2022年安徽省中小學教育教學論文評選基于TPACK理論框架下物理創(chuàng)新實驗開展的策略研究摘 TPACKTPACKTPACK理論框架下的物理創(chuàng)新實驗開展的理解和感悟，為物理創(chuàng)新實驗有效實施提供科學策略研究。關鍵詞:TPACK理論框架物理創(chuàng)新實驗課堂策略研究研究路徑一、TPACK模型為物理創(chuàng)新實驗課堂教學提供理論路徑2019年11月《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》文件強調(diào)：“不斷路徑進行引導嗎？筆者也在苦尋系統(tǒng)的理論指導。圖1TPACK理論框架結構圖育信息化“2.0理論與學科融合研究開始盛行，其是“整合技術的學科教Mishra和Koehle博士提出的教師信息化能力的概念模型理論。是在舒爾曼學科教學模型（PCK）理論的基礎上融入信息技12022年安徽省中小學教育教學論文評選1所示。它是打造教師專學改革的熱點和焦點，亟待需要先進理論的牽引。TPACK模型理論恰逢其時，成為教師實施物理創(chuàng)新實驗信息化課堂教學能力提升的絕佳范式。如何挖掘這些前沿信息化潛能，在創(chuàng)新實驗中發(fā)揮其應有的作用，是擺在我們每一位物理教育者面前的重要課題。TPACK理論框架下的物理創(chuàng)新實驗的感悟和注意事項進行闡述。二、TPACK模型下的物理創(chuàng)新實驗開展的必要性和價值（一）TPACK模型下物理創(chuàng)新實驗開展的必要性理論要求我們物理教具和學具等一系列創(chuàng)新實踐活動，這些都是創(chuàng)新實驗活動范疇。22022年安徽省中小學教育教學論文評選教育是塑造人的靈魂的系統(tǒng)工程，物理創(chuàng)新實驗像雨后春筍一樣如火如荼的開展起來，熟TPACK模型理論知識，要意識到教育信息化并非簡單地技術加教育，教師要有高遠的戰(zhàn)略眼光和卓越的學科教學專業(yè)技能，運用技術來改善教育、創(chuàng)新教育。（二）TPACK模型下的物理創(chuàng)新實驗開展的價值物理創(chuàng)新實驗不拘泥于實驗室現(xiàn)有的器材，放眼生產(chǎn)生活用品，操起身邊的家伙、TPACK理論框架的指導意義和價值所在，開發(fā)出適合物理實驗課堂教學的課程資源，促進物理實驗教學方式的改革。1.可以激發(fā)學生學習興趣和演示已經(jīng)滿足不了信息技術時代成長起來的初中生學習需求，在TPACK習興趣。2.可以提高實驗效率，提升實驗達成度的目標。以各類品種豐富的傳感器為核心的信息技術手段為傳統(tǒng)實驗的改進和創(chuàng)新提供例如數(shù)字化傳感器可以自動生成實驗數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)進行處理并生成函數(shù)圖像，節(jié)約大量的時間和精力，大大提高實驗效率，實驗的達成度明顯得到提升。3.填補傳統(tǒng)實驗空白，拓展實驗的廣度由于初中學生的思維模式正在由形象思維向抽象思維過渡的關鍵期，學生的思維發(fā)32022年安徽省中小學教育教學論文評選展水平存在較大的差距，有些學生對課堂上的物理知識也只停留在表象上，對物理知識的本質(zhì)規(guī)律仍缺乏理解，課堂上就是做了真實實驗，少數(shù)學生由于年齡和閱歷的限制，也難以掌握現(xiàn)象背后隱含的物理原理，從而無法實現(xiàn)揭示物理規(guī)律的要求。教師此時運用計算機軟件支持的虛擬實驗就可以填補這方面的空白。三、TPACK模型下的物理創(chuàng)新實驗開展的策略整合技術的學科教學知識是一種對學科內(nèi)容、教學法和技術之間相互作用的理解。它是教師知識基礎中最核心和最有效的成分[2]。TPACK理論框架下的物理創(chuàng)新實驗教學可以優(yōu)化實驗內(nèi)容、創(chuàng)新實驗方法、簡化實驗原理和增加信息技術含量等溢出效果。（一）精準實施可測性，實現(xiàn)從定性走向定量物理實驗教學中，酒精燈是很常見的實驗器材，教師在教學過程中，經(jīng)常說“酒圖2測酒精燈的火焰溫度況實驗能力不強的學生呢？因此，這些實驗結論都是發(fā)生在口口相傳中，真做實驗的更是寥寥無幾。筆者在網(wǎng)上購買了TES數(shù)位溫度計（TES-1310為了比較準確地測量蠟燭每層火焰的溫度，首先將溫度傳感器的感溫觸頭放在火焰顏色最深的焰心位置，即溫度最低的內(nèi)焰開始測量，然后將感溫觸頭緩慢向外移動，當數(shù)位溫度計示數(shù)有較大幅度的升高時，立即保持感溫觸頭靜止不動，此時感溫觸頭正好在內(nèi)2通過數(shù)字化傳感器，將技術知識和教學法知識融合創(chuàng)新，踐行TPACK低”的認識。教材中大量的實驗可以由傳統(tǒng)實驗的定性了解走向定量測量。42022年安徽省中小學教育教學論文評選（二）增強現(xiàn)象可視化，建構正確物理觀念物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事物a b c d圖3飛機機翼飛行產(chǎn)生升力的動畫演示與流速之間的關系實驗”中飛機機翼的結構為上表面凸起、下表面平直的形狀是機翼升力產(chǎn)生的重要原因。傳統(tǒng)實驗中運用電吹風吹凸面朝上的機翼模型，機翼開始上升，反之，電吹風吹凸面朝下的機翼模型，機翼就無法上升。我們的解釋是：當飛機在機場跑道滑行時，由于上方凸面的空氣流速快，壓強?。幌路狡街泵娴目諝饬魉俅?，壓強大；機翼上下方產(chǎn)生的壓力差形成向上的升力，并且機翼受到的升力大于飛機自重，飛機就飛起來了。但是學生感覺是一頭霧水，問：凸起機翼上面的空氣怎么就流速大呢，怎么解釋？我怎樣才看到空氣在流動呢？……此時的傳統(tǒng)實驗很難解釋無色無味空氣的流動快慢，為了形象說明其中的原理，我們運用虛擬動畫實驗進行闡釋。如圖3a所示，機翼模型沿著箭頭方向自右向左運動；為方便起見，我們特意將機翼前端的兩個氣團標出深顏色（如圖3b觀察這兩個深色氣團的運動情況，結果發(fā)現(xiàn)兩個氣團同時分離，并各自沿著機翼上下表面運動，當機翼模型完全通過時，這兩個氣團又同時靠攏（如圖3c與3d這兩個深色氣團通過機翼上下表面的時間是相等的。但是，上方的氣團是沿著機翼凸起的表面運動，通過的距離較大，下方氣團沿著機翼平面運動通過的距離小。根據(jù)速度定義式，發(fā)現(xiàn)機翼上方氣團運動速度比下方的氣團的運動速度大，即機翼上方的空氣流速比下方空氣流速大是產(chǎn)生升力的原因。通過將無色的空氣進行可視化信息技術處理，再運用虛擬實驗的演示，學生不但能夠水到渠成地得出流速大的壓強小、流速小的壓強大的實驗結論，而且學生也弄明白了運動的相對性原理，懂得每一款新研制的飛機都要進行“風洞實驗”可以降低飛機實際飛行測試風險的道理。52022年安徽省中小學教育教學論文評選實驗基于TPACK理論框架下，巧妙地融合信息技術應用知識和學科內(nèi)容知識，運用念，提升了物理核心素養(yǎng)。（三）提升論證意識性，使實驗證據(jù)更豐盈物理創(chuàng)新實驗教學是智慧的物理教育，是指向物理學科的本質(zhì)屬性，遵循物理教學的基本規(guī)律[3]，是培養(yǎng)學生證據(jù)意識和論證能力的教學。以“水沸騰實驗”為例，傳統(tǒng)實驗使用酒精燈加熱燒杯中的溫水，用溫度計測量水溫并進行數(shù)據(jù)記錄，必須要小組合如圖4所示，將數(shù)字化溫度傳感器放置于裝有適量水的透明電水壺內(nèi)，通過數(shù)據(jù)采集器與裝有“swr數(shù)字化信息系統(tǒng)”的電腦相連接，首先接通電水壺電源開始加熱，鼠標點擊打開電腦桌面“swr”軟件平臺，建立溫度傳感器數(shù)據(jù)界面，點擊“開始”按鈕，在記錄水的溫度數(shù)據(jù)的同時生成溫度—時間圖像，圖像顯示：水在沸騰前，水溫隨電水壺加熱時間的增大而升高；水在沸騰時，水溫與電水壺加熱的時間無關，壺水溫度保持不變，此時溫度就是水的沸點。整個實驗中使用透明水壺，對水在沸騰前和沸騰時的氣泡體積的變化特點進行證實處理，實驗數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)實驗更加豐盈，支持實驗結論的證據(jù)更加充分，實驗的論證力度更加強大，提升了學生的證據(jù)和論證意識地培養(yǎng)。（四）動態(tài)模型靜止化，提升科學思維能力虛擬仿真實驗通過計算機操作系統(tǒng)演示實驗過程中的圖形、圖像、文字、數(shù)據(jù)等，圖4水沸騰的數(shù)字化實驗演示至優(yōu)于真實實驗是其最大的優(yōu)點。62022年安徽省中小學教育教學論文評選擇的凸透鏡焦距f=10cm，教師在安排學生分組實驗過程中，為了節(jié)省時間和提高效率，20cm、40cm、50cm；第二組選擇的物距為4cm、6cm和8cm。讓學生“閃電式”地完成實也恰好將學生分為三組實施探究，像這種“只見樹木，不見森林”且是為了探究而實施探究活動。圖5凸透鏡成像規(guī)律的動畫演示如果學生在分組實驗中，將上面三種凸透鏡成像特點全部由一組學生合作并完整地進行探究，只是靠學生自己去總結出凸透鏡成像規(guī)律，思維加工量也是很大的，此時運用flah動畫軟件，將每組學生收集的數(shù)據(jù)填入電腦桌面的表格中，桌面的動畫圖像正倒和縮放狀況（如圖5觀察凸透鏡成像的所有的情況，非常輕松地得出凸透鏡成像的規(guī)律。因此，虛擬實驗可以與傳統(tǒng)實驗結合在一起，可以避免由于蠟燭作為光源時，由于點燃的蠟燭逐漸變短以幫助學生提升了科學思維能力，為課堂教學賦能。（五）實驗場地不限制，簡化科學探究過程圖6使用微電流傳感器演示電磁感應現(xiàn)象72022年安徽省中小學教育教學論文評選在馬蹄形磁鐵的磁極間做各種方向的運動，通過靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)狀態(tài)來總結實驗規(guī)律。必須在實驗室或教室內(nèi)組裝好器材和儀器，實驗場地受到限制。筆者要求學生一定要不滿足現(xiàn)狀，暗示學生我們生存的地球表面就存在著磁場，何不在廣闊的大地上一流傳感器、數(shù)據(jù)采集器，將微電流傳感器串聯(lián)連接家庭常使用的銅質(zhì)軟長導線，由兩個學生模仿跳繩子的姿勢將電線進行甩繞，微電流計就能測出感應電流大小，通過數(shù)據(jù)采集器將信息傳輸給電腦，屏幕及時顯示感應電流的大小和波形圖。分別安排學生先控制導線的匝數(shù)不變，改變導線甩繞的長度；再控制導線甩繞的長度，增加長導線的匝數(shù)；控制導線甩繞的長度、匝數(shù)都不變，只改變導線甩繞的速度……（如圖6生分別進行實踐探究，將實驗數(shù)據(jù)進行比較，得出實驗結論。就在此時仍有學生提出疑問：地磁場的方向是南北走向，我們把導線的甩繞由東西方向改為南北方向，產(chǎn)生的感應電流更大了，這又能說明什么問題呢？……學生思維的閘門就此打開了。學生會更加深刻領會產(chǎn)生感應電流的條件，對地磁場的概念的認識也得到進一步升華。這種攜帶數(shù)字化器材，可以在不受限制的場地上都可以順利完成科學探究，簡化了探究過程，也體現(xiàn)了信息化手段在實驗探究中的優(yōu)越性。四、結語TPACK理論框架下激勵教師提升技術TPACK科學理論的