【摘要】在教育信息化2.0階段，數(shù)字信息技術(shù)如何在具體教學(xué)中得到充分應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn).本文從TPACK框架出發(fā)，建構(gòu)信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，以輔助高

中物理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的教學(xué)為例，為數(shù)字信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合提供教學(xué)模式參考.

【關(guān)鍵詞】TPACK理論；高中物理；融合教學(xué)

我國正處于教育信息化2.0階段，不僅要求將信息技術(shù)應(yīng)用到物理教學(xué)中去，更強(qiáng)調(diào)將二者真正徹底地融合［1］.同時(shí)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中也強(qiáng)調(diào)要積極探索信息技術(shù)與物理教學(xué)的深度融合，積極開發(fā)與利用數(shù)字媒體課程資源，通過設(shè)計(jì)各種學(xué)習(xí)活動(dòng)讓學(xué)生利用信息技術(shù)提升物理學(xué)習(xí)能力［2］.

本文以TPACK（Technological Pedagogical and Content Knowledge，簡(jiǎn)稱TPCK或TPACK）理論下的TPACK框架為基礎(chǔ)，建構(gòu)數(shù)字信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，對(duì)傳統(tǒng)物理教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化，利用數(shù)字化工具進(jìn)行教學(xué)，并以Algodoo軟件在高中物理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)一節(jié)的教學(xué)為例，進(jìn)行信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合的優(yōu)化教學(xué)案例探索.

1 高中物理TPACK教學(xué)框架

TPACK理論即整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí).2006年科勒和米什拉基于TPACK理論提出TPACK框架，認(rèn)為教學(xué)由信息技術(shù)（TK）、教學(xué)法（PK）和學(xué)科教學(xué)內(nèi)容（CK）三個(gè)基本元素構(gòu)成，由于境脈的不同，三個(gè)元素的占比和表現(xiàn)形式不同.TPACK框架告訴我們?nèi)咧g并不是孤立的個(gè)體，而是可以有機(jī)融合到一起，整合為七個(gè)領(lǐng)域，能夠使教學(xué)變得更加簡(jiǎn)捷有效、直觀易懂［3］.

在物理教學(xué)過程中，以TPACK框架為指導(dǎo)，將三個(gè)基本要素進(jìn)行有機(jī)融合為七個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，就需要對(duì)每個(gè)要素所包含的物理教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，找到合適的技術(shù)和方法.

2 建構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)模型

以TPACK為核心，建構(gòu)數(shù)字信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，最終探索出信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合的優(yōu)化路徑.

2.1 分析階段

（1）教學(xué)目標(biāo)分析：教師首先要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，主要對(duì)于課標(biāo)要求、本節(jié)內(nèi)容的地位和作用以及本節(jié)內(nèi)容所蘊(yùn)含的思想進(jìn)行分析.然后對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析，包括對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)情及其學(xué)習(xí)需求進(jìn)行分析，如學(xué)生之前的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、已構(gòu)建的知識(shí)框架、學(xué)生的心理特征以及學(xué)生對(duì)之前所學(xué)知識(shí)的掌握情況，同時(shí)了解不同層次的學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn).最后對(duì)于教學(xué)條件進(jìn)行分析，對(duì)能夠應(yīng)用的信息技術(shù)資源進(jìn)行匯總和分析，了解其特點(diǎn)和功能.

（2）信息技術(shù)分析：通過對(duì)教學(xué)目標(biāo)的分析，深入了解所匯總的信息技術(shù)資源的功能和特點(diǎn)，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)該教學(xué)目標(biāo)的信息技術(shù)，分析其能夠應(yīng)用于物理教學(xué)的技術(shù)表征.本教學(xué)設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)是突出技術(shù)在教學(xué)中的作用，信息技術(shù)在教學(xué)中主要表現(xiàn)為信息表征功能.

（3）教學(xué)法分析：通過所分析出來的教學(xué)目標(biāo)和信息技術(shù)，選擇合適的一種或者幾種教學(xué)方法.常見的教學(xué)方法主要有講授法、案例教學(xué)法、情境教學(xué)法、討論法、多媒體教學(xué)法、小組合作學(xué)習(xí)法等.

2.2 整合階段

將分析階段得到的基本元素與TPACK框架的TK、PK、CK基本元素進(jìn)行對(duì)應(yīng).以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，使其依次融合為TCK、TPK、PCK三個(gè)整合元素，其具體為：

TCK：利用數(shù)字技術(shù)展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容；

TPK：利用數(shù)字技術(shù)支持教學(xué)方法；

PCK：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇教學(xué)方法.

最終得到完整的整合技術(shù)的物理教學(xué)TPACK.

2.3 設(shè)計(jì)階段

通過前面幾個(gè)階段的分析，在TPACK框架的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合作為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的方式，將整體教學(xué)過程分為多個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)置不同環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)，以TCK、PCK、TPK和TPACK為實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)行具體的教學(xué)設(shè)計(jì).

3 呈現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)模型

以高中物理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的教學(xué)為例，呈現(xiàn)信息技術(shù)和物理教學(xué)深度融合的教學(xué)設(shè)計(jì)模型.

3.1 分析階段

（1）教學(xué)目標(biāo)分析：在高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)教學(xué)的要求是能根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的振動(dòng)或擺動(dòng)的特點(diǎn)，建構(gòu)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、單擺等物理模型.在學(xué)習(xí)該章節(jié)之前學(xué)生對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知主要是日常生活中的接觸，對(duì)于有規(guī)律的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)主要在拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，并沒有進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，也就不具備簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的模型建構(gòu)和認(rèn)知能力.故根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，由淺入深確定本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)為：

①發(fā)現(xiàn)生活中的機(jī)械振動(dòng)及其特點(diǎn)；

②總結(jié)日常生活中常見的機(jī)械振動(dòng)，尤其是彈簧，并將其抽象出來；

③知道什么是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；

④能夠建立簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型，并將模型理想化；

⑤對(duì)模型進(jìn)行定性分析，發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)；

⑥通過對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像分析，得到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定量特點(diǎn)；

⑦學(xué)生具備模型建構(gòu)能力和抽象思維能力，能夠與模型進(jìn)行交互性操作.

（2）信息技術(shù)分析：為了將簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)從日常生活中抽象出來，教師可以采用使用PPT向?qū)W生播放機(jī)械振動(dòng)視頻，尋找這些運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).教師在進(jìn)行具體簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)教學(xué)時(shí)，真實(shí)實(shí)驗(yàn)會(huì)或多或少存在能量損耗、阻尼影響以及運(yùn)動(dòng)圖像難以表現(xiàn)的問題，而且實(shí)驗(yàn)過程運(yùn)動(dòng)速度很快，容易出現(xiàn)學(xué)生難以觀察清楚且課堂參與感較弱的問題.因此要選擇一款能夠?qū)⒄鎸?shí)生活中的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)抽象出來，建構(gòu)忽略阻尼和能量損耗等問題的理想模型，同時(shí)還可以將物體運(yùn)動(dòng)情況展現(xiàn)出來的數(shù)字信息技術(shù)軟件.

能夠應(yīng)用于物理教學(xué)的數(shù)字信息技術(shù)非常多，比較常見的有Geogebra、Nobook和Algodoo等.Geogebra是一種3D仿真軟件，它對(duì)于數(shù)學(xué)水平要求較高，學(xué)生的使用感可能會(huì)比較差；Nobook更傾向于模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，很多模擬實(shí)驗(yàn)為收費(fèi)項(xiàng)目，且難以實(shí)現(xiàn)師生交互教學(xué)；而Algodoo軟件作為一款免費(fèi)的軟件不僅能夠進(jìn)行真實(shí)的物理模擬，而且能夠直接修改參數(shù)，以建構(gòu)理想化模型，此外還具備形象生動(dòng)、與物理教學(xué)貼合度高、可修改仿真模擬速度、能夠?qū)崿F(xiàn)師生交互學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地應(yīng)用于高中物理教學(xué)，尤其是類似于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)這樣2D的物理教學(xué).

（3）教學(xué)法分析：結(jié)合教學(xué)內(nèi)容分析和信息技術(shù)分析，本節(jié)內(nèi)容可以使用情境教學(xué)法、演示法、交互式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué).

3.2 整合階段

根據(jù)TPACK理論將分析階段的基本元素進(jìn)行整合得到TCK、PCK、TPK及最終的TPACK，如下表1.

3.3 設(shè)計(jì)階段

通過以上分析和整合的過程，形成以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)為例的教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)信息技術(shù)與物理教學(xué)的深度融合的優(yōu)化教學(xué)過程進(jìn)行呈現(xiàn).

環(huán)節(jié)1 以真實(shí)情境為引導(dǎo)，對(duì)知識(shí)進(jìn)行抽象

教學(xué)目標(biāo)：學(xué)生能夠由日常生活抽象得到機(jī)械振動(dòng)，并認(rèn)識(shí)彈簧振子

（1）教師播放PPT，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)生活中的機(jī)械振動(dòng)；

（2）教師展示真實(shí)的彈簧拉重物的模型，并詢問同學(xué)彈簧來回拉重物的這個(gè)過程與視頻中展示的生活場(chǎng)景是否類似，使用生活化場(chǎng)景引入新知.

環(huán)節(jié)2 以模型建構(gòu)為基礎(chǔ)，模擬理想情況

教學(xué)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和模型建構(gòu)能力，并對(duì)理想情況的彈簧振子模型進(jìn)行定性分析.

（1）通過Algodoo軟件建構(gòu)一個(gè)彈簧振子模型；

（2）彈簧最終會(huì)停下，請(qǐng)同學(xué)思考彈簧停下來的原因（由于能量的轉(zhuǎn)化）；

（3）請(qǐng)同學(xué)思考如果我們不考慮能量的轉(zhuǎn)移，也就是將其變?yōu)槔硐牖Ｐ?，我們?cè)撛鯓映橄蟪鰜?，需要忽略哪些因素?/p>

（4）使彈簧的阻尼為0，取消空氣阻力，使用Algodoo軟件建構(gòu)理想化的彈簧振子模型；

（5）啟動(dòng)彈簧振子模型，將演示速度設(shè)置為0.2倍速，引導(dǎo)學(xué)生觀察彈簧振子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，感受其“對(duì)稱”和“周期”的特點(diǎn)；

（6）小組討論總結(jié)，得出結(jié)果.

環(huán)節(jié)3 以拓展模型為應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)思維碰撞

教學(xué)目標(biāo)：通過建構(gòu)彈簧振子的應(yīng)用拓展模型，開拓學(xué)生思維的深度和廣度以及對(duì)彈簧振子的理解程度.

（1）建立一個(gè)拓展模型，使得小車勻速向右運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部有一理想的彈簧振子模型在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，展示小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，將簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)清晰直觀地展現(xiàn)出來；

（2）教師最后對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié).

環(huán)節(jié)4 以模型分享為紐帶，搭建師生交互橋梁

教學(xué)目標(biāo)：通過對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的深度思考和交互學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力以及自主學(xué)習(xí)能力.

利用Algodoo軟件的模型分享功能，將模型分享給學(xué)生，讓學(xué)生自行使用Algodoo軟件進(jìn)行拓展學(xué)習(xí).

4 結(jié)語

信息技術(shù)通過影響教師，進(jìn)而影響學(xué)生，本文基于TPACK理論的TPACK框架建構(gòu)數(shù)字信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，以高中物理“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，嘗試為教師在使用信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的過程中提供一種教學(xué)設(shè)計(jì)模型，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化.這不僅為物理教師提供了新的教學(xué)思路和方法，也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感和課堂的參與感.

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