基于TPACK框架的大学物理实验教学设计与应用

【摘 要 】文章基于整合技术的学科教学法,从教学内容、教学方法、教学技术三个方面探讨大学物理实验教学设计.教学内容方面包括：实验内容系列化、专题化,开设综合性、设计性实验；教学方法方面包括：开展探究式学习,基于PBL的学习：教学技术方面包括：基于虚拟仿真技术的大学物理实验教学,建设大学物理实验网络教学平台、选课和排课系统.通过准实验研究发现,整合技术的大学物理实验教学能够提高学生的学习成绩、信息素养和协作能力等.

【关 键 词 】TPACK；大学物理实验；教学设计：准实验研究

【中图分类号】G420　【文献标识码】A　【论文编号】1009--8097(2012)08--0033--03

物理是一门以实验为基础的自然学科,物理实验是将理论应用于实践的一门实践课,实验在大学物理教学中占有举足轻重的地位.国外大学对物理实验教学重视程度高,实验教学改革呈现多样化趋势.但实验的教学内容与教学方法仍有待不断重新审查和改进,大部分学校的基础实验教学经费仍显不足.国内的大学物理实验教学也存在不足：教学内容不全且需充实现代科技成就；物理实验教学从属于物理理论的教学,学生对实验课的重视程度和积极性不够：教学中要求学生掌握的与实验相关的知识面比较薄弱；开设的设计性、研究型实验的学生容量小；近年来教师数量及教学资源的增幅远低于学生数量的增幅,影响了教学质量的改善和提高.

利用信息技术弥补物理实验教学中的不足,是提升教学质量的重要途径,但是如何将技术有效整合到教学实践中,利用技术进行教学管理和模式的改革,培养学生严谨的科学素养及良好的实践习惯,掌握规范的实验分析方法等,则需要在真实具体的情境中进行设计.本研究从整合技术的学科教学知识(Technological Pedagogical and Content Knowledge,简称TPACK)视域出发,在大学物理实验教学中,对整合技术的教学内容、教学方法进行了设计及应用.

一　TPAOK与大学物理实验教学

2006年Mishra和Koehler正式提出TPACK框架的概念.他们认为TPACK是由学科内容知识CK(ContentKnowledge)、教学法知识PK(Pedagogical Knowledge)和技术知识TK(Technology Knowledge)三个基本要索组成,并由三者相互作用和影响而形成的知识体.Mishra和Koehler认为,TPACK是利用教育技术提高教学质量的基础,是教师有效地将学科内容、教学法和教育技术三种关键知识整合起来,而超越三者的新兴知识形态.对于利用技术有效促进教与学,TPACK给出了非常好的教师应具备的知识结构框架,虽然没有给出明确的教学设计流程方法,但为学科教师在教学中进行技术整合提供了新的指导方法.本文基于TPACK的大学物理实验教学从教学内容、教学方法、教学技术三个方面进行设计,如图1所示.

基于多媒体和网络技术,采用适当的大学物理实验教学方法,在进行大学物理实验教学内容知识传授的同时,可使学生的信息素养、协作能力、高阶思维能力等多元能力得到发展.目前现代教育技术手段在大学物理实验教学中的应用已不少,如在实验理论讲授中,运用电子教案、实物投影和插播录像等手段,将讲课、演示和实验结合起来.但是现代教育技术与大学物理实验教学的深层次整合尚需深入研究.

1　分析学习者特征,设计大学物理实验教学内容(CK)

TPACK中CK是指学科内容知识.大学物理实验教学旨在培养大学生敏锐的观察力,严谨的思维能力及实际操作能力,在教学中应注重实验内容的系列化、专题化；应结合教学实际,侧重于综合性、设计性实验的开设.

将实验内容系列化、专题化.大学物理实验室众多的实验项目和实验设备及其所涉及的实验原理、实验方法、实验仪器等有某种关联,将若干相关的实验进行专题组合,使实验教学内容系列化、专题化,以便学生在不同的实验中多次涉及某种实验原理、方法或仪器,以促进学生的理解,达到举一反三、触类旁通的学习效果.如“示波器的原理和使用”、“声速的测量”等实验,虽然内容不相同,且由不同实验室承担,但是实验中都用到示波器和低频信号发生器,因此可以将它们组合成一个专题,即示波器系列实验.

开设综合性、设计性实验.综合性、设计性实验是近几年来在物理实验教学改革中出现的一种新的实验教学形式,旨在开发学生智能,培养创新思维与提高学生实践能力,是当前物理实验教学的一个发展方向.综合性、设计性实验能激发学生对实验课的兴趣,锻炼学生的动手能力,更重要的是可以提高学生的科研能力,促进学生深入研究和探索,使学生的科学实验素质和知识创新能力得到明显提高.

2利用现代信息技术(TK),设计大学物理实验学习环境

TPACK中的TK是指技术知识,是现代多媒体与网络技术在教学中的应用,强调信息技术与课程教学的深层次整合.利用现代信息技术,创设资源丰富、表现形式多样的现代化学习环境,拓展传统课堂容量,可有效促进大学物理实验教学质量的提升.

开展大学物理仿真实验教学.即利用计算机对实验仪器、设备甚至实验室进行虚拟仿真,创建一个可视化的实验操作平台,学生可在虚拟的实验操作平台上进行各种实验,完成与真实实验相一致的教学要求和内容,获得物理实验的结果.帮助学生更有效、快速、准确地揭示实验的本质和规律,增强学生在实验中的情感体验.

建设大学物理实验网络教学平台可以有效提高学生对实验的掌握与理解.大学物理实验网络教学平台包括大学物理多媒体展示平台、在线作业、在线测试等.学生可以在网上预约实验、预习实验,如遇到问题,也可在网上进行交流、答疑等.大学物理实验网络教学平台既可用作课堂教学的适时指导,也可用作课前课后的辅导,同时又可用作学生实验成绩的计算机管理.

设计并开发大学物理实验选课和排课系统.有研究者通过对实验课排选模式的分析归纳提出了各种不同的实验课选课系统的排选模式,如分组模式,即学生以分组为单位选课,选定一个分组后,即选中了这个分组下所有的实验内容；还有项目模式,即实验室以实验项目为主线来组织实验课的教学,学生以实验项目为单位选课,选择实验项目的同时也自主选择该项实验开设的时间等.设计并开发大学物理实验选课和排课系统可有效促进大学物理实验教学信息化的发展.