TPACK框架下生物学信息化教学模式的设计与实践

李秋石 刘梦琦 刘书臣

摘要：學生通过学习生物学应当能够构建生物学知识体系，获得生物学能力，培养生物学思维。随着信息技术的迅速发展，生物学教师以TPACK框架为指导进行信息化教学能够更加有效地引领学生生物学综合素养的提升。围绕当前生物学教学的现状，以教学设计为例，提出生物学信息化教学模式应当用信息技术承载学习进程、用活动任务驱动问题解决、用思维导图管理知识建构、用社会议题升华学科素养。

关键词：TPACK;生物学教学;信息化教学

Abstract：Students should be able to construct biological knowledge system，acquire biological ability and cultivate biological thinking by learning biology.With the rapid development of information technology today，The information teaching guided by TPACK framework can more effectively lead the improvement of students' comprehensive biological literacy.Based on the current situation of biology teaching and taking teaching design as an example，this paper puts forward that the teaching mode of biology informatization should use information technology to carry the learning process，use activities and tasks to drive problem solving，use mind mapping to manage knowledge construction，and use social issues to sublimate discipline accomplishment

Key words：TPACK;Biology teaching;information teaching

生物学类学科作为自然科学学科，具有微观与宏观相结合、抽象与具象相统一的特点。旨在使学生构建生物学知识体系，获得一定的生物学能力，培养一定的生物学思维。在生物学学习过程中，教师需要多方位多角度呈现生物学概念、开展教学活动、推进教学环节以达成教学目标。传统教学模式中的口头讲述、板书描绘和挂图模型等手段，要呈现生物学知识中丰富的大、小、虚、实、远、近是存在困难的，广泛应用的讲授方式要传授生物学学科的实验探究思维也是不够生动的。

生物学和数学、技术、工程学、信息科学是相互渗透、共同发展的。信息技术应用于课堂，学习资源无限扩大，学习媒介高度多元，需要在师生关系、课堂时空、课堂资源和课堂媒介方面进行重构[1]，以促进课程的实施和课程目标的有效达成。本文围绕当前的教学现状，提出具有实践性的TPACK框架下生物学信息化教学模式的设计理念，并以《人类活动对生态环境的影响》一课作为示例。

一、TPACK框架下生物学信息化教学模式的设计理念

TPACK，即Technological Pedagogical Content Knowledge，整合技术的学科教学法知识，是兼取“传递—接受”和“自主—探究”二者所长，形成的一种全新观念[2]，以学科内容知识、教学法知识和技术为基础，以它们之间的相互作用为纽带，设计教学方案，目的是提高教学质量。生物学信息化教学，是生物学教师与学生以信息技术为支持、以现代教育理念和思想为指导，获取生物学信息化教学资源并加以利用和学习、获得学习情况的实时反馈以进行评价和内容调整，实现针对性和高效性的生物学自主学习、合作探究、师生共进的活动。生物教师以TPACK知识为指导进行信息化教学需要秉承设计理念，以更加有效地提升教学质量。

（一）用信息技术承载学习进程

师生对话的双边活动需要信息化环境的支撑，学生活动的组织、学习成果展示与评价，融合信息技术可以提高直观性、互动性和教学效率。例如，学生用计算机软件模拟真实实验过程当即就能获得实验结果，可以解决生物学实验周期长的问题。师生交互即时性有利于提高学生的参与感，便于师生交流和评价，利于教师判断学生是否完成了学习任务。

（二）用活动任务驱动问题解决

活动任务是为了帮助学生达成学习目标而进行的主要途径，与传统的学习活动相比，TPACK框架下，生物信息化课堂的学习活动更加灵活。

在设计学习活动时，技术能够实现先学后教的课内翻转。在教学过程中，可以首先由教师将活动任务推送给学生，之后学生进行小组合作探究学习，解决问题后交流展示，最后由教师进行点拨，师生共同总结，为活动任务画上句号。以信息技术为支持，以活动任务驱动学生自主学习、合作探究、解决问题，从而达成学习目标，提高学生综合素养。

（三）用思维导图管理知识建构

思维导图是一种图像式思维的工具以及一种利用图像式思考辅助工具，将思维导图纳入生物信息化课堂，把学生的思维过程和结果以图文的方式呈现，思维从不可见变得可见、从抽象变得具象。能够加深学生的记忆，利于形成知识网络，进而建构知识体系。帮助学生快速、准确地提取关键词和记录注释，用箭头和图形标注它们之间的相互关系，利于培养学生的逻辑思维和发散思维。

与传统教学相比，信息化教学中的思维导图更具备生成性。师生可以借助希沃白板的拖曳和填充功能合作绘制思维导图，也可用X-Mind等软件自主绘制思维导图。这些软件可实现思维导图的枝形图效果，并可以使用枝形图链接来组织要点、梳理思路，进而形成路线图[3]。电子思维导图便于梳理思路，便于传播与分享，能极大地提高教学效率。

（四）用社会议题升华学科素养

在课堂上利用信息化技术为学生呈现虚拟情境和实况模拟，可以引导学生主动参与到社会议题的讨论中，进行探究并在讨论交流中自主表述自己的观点。

在学习活动中因课制宜地穿插社会议题，可以为学生设置学习环境，给予学生自由思考、互动学习、交流合作的情景和机会。在生物学信息化教学中用社会议题创设情境并推动教学，有助于学生探索新知、建构知识，对社会性议题做出科学的判断和解释，逐步发展科学思维，养成独立的思维习惯、培养创造力，形成科学的自然观和世界观，树立正确的价值观，发展生物学思维，解决生物学问题。

二、教学案例：人类活动对生态环境的影响

本课内容旨在帮助学生学习人类活动与生态系统的关系，在此基础上形成人与自然和谐发展的观念，锻炼学生的生物学思维和表达能力，提高生物学综合素养，成为健康中国的促进者和实践者。

（一）社会议题与微信推送相结合完成课前引导

教师提前向学生预告本课将进行“模拟联合国气候行动峰会”，通过微信推送两组资料：（1）《巴黎协定》《京都议定书》等资料;（2）联合国气候行动峰会2019相关资料。学生以小组为单位担任“代表国”，阅读资料并进行“参会”准备，本次活动由“代表发言”“自由磋商”“决议环节”三个环节组成。

（二）活动任务与师生交互信息化结合推进课中节奏

课上，教师用PPT投影带有联合国气候行动峰会logo的会场背景，师生进入“模拟联合国气候行动峰会”现场。教师作为主持人提出本次“峰会”的核心议题是“直面挑战，即刻行动”，子议题分别是：（1）全球气候治理的最新进展与各国贡献。（2）各国对气候治理的建议与即将采取的行动。（3）各国环保事业面临的挑战与未来环保事业发展的走向。各组“代表团”进行3分钟代表发言。以“峰会”为课堂主体活动任务提高课堂参与度，提高思维生成性。“代表发言”过程中学生阐述人与环境的关系和人类活动对生态系统的影响。师生进行倾听和记录，通过这一过程，学生能够全面了解当今环境问题，提出治理环境的有效手段和人与环境和谐相处的合理化建议。国家代表全部发言结束后，教师用电子白板展示学生观点，并做出正向引导。

在自由磋商环节，组与组之间可以通过弹幕软件进行自由磋商，完善原有提议，合并相似提议。根据教师的点评和提示，学生对提议进行完善和补充，更加全面地关注人类活动、经济发展、气候变暖、生物资源等方面。

在决议环节，教师请各国利用ipad终端编辑并发送本国最终决议至大屏幕。各国依次阐述提议，对提议进行表决，生成最终决议。学生之间达成共识，以乐观向上的态度共同描绘人类未来的美好愿景。

（三）电子笔记与思维导图结合推动课后思考

教师作“峰会”结语，展示學生在本课中的收获，进行有针对性的总结，在这一过程中可以请学生用平板电脑记录收获并用思维导图进行内容整理，向教师提交本课的电子笔记。这一过程可帮助学生回归生物学概念，整理思路，达成课程目标。教师将学生的手写笔记、课堂活动照片等收入电子档案，作为过程评价的参考。

本次教学的各个环节都有学生亲身参与社会性议题的讨论和决议，有效提高了学生对生命系统与环境关系的认识，为学生树立人与自然和谐共处的观念、形成生态意识、环保意识和践行绿色低碳生活方式奠定基础。

基于TPACK框架进行生物学信息化教学模式，需要注重信息技术与课堂环节的融合度及有效性。用信息技术承载学习进程、用活动任务驱动问题解决、用思维导图管理知识建构、用社会议题升华学科素养四条理念，紧贴TPACK框架能够切实提高信息技术服务课堂的有效性，发展学生的生物学知识结构、生物学能力和生物学思维。

参考文献：

[1]陈运超.论在线教学对学校教育的再造[J].重庆高教研究，2020，8（04）：120-128

[2]李建珍，冯利珍，袁玉飞.国内TPACK研究的分析与思考[J].电化教育研究，2015，36（11）：102-108

[3]刘晓宁.我国思维导图研究综述[J].四川教育学院学报，2009，25（5）：109-111

课题：本文系河北省教育科学研究“十三五”规划课题“新时代教育下科学教师TPASK框架构建与发展研究”成果之一（项目编号：No.1902040）