TPACK理論框架下大學物理實驗教學設(shè)計與整合

范 婷，李金平

(石河子大學 理學院，新疆 石河子 832000)

整合技術(shù)的學科教學法知識(TPACK)，是美國密歇根州立大學的密舒拉和科勒教授于 2006 年正式提出的[1].TPACK知識由技術(shù)知識TK(Technologyknowledge)、教學法知識PK(Pedagogicalknowledge)、學科內(nèi)容知識CK(Contentknowledge)3個核心要素互動產(chǎn)生，TPACK的理論框架要求教師在綜合考慮三者的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的教學情境需要，與具體學科融合，設(shè)計恰當?shù)慕虒W方案，有效地把技術(shù)整合到教學設(shè)計中.

大學物理實驗課程是高等院校理工農(nóng)醫(yī)各專業(yè)課程體系中重要的基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容涉及面廣、實用性強，在引導學生掌握物理知識與技能、培養(yǎng)實踐動手能力、提高科學研究素養(yǎng)、提升參與實踐與科學研究內(nèi)驅(qū)力、建立科學的世界觀、人生觀和價值觀方面具有非常重要和深遠的作用. 現(xiàn)有大學物理實驗教學模式存在許多問題，如：教學模式單一、教學資源難以有效利用、考評方式存在較大弊端、教學內(nèi)容老化、不利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)等[2].

利用信息技術(shù)彌補大學物理實驗教學中的不足，是提升教學質(zhì)量的重要途徑. 目前現(xiàn)代教育技術(shù)手段在大學物理實驗教學中的應用已較多，如在實驗理論講授中，運用電子教案、實物投影和插播錄像等手段，將講課、演示和實驗結(jié)合起來[3]. 但是如何將技術(shù)有效整合到教學實踐中，利用技術(shù)優(yōu)化教學內(nèi)容，進行教學管理和教學組織實施，則需要在真實具體的情境中進行設(shè)計. 本文基于TPACK理論框架，從教學內(nèi)容、教學方法、教學技術(shù)等3方面對大學物理實驗教學進行了深層次的整合與設(shè)計.

1 建構(gòu)大學物理實驗TPACK教學框架

借鑒美國楊百翰大學蘇齊·考克斯(Cox)的 TPACK 精致化框架理論[4]，結(jié)合大學物理實驗課程具體教學實例，對整合技術(shù)的學科教學知識中各組成要素進行更加細致的界定，明確各元素復合的內(nèi)在聯(lián)系和方式，提出了基于精細化整合技術(shù)的大學物理實驗課程學科教學知識框架，如圖1所示.

該框架包含大學物理實驗內(nèi)容體系知識(CK)、大學物理實驗教學法知識(PK)和多媒體網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)知識(TK)3個核心要素，還有4個由核心元素相互交織形成的復合要素，包括：

1)通過開放式學習建立大學物理實驗學科內(nèi)容教學的教學法知識(PCK)；

2)通過資源共享建立大學物理實驗學科內(nèi)容相應的信息技術(shù)知識(TCK)；

3)通過混合式教學整合信息技術(shù)的教學法知識(TPK)；

4)關(guān)注“境脈”因素，學生、教師、資源多因素協(xié)同作用，有效開展“教與學”的整合技術(shù)的大學物理實驗學科教學知識(TPACK).

此TPACK教學框架，堅持Blended learning的教育思想，兼取“傳遞—接受”和“自主—探究”二者之所長，形成 “有意義傳遞”和“教師主導下自主探究”相結(jié)合的教與學活動的新實驗教學理念和方法. 有助于培養(yǎng)大學生的實踐、創(chuàng)新能力及科學素養(yǎng)，從而促進適應社會與時代需求的創(chuàng)新人才的培養(yǎng).

圖1 大學物理實驗TPACK教學框架

2 優(yōu)化大學物理實驗教學內(nèi)容體系(CK)，實現(xiàn)學生多元智能發(fā)展

大學物理實驗教學內(nèi)容涵蓋力、熱、光、電、近代物理等知識，要求學生掌握并了解各種物理實驗背景、基本原理、實驗裝置的工作原理及使用方法，旨在培養(yǎng)學生獨立思考、查閱資料、確定實驗原理和方法、物理過程公式推導、實驗方案設(shè)計、合理選擇實驗儀器設(shè)備等能力，培養(yǎng)大學生敏銳的觀察力、嚴謹?shù)乃季S能力及實際操作能力.

TPACK框架下的大學物理實驗教學內(nèi)容體系設(shè)置方案(圖2)遵循學生的認知規(guī)律，適應不同潛質(zhì)的學生，達到提高“綜合實驗素養(yǎng)”的教學目標，培養(yǎng)學生多元智能. 具體有以下特點：

1)豐富教學內(nèi)容，適應新時代大學生內(nèi)在需求，開展系列化實驗. 面向一、二年級學生開設(shè)趣味演示實驗和基礎(chǔ)物理實驗，開放虛擬仿真實驗系統(tǒng)，在激發(fā)學習興趣和掌握基本技能后，面向三、四年級學生開設(shè)自組研究實驗和創(chuàng)新設(shè)計實驗.支持和鼓勵以“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目”和“挑戰(zhàn)杯”等各級學生競賽做外延拓展，并安排骨干教師精心指導.

2)針對不同專業(yè)學生特點，因材施教，層次化教學，階梯式發(fā)展. 課程設(shè)置由淺入深，從基礎(chǔ)測量實驗、基礎(chǔ)應用實驗、綜合提高性實驗到設(shè)計研究性實驗，層層深入，符合循序漸進的教學規(guī)律，易于學生接受和掌握.

3)整合實驗項目，凝練實驗內(nèi)容，以專題化形式開設(shè)綜合提高實驗. 專題包括基于同一實驗儀器的多項內(nèi)容系列實驗(如圖2中專題1～專題5)，基于同一物理測量量的多種方法系列實驗(如圖2中專題6～專題9)，基于探測器的綜合測量系列實驗，基于計算機的可視化優(yōu)化方案系列實驗等. 理論知識、實驗技能、專業(yè)素養(yǎng)三者融會貫通，全面提升實驗能力.

4)體現(xiàn)了以“學生為本”的教育理念，利用信息技術(shù)整合實驗內(nèi)容體系，學生可通過網(wǎng)上選課預約系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)教學平臺資源，在完成必修基礎(chǔ)實驗內(nèi)容后，選修感興趣的綜合提高專題實驗和自組系列實驗，網(wǎng)上自修虛擬仿真實驗，申請開展研究創(chuàng)新性實驗. 實現(xiàn)面向?qū)W生不同層次的個性化學習.

圖2 大學物理實驗TPACK教學內(nèi)容體系設(shè)置方案

3 開發(fā)信息技術(shù)(TK)支持下的教學資源，建設(shè)技術(shù)支持下的教學環(huán)境

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)構(gòu)建的實驗教學信息資源服務(wù)平臺可有效整合實驗資源，實現(xiàn)資源共享.在大學物理實驗教學資源建設(shè)中，利用“云計算”技術(shù)構(gòu)建的資源平臺，為獲取、收集、整理各類實驗教學素材、課件等提供了更方便快捷的途徑，實驗資源可以在網(wǎng)絡(luò)上無限地添加和更新，所有教師和學生在實驗教學過程中都可以不斷地改進、充實教學資源庫，從而構(gòu)建起開放的、可持續(xù)發(fā)展的實驗教學資源生態(tài)環(huán)境，更好地實現(xiàn)資源共享和優(yōu)化利用[2].

如表1所示，構(gòu)成大學物理實驗TPACK教 學信息資源服務(wù)平臺的4個模塊(網(wǎng)上實驗選排課系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學平臺或微信公眾號、網(wǎng)上考評系統(tǒng)和虛擬仿真實驗系統(tǒng))協(xié)同發(fā)揮作用，是整合教學內(nèi)容、施展教學法的線上舞臺，綜合構(gòu)建開放式教學環(huán)境，實現(xiàn)必修、選修和自修的個性化學習，面向不同層次學生開展專題化、系列化教學. 有助于提升學生課前實驗預習效果、課堂實驗教學效果、課后拓展研究效果、全面考核反饋效果.

表1 大學物理實驗TPACK教學信息資源服務(wù)平臺

TPACK教學框架下教學資源環(huán)境的建設(shè)，不僅要關(guān)注硬件技術(shù)的開發(fā)，還需要更多關(guān)注“軟件”建設(shè). 提高教師信息化教學設(shè)計能力、信息化教學資源應用能力、信息化教學實施能力和信息化教學評價能力[5]. 分析學生學習特征和需求，創(chuàng)作出學生愛看、貼近生活、利于知識轉(zhuǎn)化成能力的課程特色微視屏及精品教學資源；有效開展播客單元、課程管理、答疑討論、作業(yè)測試、研究型教學等線上教學活動.

4 研究實踐教學策略，設(shè)計符合學情的探究型大學物理實驗混合式教學方法(PK)

大學物理實驗是學生開始科學研究的入門課程，通過不斷探索、解決實踐問題，從而培養(yǎng)創(chuàng)新和科研基本技能. 教師通過創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)學生興趣，激發(fā)并維持學生內(nèi)源性學習動機，引導學生思考，明確解決問題的方向；學生在解決問題的過程中，給予自身反饋，自我激勵，最終解決全部問題，完成實驗，提升能力[6]. 探究型教學模式以學生的主體活動為中心，以內(nèi)容、任務(wù)或問題為載體，引發(fā)學生探究與思考，從而展開基于問題的學習(PBL)[3]. 教師關(guān)注操作知識的綜合應用和實驗問題的創(chuàng)造性解決的“應用、分析、評價和創(chuàng)造”等高階思維活動，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生學習過程中的指導者、協(xié)助者和促進者.

在TPACK教學框架下將符合物理實驗規(guī)律的探究型教學策略，通過線上、線下模式開展混合式教與學活動. 如圖3所示，基于TPACK教學信息資源服務(wù)平臺，創(chuàng)設(shè)混合式教學環(huán)境，融入傳統(tǒng)教學方式和電子媒體信息技術(shù)優(yōu)勢，使教學“主導”與“主體”密切結(jié)合起來，從而形成“教與學齊頭并進”的教學設(shè)計模式. 采用“創(chuàng)設(shè)實驗問題情境—分析論證實驗問題—制訂實驗解決方案—實施實驗方案—總結(jié)評價反思—創(chuàng)新設(shè)計實驗”的基于問題的流程,通過面對面講解、討論、實踐、評價、引導探究開展課堂教學活動；通過自主預習、協(xié)作討論、成果展示、研究互助、反饋評測開展在線教學活動；通過課程設(shè)置體現(xiàn)探究型實驗教學和研究性自主學習的個性化發(fā)展,使學生更易于實現(xiàn)學習遷移，從而大幅度提高實驗教學的水平和質(zhì)量.

圖3 大學物理實驗基于問題的混合式教學模式

5 結(jié) 論

基于TPACK框架，從物理實驗學科內(nèi)容知識、教學法知識、技術(shù)知識3個方面整合教學方案. 將大學物理實驗內(nèi)容系列化、層次化、專題化、個性化，體現(xiàn)了以“學生為本”的教育理念；基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)構(gòu)建實驗教學信息資源服務(wù)平臺，優(yōu)化教育環(huán)境，實現(xiàn)資源共享；基于問題的混合式教學法，發(fā)展不同層級學生的創(chuàng)新思維，增強學生的實踐操作能力，內(nèi)化學生的自主創(chuàng)新性研究能力. 利用信息技術(shù)整合實驗內(nèi)容和教學法，學生可通過網(wǎng)上選課預約系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)教學平臺資源，在完成必修基礎(chǔ)實驗內(nèi)容后，選修感興趣的綜合提高專題實驗和自組系列實驗，網(wǎng)上自修虛擬仿真實驗，申請做研究創(chuàng)新性實驗. 實現(xiàn)面向?qū)W生不同層次的個性化學習，促進適應社會與時代需求的創(chuàng)新人才的培養(yǎng).

參考文獻：

[1] Mishra P, Koehler M J．Technological pedagogical content knowledge: A framework for teacher knowledge [J]．Teachers College Record，2006(8):1017-1054．

[2] 李松,劉秀琴. “互聯(lián)網(wǎng)+”大學物理實驗教學體系構(gòu)建[J]. 實驗技術(shù)與管理,2017,34(1):172-174.

[3] 池水蓮,石娟. 基于TPACK框架的大學物理實驗教學設(shè)計與應用[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù),2012,22(8):33-35.

[4] 戴錫瑩. 基于TPMK的數(shù)學教師教育技術(shù)知識構(gòu)建研究[D]. 長春：東北師范大學，2014:18-25.

[5] 齊燦,張宏. TPACK框架下高校青年教師信息化教學能力的培養(yǎng)[J]. 中國成人教育,2017,(3):137-139.

[6] 蔣蕓,王亞芳,董愛國,等. 問題引導型物理實驗自主學習模式的探究[J]. 實驗室研究與探索,2017,36(8):237-239.