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TPACK视域下信息技术融合初中物理习题课教学实践

2023-09-08 148 上传者：管理员

摘要：初中物理教学中习题教学不仅是巩固教学质量，更是促进学生核心素养发展的必要环节.随着信息技术的高速发展，合理运用信息技术融合教学，既能有效应用习题情境可视化模式，增强学生直观感受，激发学生学习兴趣；又能展示习题思维过程，引发学生深度思考和研究，构建完善的物理思维体系；更是教师及时评价优化教学内容，打造符合新时代优质初中物理学科信息化讲评教学的要求.本文以初中物理习题教学中的实际案例，展现信息技术融合习题教学的效果，以期为优化习题教学提供新的途径.

关键词：
习题教学
信息技术融合
可视化
教学实践
物理教学
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随着教育信息化建设水平的不断提高，将现代信息技术与传统教育教学相融合已是大势所趋，新的软件工具和信息技术越来越多地应用到日常教学中.在《义务教育物理课程标准(2022年版)》中也倡导物理教师应采取多样化的教学方式，注重融合信息技术与课堂教学[1],引导学生理解物理概念，形成科学思维，提高学生的科学探究和解决实际问题的能力，发展学生核心素养，提高学科教学质量.由此看来，教师要积极学习信息技术，并将信息技术和物理教学相融合应用于真实课堂中，才能更好地促进学生的发展.本文以初中物理习题教学实践为例，探讨了TPACK视域下信息技术融合的习题课教学.

1、TPACK视域下的物理习题课框架模型

TPACK ( Technological Pedagogical Content Knowledge)即整合技术的学科教学知识，是由马修科勒和庞雅米什拉两位学者在著名心理学家舒尔曼的PCK理论的基础上提出的一种科学知识结构框架.它是在学科内容知识(CK)、技术知识(TK)和教学法知识(PK)这3种基本元素基础上交互融合，形成了4种复合知识元素，即：学科教学法知识(PCK)、整合技术的学科知识(TCK)、整合技术的教学法知识(TPK)和整合技术的学科教学知识(TPACK).TPACK理论框架虽然没有具体学科教学实践活动设计方案，但该理论为指导教师的信息化教学和提高课堂教学效率具有重要的指导意义.将TPACK理论正向迁移用于物理习题教学中，构建TPACK视域下初中物理习题课框架如图1所示.

2、TPACK整合技术在物理习题课中的应用策略

在教育信息化2.0时代的背景下，TPACK是教师应当具备的教育教学与通识知识[2].TPACK在物理习题教学中最能体现其价值的就是习题情境化、概念可视化、模型可视化和思维可视化.传统的习题讲评主要依靠教师讲授，再结合适当的作图和简单的实验演示等方法帮助学生理解，学生思维品质的深化得不到保证，影响学生学习效果.因此，将信息技术手段融合在习题讲解过程中，将试题内容和知识内容可视化，让学生更加直观地理解题目，加深学生对知识的记忆，培养学生的思维能力，提高学生科学探究能力，达到教学相长的教学效果.

2.1融合信息技术，激发学习兴趣

“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”,兴趣是学生学习动力的源泉.基于物理学科的基础和特点，习题教学过程中，教师有机融合NOBOOK、PhET等信息技术手段呈现生动有趣的习题情境，可以有效激发学生学习兴趣，提高学习积极性.

2.2融合信息技术，优化思维过程

物理习题授课过程中，利用信息技术辅助教学，可以展示物理习题完整情境，涉及物理量的变化现象明显，思维过程清晰.利用信息技术可以反复查看提取习题中的有效信息，仔细研究每一个变化细节，使得习题分析的思维可视化.

2.3融合信息技术，突破教学重难点

物理习题教学中概念原理抽象，导致学生容易丧失学习兴趣.运用信息技术，首先可以将抽象的原理直观形象地呈现给学生；其次，可以展示复杂或不易观察的物理模型，提高学生的认知程度；最后，信息技术手段的使用，增强了物理情境的可视性，缩短了形象思维过渡到抽象思维的时间，可以有效突破教学难点.

2.4融合信息技术，提升核心素养

《义务教育物理课程标准(2022年版)》中提到四大核心素养包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任[1].物理教师可借助信息技术与学科教学知识的有效融合，把知识拓展到课外，从课外回归课内，促使学生掌握基础知识，训练技能方法，提高物理能力，落实核心素养.

3、基于TPACK整合技术的初中物理习题课案例

3.1基于整合技术教学法知识(TPK)的备课思路

基于整合技术教学法知识(TPK)是TPACK系统中重要研究内容之一，TPK在内容上不是技术和教学法的简单拼接，而是教学方法、信息技术等多种知识的融合创新.就是要求教师根据习题课内容，对教学对象和教学内容充分分析，确定好教学目标.然后采用适当的教学方法融合恰当的信息技术，激发学生学习兴趣，突破教学重难点，其具体教学流程如图2所示.

3.2基于整合技术学科内容知识(TCK)的建构

3.2.1整合技术支持，建立物理模型

凸透镜成像规律是初中物理的难点，习题中除了直接考查成像基本规律，还会涉及透镜变焦和不同色光通过透镜对像的位置及大小的影响.这类习题采用传统的实验演示，操作复杂或缺少对应的器材，教师通过作图法讲授效果一般.借助NOBOOK软件可以轻松快捷突破上述难点.

在NOBOOK软件中，找到光学模块，根据需要设置好透镜等相关参数.结合选项改变透镜的焦距大小，调节单色光的颜色，可以直接观察这些参数改变后像的大小、位置的变化，如图4所示.通过软件模拟，可以丰富学生几何光学知识体系的建构，学生亲眼所见，规律记忆更加深刻，相对应的知识难点更容易理解.

3.2.2整合技术支持，巧设问题情境

初中力与运动的关系涉及速度变化、平衡力、能量转化等内容，整个运动过程复杂，考查内容抽象.教师可以借助PhET软件仿真实验或Tracker软件创设问题情境，先让学生通过仿真实验或直接观察真实的物理情境的整个过程，再引导学生对问题进行分析推理.仿真实验过程能够加深学生对物体运动过程的理解进而形成正确的解题思路，同时提高了学生运用所学知识思考问题的能力，实现学生科学思维品质的深化.

在PhET网页上找到“运动”标签，下载并打开“力与运动”模块，根据需要设置物体质量、摩擦系数、推力大小变化等，勾选对应的受力分析选项，模拟播放观察整个运动过程中物体的速度、推力、摩擦力的变化情况，如图6(a)所示.通过软件的模拟可以很好地规避A选项中这种错误的前概念，再分析每一阶段的力与运动的关系，学生接受这类问题会更加容易.最后，还可以继续拓展条件，让学生猜想并分析当推力为零时，物体的运动与受力情况，如图6(b)所示，深化学生对力与运动关系的理解.

习题讲解时，先用手机录制铁球下落过程，再进入Tracker软件的主界面导入已拍摄好的视频，选取要分析的起始帧和结束帧进行追踪，可得到铁球下落运动的轨迹点，如图8(a)所示.利用软件中的选项查看铁球整个运动过程中的速度与时间的关系，如图8(b)所示.这样以图像形式展示，避免了繁琐的理论分析，更有利于学生直观感受，突破在教学过程中的难点.Tracker软件即可以直观显示运动中的物理量，也可实现物体运动规律的定量分析.通过真实的物理情境，展示更多的运动情况信息，培养学生观察分析运动规律，建立物理模型，解决实际问题的能力[3].

3.2.3整合技术支持，促进科学探究

受实验安全等的限制，家庭电路中的故障分析成为了初中物理学习的一大难点.而NOBOOK虚拟仿真实验，恰恰能够突破实验安全的限制，创造一个理想安全的实验环境，使学生知识的运用和问题的分析不局限于课堂.在安全条件下培养学生的动手能力，验证自己答案的正确与否，有助于提高学生自主探究学习的能力.

在NOBOOK软件中选择“电与磁”模块，根据题干信息，从右侧工具栏中拖选题目中所需要的实验器材连接好电路，如图10所示.学生在虚拟安全环境下体验检测电路故障，既验证了自己的答案，又培养了学生的动手能力.NOBOOK软件强大的电学模块，还可以对每个元件设置不同的状态和参数，快捷呈现题目中不同故障的实验结果[4],高效解决电学中电路故障类的习题，突破教学中的教学难点.最后，学生在课后作业遇到其他电学困惑时，也可以利用NOBOOK软件创建实验，提高学生的实验探究能力.

4、PACK视域下的初中物理习题教学反思

4.1更新教育观念，提升教师自我效能

基于TPACK视域下的理论基础进行教学，可以改变教师的传统教学观念，让教师在设计教学之前考虑什么信息技术可以融合教学，如何将信息技术融合促进教学.同时，经常使用信息技术可以促进教师TPACK理论的理解，在熟练应用信息技术的基础上，创造性地开发信息技术辅助教学，提升教师的自我效能感.

4.2信息技术融合，提高教学效果

教师在教学过程中，正确合理融合信息技术，是教师知识与能力的体现.在教学开始之前，教师要先拟定教学目标，了解本节课的特点，同时寻找适当的技术工具并与学科知识、教学策略有机融合，创设恰当的教学情境.形成以教师为主导，学生为主体，学生积极主动构建知识的新型课堂，这样才能真实有效地提高教学效果.

4.3注重教学评价，多进行教学反思

教学评价是基于通过评价学生的学习情况和教师教学情况的一种教学反馈.教学评价是一种手段，同时教学评价形式是多样的，因此评价时不仅要关注学生对知识的掌握情况，更要关注学生的全面发展.融合信息技术的教学评价，教师可以在课堂上和课后使用在线测试来收集和分析学生的数据，对教学知识进行总结反思，提高教学质量.其次，教师还可以进行实验拓展，利用软件和网页等信息技术布置实验探究作业，通过学生完成在线实验报告评估学生的实验技能，落实学生物理核心素养.

5、结束语

信息技术与课堂教学的融合是必然趋势，信息化时代教师要树立终身学习的理念，不断更新自己的教学方法，提升自己的专业能力.TPACK是教师提高数字化教学能力的科学理论，基于TPACK视域下的备课和教学，可以合理找到技术的切入点，平衡技术与教学的融合，促使教学效果最大化.同时我们需要注意的是，不可盲目追求技术，忽略学生的参与性、过程性和思维性，要及时总结信息技术融合教学的方法与途径，助力物理习题教学的质量提升.

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2022年版)[S] .北京:北京师范大学出版社,2022.

[2] 张睿,李静,季卫新.基于TPACK整合技术的初中物理研究性备课―—以苏科版教材"速度"为例[J].中学物理,2020,38(20):2-5.

[3] 葛兴烁,李强Tracker软件在初中物理教学中的应用实例-—以"蹦极过程中机械能及其转化"为例[J]物理通报,2021(03):111-113.

[4] 曹平.可视化软件助力初中物理习题教学[J].理科考试研究,2022,29(16):40-43.

基金资助:石家庄高等教育科学研究项目“‘双减’背景下中学物理教学案例库建设研究”(项目编号:20220317);河北省创新教育学会教育科学研究“十四五”规划一般课题“培养初中生物理学习兴趣的策略研究”(项目编号:CXXH NO.141118);

文章来源: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,2023,30(18):42-45.