TPACK理論視野下初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，其主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生進(jìn)行以興趣為前提的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教師需要借助學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。本文將具體闡述TPACK理論視野下初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。

TPACK即整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)，該術(shù)語對(duì)應(yīng)的英文單詞組合的首字母縮寫，是它的英文縮寫，是指一種新興的學(xué)科教學(xué)模型，具體而言包括3個(gè)重要的核心內(nèi)容，即學(xué)科內(nèi)容模型（CK）、教學(xué)法模型（PK）和技術(shù)模型（TK），以及相互融合的4個(gè)復(fù)合要素，是基于學(xué)生已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和方法等知識(shí)背景，為學(xué)習(xí)新的知識(shí)而設(shè)計(jì)的各種解決問題方法和策略的集合。[1]筆者相信，基于TPACK理論視野開展初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以取得良好的效果。

一、TPACK理論的特點(diǎn)

TPACK理論將學(xué)習(xí)的過程和結(jié)果用多種形式呈現(xiàn)出來，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)中不斷發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行探究，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師只是一個(gè)傳授者，學(xué)生僅僅是被動(dòng)地接收知識(shí)，而在TPACK理論視野下，教師不是一個(gè)傳授者，而是一個(gè)參與者。TPACK教學(xué)法要求學(xué)生積極參與，主動(dòng)探索、發(fā)現(xiàn)問題并提出解決問題的方案。在TPACK教學(xué)中教師將學(xué)習(xí)知識(shí)和學(xué)習(xí)過程變成一個(gè)開放的系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)來傳遞信息。這使得學(xué)習(xí)過程更加靈活、開放、富有創(chuàng)造性，有利于提升教師與學(xué)生之間的交流效率。[2]TPACK教學(xué)法使學(xué)生對(duì)問題有更多的認(rèn)識(shí)和理解，通過學(xué)習(xí)活動(dòng)提高了學(xué)生之間互相協(xié)作能力，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)的意識(shí)，通過研究可以不斷發(fā)現(xiàn)新知識(shí)并解決新問題。同時(shí)，TPACK教學(xué)法也有助于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新能力?？傊?，TPACK理論強(qiáng)調(diào)師生之間、生生之間在知識(shí)、技能和方法方面存在著差異，教師要在課堂上將這些差異展現(xiàn)出來，使每一個(gè)學(xué)生都能體驗(yàn)到自我發(fā)展的價(jià)值。因此，教師要注意自己對(duì)知識(shí)與技能掌握水平等方面的提升。

二、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用TPACK理論的原則

TPACK理論應(yīng)用于初中物理實(shí)驗(yàn)，應(yīng)遵循以下原則。

（一）精準(zhǔn)定位，明確技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

做好初中物理實(shí)驗(yàn)，是引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)物理、探究物理知識(shí)的基礎(chǔ)性操作。為了更好地引導(dǎo)學(xué)生做好物理實(shí)驗(yàn)，教師需要對(duì)擬操作的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行精確定位，明確技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。具體可以從如下幾個(gè)方面來處理。

1.在教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行操作或難以測(cè)量的地方應(yīng)用技術(shù)

一些物理實(shí)驗(yàn)受各方面條件限制，很難真正實(shí)現(xiàn)，或難以完成測(cè)量工作，這就需要用到技術(shù)支持。以多媒體為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)可較好地將圖片、文字和聲音融為一體，以視聽媒體形式向?qū)W生描述一些復(fù)雜的物理運(yùn)行情景，因此可以加以利用。比如，教師可以用多媒體展示天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，呈現(xiàn)地球和衛(wèi)星關(guān)系，揭示超重和失重現(xiàn)象等；也可以轉(zhuǎn)播相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻，如“天宮授課”的實(shí)驗(yàn)視頻，這樣可以讓學(xué)生很好地了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)的過程，理解相關(guān)物理現(xiàn)象。

2.在處理批量數(shù)據(jù)和需要繪制物理圖像的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用技術(shù)

物理圖像繪制需要基于大量基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)，這種情況下需要用到相關(guān)的設(shè)備和技術(shù)。數(shù)字傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟件都將在大批量數(shù)據(jù)采集中發(fā)揮不可或缺的作用。開展利用這些技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生更好地理解物理科學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。如水沸騰實(shí)驗(yàn)、結(jié)晶融化與凝固定律實(shí)驗(yàn)中利用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)、歐姆定律實(shí)驗(yàn)中利用電流和電壓傳感器采集數(shù)據(jù)等，都能讓學(xué)生從技術(shù)應(yīng)用中感受到物理科學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)其對(duì)物理學(xué)的興趣。

3.在實(shí)驗(yàn)過程中耗時(shí)多、存在安全隱患或瞬間變化中應(yīng)用技術(shù)

一些物理實(shí)驗(yàn)需要較長的時(shí)間，或者安全風(fēng)險(xiǎn)不易控制，不宜在課堂教學(xué)中組織實(shí)施，就有必要通過技術(shù)手段來呈現(xiàn)。[3]比如，教師可以采用動(dòng)畫來模擬固體分子的擴(kuò)散現(xiàn)象，如硫酸銅的擴(kuò)散。又如，用汞柱測(cè)量大氣壓力、家庭電路短路、人體觸電等實(shí)驗(yàn)具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，在學(xué)生較多的情況下安全管理可控性欠佳，為避免出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)安全意外，教師可以采用模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)或虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)讓學(xué)生明白相關(guān)現(xiàn)象和原理。

（二）審時(shí)度勢(shì)，精心選擇技術(shù)方案

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，各種現(xiàn)代科技設(shè)備，如數(shù)字儀器、傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析處理軟件、虛擬實(shí)驗(yàn)手機(jī)App、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等都在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中獲得了較為廣泛的應(yīng)用。這些信息技術(shù)設(shè)備和軟件為我們虛擬地開展物理實(shí)驗(yàn)提供了較多的技術(shù)方案，這就要求教師要根據(jù)實(shí)際教學(xué)內(nèi)容和現(xiàn)有條件精心選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案，以較少的成本獲得較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。比如，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用對(duì)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)來說就是優(yōu)選方案，教師可以組織學(xué)生進(jìn)入平臺(tái)，按提示模擬現(xiàn)實(shí)做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備，并開展仿真實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，使學(xué)生最終能從過程中看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，觀察到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)而理解現(xiàn)象和原理。當(dāng)然，有些實(shí)驗(yàn)本來很簡單，教師就不必選擇這樣的技術(shù)方案，可選擇更簡單的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

（三）謀定后動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生熟練應(yīng)用技術(shù)

教師要注意研究和滲透初中物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提前確定好各個(gè)實(shí)驗(yàn)需要的材料、場(chǎng)地以及要用到的技術(shù)方案。對(duì)于需要用到技術(shù)支持的實(shí)驗(yàn)，教師要提前對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，讓學(xué)生充分理解和熟悉技術(shù)操作流程及要點(diǎn)，并反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到熟練應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的目的。教學(xué)中，教師要讓學(xué)生在技術(shù)輔助的實(shí)驗(yàn)中充分體會(huì)和掌握實(shí)驗(yàn)的思路、方法及原理，并能聯(lián)系生活實(shí)踐進(jìn)行思考和探究，進(jìn)而較好地完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，達(dá)成相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。

三、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用TPACK理論的策略

（一）以TPK為基礎(chǔ)，創(chuàng)新思路

TPK即整合技術(shù)教學(xué)法知識(shí)，是技術(shù)與教學(xué)方法的結(jié)合，是TPACK體系的一個(gè)重要組成部分。物理實(shí)驗(yàn)不是單純的組裝，更不是簡單地介紹實(shí)驗(yàn)的原理。教師要以系統(tǒng)化的理論來引導(dǎo)技術(shù)的運(yùn)用。以下筆者以“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)為實(shí)例，探討在TPACK理論基礎(chǔ)上進(jìn)行物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。

（二）以PCK為基礎(chǔ)分析內(nèi)容

1.分析內(nèi)容

電磁感應(yīng)現(xiàn)象是學(xué)生理解各種發(fā)電機(jī)發(fā)電原理的基礎(chǔ)，也是電磁教育的重要組成部分。學(xué)生在了解電力與電動(dòng)機(jī)之前，先要弄清“電從何而來”的問題，可以為后面的發(fā)電機(jī)與高中時(shí)的電磁理論打下良好的基礎(chǔ)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力的重要教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)，可初步了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并了解其產(chǎn)生原理與能量轉(zhuǎn)換的過程。

2.分析學(xué)生學(xué)習(xí)的情況

有關(guān)磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、磁感線等基本的物理學(xué)概念，學(xué)生經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)，已有一定的認(rèn)識(shí)，但對(duì)概念對(duì)應(yīng)的本質(zhì)還不甚理解。對(duì)于“電生磁”現(xiàn)象，學(xué)生往往有濃厚的興趣，同時(shí)，他們也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問：“磁可以產(chǎn)生電嗎？”教師就要順勢(shì)從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)什么情況下磁場(chǎng)能產(chǎn)生電能。由于初中生的抽象思考能力比較弱，因此教師要運(yùn)用一套直觀的技術(shù)，如磁場(chǎng)、電流、導(dǎo)線切割磁力線等現(xiàn)象展示給學(xué)生看，使學(xué)生容易接受知識(shí)。在教學(xué)過程中，教師通過自主設(shè)計(jì)的教具、傳感器采集系統(tǒng)、同步投屏等技術(shù)，設(shè)置電子白板進(jìn)行課堂活動(dòng)，創(chuàng)設(shè)出真實(shí)的物理問題情境，并設(shè)置問題或屏障，使學(xué)生有“心不能達(dá)，嘴不能說”的心理，這樣既能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的認(rèn)識(shí)，又能激起他們的好奇心。學(xué)生對(duì)發(fā)電機(jī)的工作原理有了初步的認(rèn)識(shí)后，可體驗(yàn)到電磁感應(yīng)現(xiàn)象在日常生活中的運(yùn)用，從而減少對(duì)物理的恐懼。通過探討導(dǎo)線中感應(yīng)電流的生成條件，學(xué)生相互的溝通與協(xié)作，獲取一些經(jīng)驗(yàn)和方法，為以后的學(xué)習(xí)、生活提供一定的參考。

（三）以TCK為基礎(chǔ)，構(gòu)建模型

1.以能量轉(zhuǎn)化作為切入點(diǎn)引入概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

“磁生電”在日常生活中很常見，然而，學(xué)生對(duì)它的原理、能量轉(zhuǎn)換卻缺乏足夠的重視。因此，在新課程實(shí)施過程中，教師要進(jìn)行創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)。如教師演示“兩塊磁石同時(shí)著地”的實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)（如圖1）。教師拿出兩根同樣的亞克力管，將500匝漆包線均勻地纏繞在其中一根管道上，然后將一根漆包線連接到一個(gè)臨時(shí)的密封裝置上，再將兩根同樣大小的強(qiáng)磁鐵放入亞克力管的頂端。為了方便學(xué)生觀察，教師在管子下面放了兩燒杯的染色水，以便學(xué)生觀察和比較燒杯中噴水的順序。學(xué)生注意到，空亞克力管里的磁石最先掉下來。在磁體下降時(shí)，連接漆包線的儀器顯示值顯著增大。教師問道：“為什么亞克力管周圍有漆包線，里面的磁體下降得比較慢？”學(xué)生用漆包線連接儀表板上的數(shù)字來判斷，電線上有電流流動(dòng)。兩個(gè)磁體在同一高度處于靜止?fàn)顟B(tài)，其勢(shì)能相同，當(dāng)磁體通過亞克力管時(shí)，所有的勢(shì)能都會(huì)轉(zhuǎn)變成動(dòng)能；當(dāng)通過纏繞著漆包線的亞克力管時(shí)，由于能量的一部分被轉(zhuǎn)換成了電能，使得磁體的動(dòng)能降低，從而導(dǎo)致磁體下降。通過這LxZtYnuEOLMDVaZKQjcDg7+eqD9ARY/g4TuXzhncTcs=種方法，學(xué)生對(duì)“磁生電”的理論和方法有了一定的認(rèn)識(shí)。教師充分發(fā)揮創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)所具有的趣味性、挑戰(zhàn)性和實(shí)效性等特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望，從而引起他們的注意，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在能量轉(zhuǎn)換觀念中尋找突破口，培育學(xué)生的能量觀念。

2.以整合技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)物理模型

初中階段的形象思維是非常活躍的，如果教師只用講課的方法來解釋抽象的物理概念，會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生反感。在物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用合適的教學(xué)技術(shù)，往往能取得出其不意的結(jié)果。教師利用兩對(duì)方形的硼銣磁鐵、木板、彩紙等材料，制造出四個(gè)巨大的平面磁鐵，并以它們?yōu)橹行模纬梢粋€(gè)平行的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)是無形的。磁極間的磁場(chǎng)在空間上的分布是怎樣被簡單地呈現(xiàn)出來的？通過觀察和討論，學(xué)生提出了一個(gè)解決辦法：平行排列的四束激光光束，以突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，利用煙筒（通過小型電扇的方向），使磁極間的磁場(chǎng)分布更為清晰，從而探索“磁生電”的形成條件。學(xué)生通過小組討論，利用數(shù)字創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)設(shè)備來探索電感電流的產(chǎn)生。教師引導(dǎo)學(xué)生裝配微型電流傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、帶有軟件的手提電腦，并利用微電流傳感器的鱷魚鉗將一根直銅絲插入閉合線路中。學(xué)生用銅絲在平行磁場(chǎng)中先慢慢地上下運(yùn)動(dòng)，再迅速地上下運(yùn)動(dòng)，然后計(jì)算機(jī)屏幕就會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流的影像。教師開展以上數(shù)字實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)勢(shì)在于，可以建立一定的數(shù)學(xué)模型，如平行磁場(chǎng)，磁線的不同方向、大小、方向的感應(yīng)電流等，幫助學(xué)生加深對(duì)概念的認(rèn)識(shí)，提高思維水平，并以數(shù)據(jù)的收集與影像來進(jìn)行可視化的教學(xué)，使學(xué)生能夠在深度學(xué)習(xí)中“頓悟”。

四、結(jié)語

TPACK理論是教師對(duì)數(shù)字教學(xué)能力的一種科學(xué)理論，而對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)造性的探索與實(shí)踐，則需要相應(yīng)的理論支持。在物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，教師不能一味地追求高科技，要找到技術(shù)突破口，把數(shù)字技術(shù)的教學(xué)技巧與觀念應(yīng)用于物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法與途徑，促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

參考文獻(xiàn)：

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［2］保永亮，謝夢(mèng)逸，張輝，等.TPACK理論在物理教學(xué)中的應(yīng)用：以“單擺”教學(xué)為例［J］.物理通報(bào)，2021（6）：2-4.

［3］張睿，李靜，季衛(wèi)新.基于TPACK整合技術(shù)的初中物理研究性備課：以蘇科版教材“速度”為例［J］.中學(xué)物理，2020（20）：2-5.

（作者單位：貴州省遵義市第五十五中學(xué)）

編輯：張俐麗