文/深圳市新安中學(xué)（集團(tuán)）燕川中學(xué) 劉曉嵐 羅秀華

一、TPACK 理論與化學(xué)深度學(xué)習(xí)

TPACK（Technological Pedagogical and Content Knowledge）理論是美國(guó)密西根州立大學(xué)的Punya Mishra和Matthew J.Koehler 提出，被譯為“整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)法知識(shí)”。該理論為信息技術(shù)在課程教學(xué)中的融合提供了理論框架，將技術(shù)知識(shí)、教學(xué)法知識(shí)、學(xué)科內(nèi)容知識(shí)相互融合，并強(qiáng)調(diào)教師利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效的教學(xué)。

深度學(xué)習(xí)理論注重學(xué)生在課堂教學(xué)中運(yùn)用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在認(rèn)識(shí)和理解知識(shí)的基礎(chǔ)上，深入到本質(zhì)的學(xué)習(xí)，并建立高階思維。楊大輝在其《深度學(xué)習(xí)的技術(shù)》中提出5 個(gè)學(xué)習(xí)層次，即“記、懂、網(wǎng)、拓、活”，他幾乎整合了所有高效的學(xué)習(xí)方法，指出從記憶力和理解力的最大化到建立自己的知識(shí)體系，都需要深度學(xué)習(xí)。

基于以上背景，本文旨在以TPACK 理論框架為基礎(chǔ)，將信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科知識(shí)有效融合，設(shè)計(jì)旨在促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的高中化學(xué)教學(xué)課堂，提升學(xué)生的理解力，實(shí)現(xiàn)有效且有深度的課堂。

二、基于TPACK 框架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的高中化學(xué)教學(xué)策略

（一）整合教學(xué)知識(shí)與教學(xué)法知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系

基于TPACK 理論框架，將學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)化、學(xué)科思維結(jié)構(gòu)化整合。教師在備課中，要注重整合教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)合適的教學(xué)目標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)，進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，將學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展落實(shí)到具體的教學(xué)活動(dòng)中，以達(dá)到學(xué)生知識(shí)的結(jié)構(gòu)化和思維的結(jié)構(gòu)化，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

以人教版高一化學(xué)必修二《化學(xué)反應(yīng)與電能》為例，以問(wèn)題為導(dǎo)向設(shè)計(jì)教學(xué)：第1 課時(shí)，以“何為原電池？”“如何設(shè)計(jì)一個(gè)電池？”出發(fā)學(xué)習(xí)原電池概念、工作原理等內(nèi)容；第2 課時(shí)，以“什么樣的電池是好電池？”“未來(lái)電池的發(fā)展趨勢(shì)是什么？”問(wèn)題深入研究生活中電池的迭代與工作原理，以及從能源利用與綠色化學(xué)的視角探討未來(lái)電池的發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)習(xí)和理解電池的電極材料、電解液和電極反應(yīng)式等相關(guān)內(nèi)容。

（二）整合教學(xué)知識(shí)與信息技術(shù)，深化學(xué)生的理解程度

基于TPACK 理論框架，教師還需要深化學(xué)生的理解程度，需要學(xué)生在構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，完成對(duì)知識(shí)的深入理解和拓展?；瘜W(xué)教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)方法時(shí)，可以充分融合多元化的信息技術(shù)。這些信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)知識(shí)相融合，能夠幫助學(xué)生更加深入理解抽象的化學(xué)理論知識(shí)，同時(shí)為課堂的即時(shí)評(píng)價(jià)提供便利，以促進(jìn)教學(xué)中的深度學(xué)習(xí)。

以人教版高一化學(xué)必修二《化學(xué)反應(yīng)與電能》為例，該主題屬于概念原理課，相對(duì)于元素化合物性質(zhì)課更抽象，尤其是學(xué)生理解原電池工作原理較為困難。結(jié)合該主題特點(diǎn)，做出以下幾點(diǎn)信息技術(shù)融合手段：第一，利用同屏技術(shù)實(shí)時(shí)反饋與評(píng)價(jià)學(xué)生課堂表現(xiàn)；第二，利用動(dòng)畫(huà)視頻，建立原電池工作模型，展示原電池工作時(shí)微觀電子和離子的運(yùn)動(dòng)方向；第三，在學(xué)生設(shè)計(jì)電池環(huán)節(jié)，采用傳屏技術(shù)，同步學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，及時(shí)反饋與評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)課堂“教、學(xué)、評(píng)”一體化。

（三）創(chuàng)設(shè)深度學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)知識(shí)的遷移與探究

基于TPACK 理論，教師在單元主題的教學(xué)中可以嘗試創(chuàng)設(shè)一些生產(chǎn)生活中的真實(shí)情境或?qū)嶒?yàn)情境，從而觸發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

以人教版高一化學(xué)必修二《化學(xué)反應(yīng)與電能》為例，可以用檸檬電風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)檸檬電池，引發(fā)學(xué)生思考；在設(shè)計(jì)電池環(huán)節(jié)，以“化學(xué)與職業(yè)”主題，創(chuàng)設(shè)電池研發(fā)人員情境；創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，以“我國(guó)大力支持新能源電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展”情境，帶動(dòng)學(xué)生思考，引導(dǎo)他們利用課堂所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，在問(wèn)題的解決中提升能力素養(yǎng)，同時(shí)獲得學(xué)習(xí)成就感。

三、基于TPACK 框架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)案例

（一）“化學(xué)反應(yīng)與電能”教學(xué)分析

本節(jié)主要內(nèi)容涉及原電池的概念、工作原理、原電池的構(gòu)成要素及其常見(jiàn)的應(yīng)用。新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)內(nèi)容的要求為：知道化學(xué)反應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)能與其他能量形式的轉(zhuǎn)化，以原電池為例理解化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度初步理解原電池的工作原理，體會(huì)提升燃料的燃燒效率、開(kāi)發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。

本節(jié)課主要達(dá)成兩個(gè)目標(biāo)，一是通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，發(fā)展學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)；二是通過(guò)信息技術(shù)手段與學(xué)生活動(dòng)相融合，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)原電池原理，診斷學(xué)生對(duì)原電池原理的初步應(yīng)用。

（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：情境引入，檸檬電風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)

【演示實(shí)驗(yàn)】檸檬電池使電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的小實(shí)驗(yàn)

【思考】檸檬電池的電能是如何產(chǎn)生的？

設(shè)計(jì)意圖：情境引入，利用生活中常見(jiàn)的水果制作電池的小實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生思考。

環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)探究——宏觀感知鋅銅原電池的工作原理

【活動(dòng)1】小組實(shí)驗(yàn)探究：化學(xué)能如何轉(zhuǎn)化為電能？完成實(shí)驗(yàn)探究課本36 頁(yè)，實(shí)驗(yàn)6-3。

（1）將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象；

（2）如圖所示，用導(dǎo)線在鋅片和銅片間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察、比較導(dǎo)線連接前后鋅片、銅片上的現(xiàn)象，并觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。

【問(wèn)題組1】實(shí)驗(yàn)①中：

（1）從化合價(jià)變化角度分析，這屬于什么類型的反應(yīng)？

（2）氣泡出現(xiàn)在鋅片表面而非溶液任意位置，說(shuō)明氫離子在何處得到電子？

【問(wèn)題組2】實(shí)驗(yàn)②中：

（1）銅片上的氣泡是什么？說(shuō)明氫離子在何處得電子？

（2）電流表指針如何變化？說(shuō)明在這個(gè)過(guò)程輸出了什么能量？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生從宏觀現(xiàn)象感知原電池的工作原理，建立和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究思維，使學(xué)生在動(dòng)手操作中充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

環(huán)節(jié)三：原理分析——微觀理解鋅銅原電池的工作原理

【思考】鋅銅原電池中的電能是如何產(chǎn)生的？

【活動(dòng)2】通過(guò)微觀動(dòng)畫(huà)模擬，分析原電池的工作原理；并在下圖中表示出導(dǎo)線中電子轉(zhuǎn)移方向，以及溶液中H+、SO42-的運(yùn)動(dòng)方向。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)思維和學(xué)習(xí)深度層層遞進(jìn)，聯(lián)系學(xué)生已有的知識(shí)——“氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)”和“物理中電流的產(chǎn)生條件”，為學(xué)生搭建“腳手架”，注重學(xué)科知識(shí)的結(jié)構(gòu)化和關(guān)聯(lián)性，從而完成原電池的思維建模。此外，本環(huán)節(jié)借助微觀動(dòng)畫(huà)，模擬原電池工作過(guò)程中的電子移動(dòng)和陰陽(yáng)離子移動(dòng)方向，利于學(xué)生直觀理解。

環(huán)節(jié)四：模型建構(gòu)——理解原電池的構(gòu)成條件

【情境】化學(xué)與職業(yè)：介紹電池研發(fā)人員，以此作為情境，引發(fā)學(xué)生思考，如何設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。

【活動(dòng)3】如果你是電池研發(fā)人員，請(qǐng)根據(jù)Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池裝置，畫(huà)出裝置圖，并標(biāo)出電子和離子移動(dòng)方向。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并邀請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。

【問(wèn)題組3】

（1）要構(gòu)成原電池，需要哪些必備的要素？

（2）如果給出原電池，可以從什么角度判斷正、負(fù)極？

設(shè)計(jì)意圖：從教學(xué)活動(dòng)角度，介紹化學(xué)與職業(yè)之“電池研發(fā)人員”，提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任意識(shí)，并讓學(xué)生深入情境，完成原電池的設(shè)計(jì)。從TPACK 理論角度，通過(guò)希沃授課助手中的同屏技術(shù)，將學(xué)生的設(shè)計(jì)成果及時(shí)反饋與評(píng)價(jià)，并通過(guò)同屏技術(shù)，深入設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證其設(shè)計(jì)結(jié)果。

環(huán)節(jié)五：學(xué)以致用——解決實(shí)際問(wèn)題

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)大力支持新能源電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，動(dòng)力電池的研發(fā)備受關(guān)注。例如，比亞迪公司研制的“刀片電池”對(duì)標(biāo)美國(guó)特斯拉的“4680 電池”，通過(guò)分析總反應(yīng)式，說(shuō)出刀片電池的負(fù)極材料、正極材料；氫能源電動(dòng)車將是未來(lái)汽車發(fā)展的趨勢(shì)，去年北京冬奧會(huì)上我國(guó)使用了氫能源燃料汽車，以下是氫氧燃料電池的工作原理示意圖，判斷該電池的正負(fù)極。

設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)與升華課堂，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)診斷學(xué)生對(duì)于原電池的工作原理和構(gòu)成要素的理解情況。

（三）教學(xué)效果及課后反思

本節(jié)課從設(shè)計(jì)上看，是一節(jié)符合新課程改革理念的課。課堂中充分利用情境教學(xué)，引發(fā)學(xué)生的思考和求知欲，幫助學(xué)生深入思考與完成深度學(xué)習(xí)。

從課堂環(huán)節(jié)呈現(xiàn)上，本節(jié)課是有層次的課堂教學(xué)。在學(xué)生活動(dòng)中，層層遞進(jìn)，從探究實(shí)驗(yàn)到原電池工作原理的分析，再深入研究電子和離子的移動(dòng)方向，再到原電池的實(shí)際應(yīng)用，難度步步加深，學(xué)習(xí)的層次也逐步加深，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。