基于TPACK理论的中学化学概念教学研究

武琴

摘要： 从中学化学概念教学的角度解析TPACK理论，构建化学概念教学的TPACK框架和思维导图，提出实施TPACK化学概念教学的疑难点。并以人教版化学1“分散系及其分类”为例，具体呈现基于TPACK理论的化学概念教学设计，为TPACK应用于化学教学提供参考。

关键词： TPACK； 中学化学； 化学概念； 教学研究

文章编号： 1005-6629（2018）7-0057-06 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

21世纪信息技术使人类生活发生巨大变化，整合信息技术和教学能力成为教育界的热点研究问题，2005年美国密歇根大学的学者Koehler和Mishra首次提出TPACK概念[1]，提倡教师对学科内容、教学法知识和技术三者产生交互式有效的整合技术的教学。中学化学概念的教学是化学教学中极其重要的部分，化学学科的基本骨架就是化学概念，化学概念是中学化学最基础的结构单元。如何科学地设计教学过程，帮助学生利用化学概念进行理解、评价、判断、推理和问题解决等一系列思维活动是现阶段化学教学研究的重要课题。

1 TPACK理论内涵

2008年Koehler和Mishra构建TPACK框架结构，见图1。以技术知识（Technology Knowledge，简称TK）、教学知识（Pedagogical Knowledge，简称PK）、学科知识（Content Knowledge， TK是TPACK框架中一个比较变化不定的元素，它的定位高于对传统计算机素养的定义。一般理解为“教育技术”，就是教育中应用的技术、工具和共有知识的集合体。TK概念不是一成不变，而是不断发展的，随着人和技术关系的开放、衍生不断交互发展，任何一种技术知识的定义都处于过时的危险之中[2]。

PK是应用于教与学的过程、实践或方法的所有知识，包括教育目标、教育目的、教学策略、课程评价、课堂管理、课程开发、学习策略等深层次的知识。教学法知识就是对学习的认知、教育教学的思考、社会发展的理解，并且把这些理论应用于课堂教学当中。

CK是被学习或教授的学科内容的知识，学科内容知识包括： 组织框架知识、理论、概念、观点、证明和证据知识、实践和方法等。不同的领域学科内容知识有极大不同，因此对教师而言，深入了解其所教的学科内容知识是非常重要的。

PCK就是将特定的学科内容进行整合与重新表征，以适应不同学习者的兴趣和能力的需要[3]。TCK定义为对学科内容和技术相互限制和相互影响的方式。TPACK强调TCK理解技术和学科内容交互发展必须限定具体学科内容。TPK是对学习与教学因具体技术应用发生改变的一种理解，包括了教学法设计策略与技术工具相关时，对技术工具的教学功能的深刻理解。TPACK是一种对于技术、教学法、学科内容的整合，是对它们相互作用的理解，教师要在三个领域（T、 P、 C）中的单独领域和交叉领域，利用它们之间的相互作用发展教学的流畅性和认知的灵活性。

2 中学化学概念

概念是对同类事物本质属性的高度概括，是从大量直观的材料中抽取出来的本质内容，因此概念具有抽象性。作为一种高级的思维形态，化学概念从各种化学反应现象中抽离出来，反映着化学现象及事实的本质，是化学学科知识体系的基础[4]。

本文中提到的概念是广义的概念，它包括操作、名称、定理、定律、规则等，即为中学化学教材中常见基本概念和基本化学原理。中学阶段日常生活使用频率较高，在各种考试中出现概率较大的化学基本概念，依据内容分类总结中学化学主要基本概念，见图2。

化学概念是学习化学知识的基础，也是发展能力的基础，只有掌握正确的概念才能更全面深刻地认识物质本质及其变化规律。本文尝试运用一种新的理论——TPACK框架来指导教师进行化学概念的教学设计，帮助学生概念学习这一种高级的思维形态的养成，从而达到良好教学效果。

3 化学概念教学的TPACK框架

参考TPACK框架结构并结合化学概念教学的特点，将技术的部分融入到具体的化学概念教学过程当中，于是构建了化学概念教学的TPACK框架，见图3。基于化学概念教学内

容（CK）、概念教学法知识（PK）、信息技术（TK）三个核心要素，通过三者两两间的交互关系衍生出对应要素。化学概念对技术的选择、技术对化学概念的表征、化学概念与技术的融合是技术与化学概念教学内容整合时需考虑的三个要素。教师对高中化学概念宏观、微观、符号的三重表征，教师对学生化学前概念、迷思概念的转化是概念教学法与化学概念教学内容整合时考虑的教学结构。技术与概念教学整合的教学策略、教学表征、课程组织以及技

术与学生认知整合的学习策略这是技术与概念教学法整合时参考要素。这些要素将指导化学概念教学，教师在化学概念教学时可以以化学概念教学的TPACK框架为依据将技术融合在教学中，提高教学效率。

4 TPACK化学概念教学思维导图

化学概念教学内容一般分为三个部分： 概念特征教学、概念定义教学、概念本质教学。将概念教学三个部分与TPACK理论联系作出思维导图，见图4。图4提供一般化学概念教学的常用TPACK教学策略，例如： 概念的导出教师经常会采用视频或图片的形式呈现，也就是采用TCK。概念的辨析经常会使用例证法，此时可采用TPK。再如概念的应用，应用包括正向应用、逆向应用、实际应用、理论推演应用等，教师此时可利用TPACK的整合性。同样教师也可依据概念教学的具体内容结合实际情况选择TPACK其他教学策略。

5 TPACK运用于中学化学概念教学

若想将TPACK较好融入具体的化学概念教学首先要解决几个疑难点： 考虑什么时候使用TPACK、使用TPACK中技术的选择、如何降低TPACK教学失误，解决好這几个问题才能将TPACK理论比较流畅地应用于化学概念教学。

5.1 TPACK理论设计化学概念教学决策因素

考虑在教学中使用TPACK理论教学时，首先考虑的是在何处使用TPACK来辅助教师教学或学生学习，在化学概念教学中关于TPACK应用决策因素有两点考虑。

（1） 确定某个化学概念教学的难点和主题。TPACK的使用可能会帮助克服教学难题或学生认知的困难。例如： 原电池概念教学中，阴阳离子在溶液中的运动肉眼看不见，教师只能用口头描述阴阳离子的流向。学生只能借助教师的口述自己在大脑中呈现情境，此时若借助TPACK直接呈现Flash动画，将微观粒子直观形象地展现出来，将解决学生的认知困难。对主题而言，TPACK是所教授的主题不可缺少的因素。例如： 苯的概念教学中，苯的结构是课程中的必设主题，然而苯的空间结构用口述或是用分子的球棍模型都不能真实准确地呈现，教学中采用TPACK技术利用Chemdraw便能轻松解决难题。

（2） 思考化学概念的呈现形式。常见的呈现形式有文本、声音、图形图像、动画视频等，不同的呈现形式具有不同的教学功能。当TPACK的知识表征具有内在一致性时，便有助于学习者意义的全面建构和记忆，反之则会增大学习者的认知负担。例如： 元素周期律概念教学，可以直接通过呈现各原子半径图片，学生通过观察图片能很快总结出元素原子半径大小规律，这种呈现形式有助于学习者建构知识。但讲解金属性和非金属性周期性规律时，若是把各物质性质通过播放视频代替做实验观察，学生便失去实践体验探索的过程，不利于知识建构。

5.2 TPACK化学概念教学中技术的选择

在TPACK课堂教学中可以找到有大量的技术，硬件包括： 多媒体设备、计算机、手持设备、电子白板、ipad、互联网远程设备等，还有一些专为课程教学设计的软件和教学平台。一般可以把用于化学教学的技术分为三类。

（1） 与课程内容无关，只是用于服务化学教学的技术。Office办公软件、图形软件、文字处理、视频播放器、MP3播放器、Camtasia、会声会影等都属于这一类。

（2） 专门设计用来教授和学习化学的技术。在中学阶段使用比较多的有ChemDraw、 ChemWindow、 ChemSketch、化学画板、化学金排、Origin、虚拟化学实验室、Pelement、 3D化学、超级化学助手等技术，还有一些专门为某节课设计的专用软件。

（3） 虚拟网络交流平台技术，可用于实现教学过程和课后的师生互动。例如： 微博、微信、QQ、飞信、弹幕等。

每个教学案例侧重点不一样、每个学校也不相同，甚至教室也可能不同，教师要根据自己学校可使用的资源、教与学的可能性选择合适课堂教学的技术。

5.3 降低运用TPACK理论进行化学概念教学的风险

（1） 对使用TPACK教学可能发生的课堂状况提前预测和准备。在教学中使用新的资源肯定是有风险的，教师此时要充分利用自己的内部资源： 学科知识、教学法知识、技术知识对可能出现的问题进行评估。例如： 在中和热概念教学中，按照课本操作步骤测定中和热的数值，结果会存在很大误差，学生难以理解自己的实验数据和课本理论数据的差异，此时便可采用手持技术中的温度测试，但再启动项目之前，必须考虑一些事情。

① 开始项目之前教学生使用手持技术。

② 在开始预期的主题教学前，给学生时间了解手持技术。

③ 确定硬件软件可能会出现的问题，并提前做好替代计划。

④ 为教学活动组织课堂： 小组合作还是个人完成、限时还是开放活动、手持技术是1∶1配置还是其他安排。

⑤ 计划学生要参与的具体活动，帮助学生学习预期的教学内容。

（2） 在使用TPACK教学时，建立具体情境。建立的教学情境越具体一般成功率也会越高，这样学生就不会偏离教学主题，教师出现失误率也会越低。例如： 教师利用化学画板模拟实验要求学生对氯气尾气进行处理以免污染空气时，学生不会以化学画板软件中提供的仪器为限制条件给出答案，而是凭借以往经验给出各种不同答案，所以此时教师需要建立具体情境，提示在使用化学画板材料的基础上学生可能实施的方案。

6 基于TPACK理论的中学化学概念教学设计案例

以人教版化学1第二章第一节“物质的分类”第2课时“分散系及其分类”为例，具体说明TPACK在高中化学概念教学中的应用。

6.1 教学设计与实施

本节课教学设计以化学概念教学的TPACK框架为理论基础，从CK角度分析主题知识内容和主题在教学中的地位；从PK角度分析学情、选择教学方法；从PCK角度确定教学三维目标、教学重难点以及突破重难点的方案。继而，应用TPACK化学概念教学的教学思维导图设计教学过程，从TCK角度理解、思考技术应如何对主题内容提供新的隐喻和表征，从TPK角度思考使用技术，如何改变教学，选择恰当的教学策略开发技术的创造性和灵活性，帮助教学和学生学习。最后整合PCK、 TCK、 TPK，权衡取舍使各个要素达到动态平衡。

6.1.1 课前自主学习——微课学习

课前教师可利用Camtasia或会声会影提前录制2段5分钟左右微课“分散系”、“胶体性质”，微课制作要求有教学主题内容知识讲解和互动环节。教师安排4个互动思考题：（1）分散系、分散质、分散剂的关系；（2）9种分散系是哪9种；（3）胶体的定义；（4）胶体有哪些性质。在教师规定的时间内，学生可在班级微信群或QQ群与同学、教师交流，在自己自学有困难的地方提出疑问。

6.1.2 课堂教学过程——合作探究

教学过程主要采用探究法、合作法、自主学习法等教学策略，注重以学生为教学中心，教學流程如图5所示。

6.1.3 课后提升

首先教师要对教学的各个环节进行反思，总结失误和不完善的地方，逐步完善TPACK教学，总结经验，并要学生对教学环节提交评价。例如： 借助网络搜索的互动探究和白板展示是以个人形式还是小组形式完成，哪种效果会更好。再次教师将课堂教学使用的教案和PPT资源上传班级QQ群，实现资源共享。教师可能还需在网络交流平台上对学生进行课后答疑。

6.2 教师TPACK知识结构运用分析

根据TPACK框架结合教学设计分析本节课的教师TPACK知识框架，见表1。

7 TPACK理论对中学化学概念教学的影响

化学概念的教学一直是化学教学中的难点和重点，TPACK理论从技术的角度为中学化学概念教学提供一种新的设计思路，整合技术、化学概念知识、教学法知识，将化学概念的抽象性直观形象地真实反映，减小教师教学和学生认知难度，促使学生更容易建立化学概念的逻辑性，从而推动学生对化学概念的深层次理解。TPACK理论丰富了中学化学概念教学的多样性、创新性、发展性，为中学化学概念教学注入新的时代元素。利用TPACK教学过程中能更好地拓宽学生的思路和发展学生的能力，但同时TPACK也对教师能力和知识提出更高要求，教师需要不断提升自身综合素质才能操控和发展TPACK理论，化学教师TPACK的核心就是将信息技术、学科知识、学生知识、课程知识等加以整合。怎样能更好地发展TPACK在教学中的优势，整合各要素使其达到平衡，还需要广大师生进一步探索。

参考文献：

[1]Mshra P， Koehler M. Technological pedagogical content knpwledge： A framework for teacher knowledge [J]. The Teacher College Record， 2006，108（6）： 1017～1054.

[2]任友群， 詹艺. 整合技术的学科教学知识： 教育者手册[M]. 北京： 教育科学出版社， 2011： 22.

[3]Shulman L S. Those Who Understand： Knowledge Growth in Teaching [J]. Educational Researcher， 1986，15（7）： 4～14.

[4]謝泽琛， 钱扬义. 国内“化学概念教学”研究新进展[J]. 化学教育， 2004， 25（10）： 58～60.