基于TPACK理论的初中物理实验教学创新策略

【摘要】TPACK理论为信息技术和教学的深度融合提供了新型的理论框架，其对初中物理实验教学具有重要的指导意义。文章首先阐述了TPACK理论的内涵，其次分析TPACK理论指导下初中物理实验教学的关键，然后以TPACK理论框架为指导提出初中物理实验教学的创新策略，从技术的选择以及使用探讨了教学实施的具体做法。

【关键词】初中物理；TPACK理论；实验教学；创新策略

【中图分类号】G633.7【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2024）16—0066—04

实验是初中物理教学的重要内容，但是传统的物理实验教学存在着诸多的限制和挑战，比如实验设备不足、信息化程度不高等，导致实验教学的效果不佳。在信息化时代的背景下，初中物理教师应改变传统的教学模式，积极探索信息技术和物理实验融合教学的新模式。TPACK理论是在舒曼学科教学模型（PCK）理论的基础上融入信息技术应用知识构成的概念模型理论，能够指导教师将信息技术和当前的教学有机融合。笔者尝试以TPACK为理论指导开展初中物理实验教学，以促进信息技术和实验教学的整合，探索初中物理实验教学的创新策略。

一、TPACK理论概述

TPACK是Koehler和Mishra在2006年提出的概念框架，是“整合技术的学科教学知识（Techno？ logical Pedagogical Content Knowledge）”的英文缩写。TPACK是在舒尔曼教学内容知识（PCK）框架的基础上建立的概念框架，其包含了3个基础知识库，分别为技术知识（TK）、教学知识（PK）和内容知识（CK），其中内容知识（CK）是指具体学科的知识内容；技术知识（TK）是指能够被运用到学科教学中的各种传统、新型的技术知识；教学知识（PK）是指促进学生学习的教学方法、教学策略方面的知识。

三个基础知识库彼此之间具有密切的关联，相互影响和作用，形成了四种重叠形式的知识，分别为技术内容知识（TCK）、技术教学知识（TPK）、教学内容知识（PCK）以及将三类基础知识融会贯通形成的知识（TPACK）。在TPACK理论指导下开展教学工作，教师应同时关注并理解技术、学科内容以及教学法这三个要素，同时把握这三者之间交互形成的新知识。

二、TPACK理论指导下的初中物理实验教学关键

1.准确定位，明确技术应用场景。《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》明确指出要将最新的技术成果和科技前沿知识融入实验教学中，这对初中物理实验教学作出了明确的指示，信息技术被广泛应用到了初中物理实验教学中。但是在这个过程中，信息技术的使用存在着滥用、乱用的情况，部分教师只追求信息技术的应用形式，为了使用而使用，虽然看似整节课的信息化程度更高了，但是信息技术的使用并没有达到优化教学过程、提升教学质量的目的，甚至还会适得其反。针对这一问题，教师应对信息技术的地位和作用进行准确定位，明确信息技术的应用场景[1]。

一是教师应在传统实验难以测量或者无法操作时使用信息技术。比如，一些理想实验、宏观实验以及微观实验等，这些实验难以在课堂上完成，教师就可以融合信息技术进行动画模拟，将物理过程直观地展示在学生面前。

二是耗时长、发生瞬间变化以及存在安全隐患的物理实验。由于课堂时间是有限的，而有的物理现象发生过程极为缓慢，教师则可以利用合适的信息技术，将耗时长的物理实验过程压缩，在课堂上呈现经过处理的实验过程影像。此外，有的物理过程是瞬间发生的，学生难以观察到瞬间现象，教师也可以借助信息技术定格实验现象，将整个物理过程的变化清晰地呈现出来。同时，还存在一些较大安全隐患的实验，教师也可以借助信息技术进行仿真实验，突破实验教学中的重难点。比如，人体触电现象、家庭电路短路实验等，其存在着较大的安全隐患，教师就可以引入虚拟技术开展模拟实验。

三是需要描绘物理图象和采集大量数据的实验。当需要描绘物理图象、采集大量的实验数据时，采用传统方法采集的数据十分有限，并且会产生较大的实验误差，从而影响最终的实验结论。对于这一类实验，教师也可以使用信息技术让实验便捷开展。比如，数据采集器、数字化传感器等，将这些技术运用到实验教学中，能够为学生搭建良好的实验平台，助力学生实时、精准采集实验数据，并对数据进行高效、快速处理，生成实时图象。又如，在晶体熔化与凝固规律实验、水沸腾实验中，教师就可以引入温度传感器。

2.审时度势，精心选择适宜技术。能够运用到物理实验教学中的技术种类非常多，不同的技术有不同的特征和优势，选择适宜的技术才能充分发挥出技术的优势，否则很有可能会适得其反。初中物理教师要加强对各种传统性技术和信息技术的研究，结合具体的实验内容和教学需求，精心选择适宜技术，借助相关的技术手段来优化物理实验[2]。在选择使用何种技术时，教师要遵循“适合的就是最好的”原则，凸显技术的实用性，而不是一味地追求先进或者时尚的技术。TPACK理论框架对物理实验教学具有重要的指导作用，合适的技术能够简化实验步骤、强化实验证据或者将实验短板补齐，也可以激发学生的实验兴趣，或者对学生的思维漏洞进行填补。教师在选择相应的技术时，应该明确技术应用的作用和功能，技术的使用应该达到提高实验效果的目的，比如让物理实验中隐性的规律显性化，让微小的实验现象放大化，让难以观测的实验现象可视化等，或者利用信息技术创设直观的实验情境，充分发挥信息技术的优势，让物理实验中的难题迎刃而解。

3.谋定后动，娴熟地使用技术。TPACK理论要求教师将技术、教学法以及学科内容深度融合，强调了教师在教学过程中运用信息技术具备的知识和能力。信息技术支持下的教学环境更加多变，教师在设计信息化的教学方案时，应灵活掌握教学方式和技巧，让技术能够和学科内容知识、教学知识形成适宜的组合形式[3]。在初中物理实验教学中，教师使用技术时需要找准技术使用的环节，并将技术和物理实验教学知识、物理实验内容知识进行融合创新，这就要求教师要熟练掌握相关的技术。教师使用技术时，需要先分析物理实验内容知识，包括实验原理、实验步骤和实验方式等，同时要考虑实验教学法，比如小组合作、自主探究、教师演示等，然后在此基础上娴熟地使用技术，借助技术凸显重难点，顺利完成教学内容，达成教学目标。

三、基于TPACK理论的初中物理实验教学创新策略

1.基于学科价值分析内容知识（CK），明确教学目标。基于TPACK理论开展教学，教师要以TPACK框架为理论指导，促进内容知识、技术知识和教学知识的有机融合，针对具体的教学内容选择合适的教学方法和技术手段，以提高教学效果[4]。在以TPACK框架为理论指导实施教学时，做好学科内容知识（CK）的分析是基础，教学法的选择以及技术手段的运用，都需要考虑具体的学科内容知识。在初中物理实验教学中，教师应从学科价值的角度对物理实验内容知识进行分析，明确教学内容和目标，为后续的教学法选择以及技术手段的运用奠定基础。

例如，在“探究电磁感应现象”的物理实验教学中，教师应从学科价值的视角对这一实验内容进行分析。学生在学习这一内容之前，对磁场、磁感线、电磁场的概念有了初步的了解，在奥斯特实验的基础上知道了电能生磁，教师要在此基础上带领学生动手操作，在实验探究的过程中知道磁也能生电，并感受磁生电的过程。“探究电磁感应现象”是“电与磁”章节的重要内容，电磁感应现象是发电机发电的基本原理，教师要对这一物理实验的内容结构进行综合分析，然后选择与本内容体系匹配的教学组合形式，明确教学目标，并制订教学指导方案。

2.基于学生需求分析技术知识（TK）、技术内容知识（TCK），选定合适技术。基于TPACK理论开展教学，教师要解决选择何种技术的关键问题，教师可以基于学生需求分析技术知识（TK）和技术内容知识（TCK），从而选择适宜技术。技术内容知识是关于如何使用相应的技术来呈现学科内容的知识，将技术运用到初中物理实验教学中，一定要凸显出技术的实用性，以技术为手段突出教学重点，帮助学生突破学习难点，提高实验教学的效果，不能为了使用技术而使用技术[5]。技术的使用是为了帮助学生更好地理解物理实验内容，因此教师要做好学情分析，基于学生的需求分析技术知识。教师要熟悉掌握各种能够运用到物理实验教学中的传统性技术和信息技术，从物理实验的过程、教学需求出发，明确技术运用的目的和功能，结合具体的物理实验教学内容选择适宜的技术。

初中生的形象思维非常活跃，抽象思维水平比较低，而“电磁感应现象”涉及的电流、磁场以及导线切割磁感线等对于学生来说都比较抽象。教师在实验教学中，要带领学生对磁生电过程的能量转化进行探究，而能量转化的过程是不可视的，这会让学生在实验过程中不知所措，对物理实验产生畏惧感，同时也影响了学生对电磁感应现象的理解和体会。“电磁感应现象”实验较为抽象，如何将抽象的物理过程、物理现象凸显出来，离不开技术知识的支撑。在“探究电磁感应现象”的实验教学中，由于实验涉及的物理过程比较抽象，因此教师选择技术时，应以“让抽象的物理过程直观化”为目的，引入直观、表象的技术，发挥技术优势为学生建立直观模型，将抽象的概念以及难以观察到的物理过程直观地呈现出来。为了激发学生的实验兴趣和探究欲望，教师还可以借助多媒体技术创设生活化情境，从现实生活出发引出实验内容，从而吸引学生的注意力，让学生产生探究的欲望，消除学生对物理实验的畏难情绪。为了让学生更好地观察实验现象，教师还可以采用同步投屏技术，将“电磁感应现象”的实验过程投屏到电子屏幕上，以便于学生观察。在实验过程中需要采集实验数据，教师可以选用传感器采集系统，实时、精准采集实验数据。

3.基于教学实践分析教学知识（PK）、教学内容知识（PCK）以及技术教学知识（TPK），实施教学。在物理实验教学环节，教师要依托合适的技术呈现物理实验过程，引导学生积极参与到实验探究的过程中，因此教师要从教学实践的角度对教学知识（PK）、内容知识（PCK）以及技术教学知识（TPK）加以分析，确定教学方案，设计教学流程。教学内容知识是关于使用相应的教学方法和策略完成学科内容教授的知识，而技术教学知识则是关于使用相关的技术来支持教学方法或者教学策略，教师要熟悉掌握各种能够促进学生学习的教学策略、方法和活动方面的知识，结合物理实验教学的特点，考虑采用哪种教学方法和策略、开展怎样的教学活动，然后将相关的技术融合进来，在技术的支持下开展实验活动，有效促进教学知识、内容知识和技术知识的融合。

在“探究电磁感应现象”的实验教学中，教师应贯彻“以生为本”的教育理念，发挥学生的主体性，因此可以选择分组探究的方式开展实验，以小组为单位开展探究实验。教师将教学技术整合到物理实验教学中，为学生搭建数字化实验装置，可以借助木板、彩纸和硼铷磁体制作平面磁铁，形成磁场。为了有效推进小组探究实验，教师还可以引入任务驱动教学法、问题导学法等，围绕实验内容设计相应的任务或者提出相关的问题，为学生的分组探究指引方向，同时激活学生的思维。比如，搭建了相互平行的磁场之后，由于磁场是看不见也摸不着的，因此教师可以提出问题“我们如何将磁极之间的磁场空间分布简单地显示出来呢？”“我们怎样才能知道是否产生了电流呢？电流的大小和方向怎样来判断？”以问题引发学生的思考，鼓励学生以小组为单位探讨解决方案。教师提出问题之后，要给予学生充足的时间思考、探索。当然，这些问题可能对学生来说难度较大，因此，教师应该在必要的时候对学生进行启发和引导，适时出示微电流传感器、数据采集器等，和学生一起探讨如何将它们整合到实验中，通过这些技术的使用将感应电流的图象实时显示在电脑屏幕中。教师在这个过程中，借助信息技术建立了具体的模型，将电磁感应现象可视化，提高了教学效率。

在教育信息化2.0时代，如何将信息有机整合到课堂教学中是每一位教师都应该思考的问题，初中物理教师也应以TPACK框架为理论对实验教学进行创新，充分发挥出TPACK理论对物理实验教学的指导作用，打造高效的物理实验课堂。在实际的教学过程中，教师选择合适的教学方法和策略，并整合恰当的技术手段，多途径建立物理模型，确定教学方案，优化教学内容，全面提升物理实验教学的效果。

参考文献

[1]葛兴烁.TPACK视域下信息技术融合初中物理习题课教学实践[J].理科考试研究，2023（18）：42-45.

[2]木立印.基于TPACK理论框架探讨初中物理创新实验教学方法与实施[J].安徽教育科研，2024（11）：55-57.

[3]王咪咪，张小云.基于TPACK理论的初中物理教学策略研究[J].科教文汇，2023（21）：175-178.

[4]曹诗琴，丁益民，张宇庭，等.基于TPACK理论初中物理教学设计——以“焦耳定律”为例[J].湖南中学物理，2023（08）：66-71.

[5]于剑雄.基于TPACK理论框架下探究中学物理的教与学[J].广西物理，2023（04）：170-172.

编辑：张昀