723000)

陳文強

(三明市沙縣區(qū)金沙高級中學 福建 三明 365500 )

黃文登

(陜西理工大學物理與電信工程學院 陜西 漢中 723000)

在教育不斷信息化發(fā)展的今天，智慧教育引起人們的關注，并在高中教育中得到大力推進．以培養(yǎng)學生高階思維能力為核心的智慧教育對教師應有的專業(yè)知識提出了新的要求，為能更好地開展智慧教育背景下的高中物理教學，應解決以往過度重視“用技術教物理”的問題，達到用育人目的整合技術教學的境界．擁有適應智慧教育的教師專業(yè)知識G-TPCK(Goal-Technological Pedagogical Content Knowledge)的教師，通過在G-TPCK的指導下確立的教學目標和應用相應的教學方法，可以培養(yǎng)學生的高階思維能力，達成智慧教育對教師教學和學生的必然要求．最后，通過設計人教版(2019)高中物理必修2圓周運動章節(jié)中的“向心力”的教學過程，探討了在高中物理教師教學中，落實應用G-TPCK的方式方法．

1 G-TPCK理論的提出與內涵

G-TPCK(育人導向的技術學科教育知識)理論是在智慧教育的背景下，對TPCK理論的繼承和創(chuàng)新．隨著教育信息化的發(fā)展，“教師怎么利用技術進行教學”成了教師教育研究中的重點問題．為回答此問題，在2005年，Mishra和Koehler提出了關于教師知識的TPCK理論[1]．TPCK理論不僅要求教師擁有學科內容知識(CK)、教學法知識(PK)、技術知識(TK)，還要求教師擁有3種知識相互耦合成的學科教學知識(PCK)、整合技術的學科內容知識(TCK)、整合技術的教學法知識(TPK)，以及這3種知識再耦合所產生的TPCK(整合技術的學科教學知識)．TPCK理論是教育信息化的產物，其獨特之處在于重視教師的信息知識與素養(yǎng)，重視教師利用技術教學的能力，其內部元素關系如圖1所示．

圖1 TPCK理論下的各個元素及關系

若過于重視用技術教，反而會忽略學生的學，導致教與學的失衡．故而，將培養(yǎng)重點放在學生智慧的新信息時代教育便應需而生．2012年，祝智庭教授提出了教育信息化新境界的概念——智慧教育．智慧教育通過構建智慧教學環(huán)境，運用智慧教學法，促進學習者智慧學習，培養(yǎng)具有高智能和創(chuàng)造力的人[2]．目前教師利用技術教學構建環(huán)境的最高水平是智慧型應用[3]，即應讓學生自己發(fā)現問題，構想如何解決這個問題．但達到這個水平的前提是教師必須先有這種思維，能了解學生的思考方向．如果未能有育人知識的指引，很難達到智慧型應用的狀態(tài)，因此，這就對教師的知識框架有了新的要求．

為了讓教師能達到“智慧型應用”，文獻[4]將GK知識納入TPCK框架，在教師知識方面形成了適應智慧教育的G-TPCK框架，如圖2所示．GK是育人目的的知識，是教師具備的、關于教育價值的，反映教師教育目的的知識．育人知識包含著教師對學習規(guī)律的認識和反映，即教師要把握學習內部諸要素之間，及學習與其他事物之間客觀的、必然的聯系．智慧教育主要培養(yǎng)學生全面高階思維能力．所以在智慧教育時代，育人目的的知識就包含促進學生工具理性、社會和生命意義性發(fā)展的全面性知識，和促進學生思維品質、能力高階躍遷及問題解決取向的高階性知識[5]．

圖2 G-TPCK的理論框架圖

G-TPCK可以概括為：教師為促進學習者的智慧成長，在信息技術的支持下根據學生不同的需要，將學科知識加以組織并進行教學方面的知識．G-TPCK比TPCK有更強的融合性、動態(tài)性．具體體現在教師需要在正確的育人目的指引下，對不同的情景、教學文本和學習者進行分析，對多種知識解構、融合，動態(tài)生成不同的策略與方法．

從這個方面看，G-TPCK并不是機械地在TPCK上加了GK，而是在智慧教育的背景下，對TPCK理論的繼承和擴充，使之能夠根據不同情景達到育人目的，能夠讓教師不再機械地整合技術與教育，而是讓教師從哲學角度、育人角度去審視技術與教育的關系，在教師知識層面上完成TPCK到G-TPCK的躍遷．

2 G-TPCK理論下高中物理教學設計的基本策略

2.1 高中物理教師掌握G-TPCK的必要性

智慧環(huán)境下的教學是以往教育信息化教學不能比擬的，主要體現在以下幾點：

第一，學生的學習環(huán)境、資源變化了．智慧課堂下學生學習大量依賴于互聯網上的內容以及校內的資源共享，和生活、技術聯系得十分緊密．教師準備的內容將不再是學生學習內容的唯一標準．

第二，教與學的側重點轉變了．智慧課堂提倡營造“以學生為中心”的課堂．傳統(tǒng)TPCK理論注重教師如何用技術教，而智慧教育背景下的G-TPCK更注重學生如何學．

第三，教師的身份轉變了．包括但不限于由注重傳遞向注重引導的轉變，由注重個人智慧向注重團隊協作轉變等[6]．

G-TPCK指導下的物理教師在物理教學中沒有對知識的壟斷，這些教師能夠做到利用信息技術的便利和優(yōu)勢，幫助、引導學生發(fā)現問題并通過實踐解決問題．相比于傳統(tǒng)教師的“重教不重學”，G-TPCK指導下的教師更能夠做到培養(yǎng)學生高階思維的目標．因此，高中物理教師掌握G-TPCK非常必要，有利于培養(yǎng)學生的高階思維，有利于實現學生的物理核心素養(yǎng)，有利于提高高中物理整體教學質量．

2.2 G-TPCK理論下的高中物理教學設計的基本教學目標

綜合考慮智慧教室(環(huán)境)、普通高中物理課程標準、學生情況等因素，在G-TPCK的理論框架下，高中物理教師設計的教學目標應滿足物理學科的核心素養(yǎng)要求，具體有以下幾點：

第一，物理學知識目標．物理核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力[7]．其中關鍵能力的養(yǎng)成離不開必備的物理學知識．學生是發(fā)展的人，不同階段學生的理解能力有巨大不同，而高中階段正是學生由形式運算思維轉向邏輯運算思維的重要時間段．因此，選擇教育內容和組織教育內容就至關重要．教師需根據課程目標和學生的思維水平并參考學生數據反饋等信息來選擇相應的教學內容．在此基礎上，把育人方法與之結合，形成物理學知識與實驗能力目標．

第二，思維能力目標．科學思維重在模型建構，科學推理論證與質疑創(chuàng)新，是智慧教育培養(yǎng)的重點．想要做到培養(yǎng)、提高學生思維能力，就必須要了解學生目前的思維處在什么階段，就必須要研究學習主體——學生．首先，教師要對相應發(fā)展階段的學生有深入的理解，從理論上和經驗上了解這些學生的共性，為研究現實中的學生做準備．其次，教師應當結合理論在師生交往中分析學生，根據不同學生思維的個性，在學生的最近發(fā)展區(qū)設置目標．教師應該通過設置生活物理情境幫助學生的思維找到支點，再過渡到抽象物理情境，逐漸引導、鍛煉學生的思維向邏輯運算思維成長，并在物理學知識、環(huán)境的作用下，形成科學思維．

第三，科學探究目標．科學探究重在發(fā)現、交流、問題與解釋．以往的探究實驗落實較差，很大程度上因為重點落在了做實驗的過程．過程固然重要，而只重過程，卻無益于學生發(fā)現問題、交流的能力，學生就會缺乏創(chuàng)新能力．因此在智慧課堂中，教師在實驗研究課中應同樣重視引導學生發(fā)現問題的過程，這也是重視學生之學的重要體現．

第四，價值素養(yǎng)目標．教育對人的發(fā)展和社會發(fā)展的作用和意義就是教育價值．因此，教師不僅應該根據自己對教育價值的理解確立教學目標，更應該透過教育目的、培養(yǎng)目標和課程目標所體現的教育價值，從理論高度審視自己對教育價值的理解并以此為基礎改進教學目標．正所謂“其身正，不令則行”，在正確的教育價值引領下，學生會逐漸形成實事求是的科學態(tài)度．

2.3 基于G-TPCK的物理教學策略與方法

教學方法既包括教的方法，也包含學的方法．開展G-TPCK指導下的教學，就一定要關注學生的學．比起傳統(tǒng)課堂，擁有G-TPCK的教師可以利用物聯網、大數據等數字媒體資源，營造更有沉浸感的物理情境，探究傳統(tǒng)教學無法直接進行的實驗活動，記錄分析學生學習物理的心理狀態(tài)等．因此，在教學中應用情景教學法、探究教學法為主的教學方法，在智慧環(huán)境的輔助下，能更好地幫助學生深度學習．

總的來說，G-TPCK下的物理教學采用的策略與方法需要滿足以下幾點：

第一，在學科內容上，體現育人知識與物理知識的整合．育人知識是物理知識的育人知識，教師通過在物理課堂中巧妙地融合課程思政，達到培養(yǎng)學生正確科學態(tài)度的目的；物理知識是育人知識的物理知識，教師應當在平臺和現實中為學生提供經過教師有目的、有計劃整理后的學習材料(如學習引導單、教學需要的多媒體資源等)幫助學生更有結構性地學習，同時教師也需要引導學生自主學習，在課外閱讀實驗中拓展思維，如在平臺中推送一些有關物理應用、物理信息方面的趣味性材料．育人知識只有在物理教學中體現出來，才能有其實際效用．

第二，在教學策略上，以任務驅動策略和問題探究策略為主，且根據平臺數據反映的學生學習情況進行適當轉變．在客觀條件允許的情況下適當地使用諸如上文提到的教學策略，益于培養(yǎng)學生發(fā)現問題和解決問題的能力．根據大數據對學生學習情況的實時反饋，教師應適當調整教學策略給予學生幫助和引導以達到育人目的．

第三，在技術應用上，教學中應避免出現重視技術實現而忽略學生需要的現象．應做到引導學生應用技術(如DIS，仿真物理實驗室等)去解決物理問題．使學生能夠在應用技術科學探究過程中逐漸內化技術知識，培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)．

第四，在教學評價上，以大數據生成的形成性評價為主．在保證終結性評價的基礎上，重視在教學過程中學生的高階全面思維能力的提高．在實施上，用人工智能代替教師進行客觀題和部分主觀題的評分與統(tǒng)計分析數據的過程．教師則更多地關注學生在不同階段下的學習情況，并根據學生的反饋選擇是否改變教學方法．

3 G-TPCK理論下的物理教學設計——以“向心力”為例

3.1 “向心力”的教學過程

“向心力”在2019年人教版的最新教材中，位于圓周運動一章中“向心加速度”的后一節(jié)．根據課標的要求，教師在G-TPCK的指導下，可以設計出如表1所示的教學過程．

表1 “向心力”主要教學過程

續(xù)表1

3.2 G-TPCK理論下的物理教學設計的優(yōu)點

與較傳統(tǒng)設計，G-TPCK理論下的物理教學設計更注重對智慧環(huán)境的應用和對學生發(fā)展的監(jiān)測．教師能夠在課前通過智慧平臺向學生推送趣味性預習材料，讓學生們做到“帶著問題進教室”，提高教學效率；能夠注重形成性評價，并依此選擇是否拓展知識面，如是否引導學生學習圓錐擺；教師能夠通過智慧平臺觀察學生的學習情況，并開展針對性教學．因此，G-TPCK理論下的物理教學設計能夠充分利用教師的育人知識，在學科內容上、教學策略上、技術實現上、學習評價上體現出智慧教育的特點，能夠在教學中培養(yǎng)學生的智慧．

4 結束語

在G-TPCK教育理念指導下，物理教師需要更進一步整合自己的專業(yè)知識．物理教師需要用自己的育人知識審視教學，并綜合智慧環(huán)境、課程標準和學生情況等要素提出符合智慧教育的教學目標．教師應該在G-TPCK的指導下利用智慧課堂的推送、大數據反饋等功能，以學生的學習情況、心理情況為基礎，實施以情境教學法、探究教學法為主的教學方法．這種教學方法較傳統(tǒng)物理教學在學科內容、教學策略、技術、評價等方面更能體現學生的主體性，更能促進學生的深度學習．