基于TPACK的化学教学设计

王美玲 龙世佳 陈敏敏 司长代

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.03.052

摘 要 整合技术的学科教学知识（TPACK）的发展给教师

在教学活动和教学设计等方面带来综合专业的视角，同时有利于课堂教学质量提高。近年来，我国对TPACK

的研究呈快速增长趋势，但在化学学科涉足很少。以“影响盐类水解的因素”教学设计为研究对象，以TPACK为理论指导，将新技术与中学化学课堂融合，希望对中学化学教学提供一定参考。

关键词 TPACK；高中化学；教学设计；盐类水解；实验；pH传感器；数据采集器；手持技术；整合技术

中图分类号：G633.8 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）03-0052-04

0 引言

TPACK中文全称是整合技术的学科教学知识，这个概念是在学科教学知识（PCK）的基础上新增加技术知识（TK）而提出的[1]，这里的技术教学知识并不是生硬地、孤立地加入，而是在教学知识与技术教学知识两者的内部逐渐发生并相互融合而形成的一个新的课堂教学整体。随着信息技术的进步和飞速发展，教师在进行中学化学教学设计的过程中可能会遇到很多抽象复杂的内容（主要包括无机化学变化的过程，有机化学的反应变化机理，以及微粒中的分子、原子等对微粒的整体空间结构的抽象分析描述）与整合技术的学科教法知识结合，加入现代化教学手段（如微视频、多媒体展示、手持技术等），会很大程度地降低学生学习化学的难度，使得学生能够树立“化学这门学科并不是很复杂”“化学的理解在于实验”“实验并不是陌生的、难以掌握的”等观念[2]。因此，恰当地利用整合技术能够帮助学生很好地理解难懂、抽象的化学原理[3]。

鉴于此，本文在“影响盐类水解的因素”的教学设计中合理地加入整合技术，对中学化学课堂教学进行研究。

1 TPACK的核心元素简述

1.1 学科内容知识（Content Knowledge）

顾名思义，学科内容知识就是学科内容，具体到常见的学科（如语文、数学、外语、物理、化学、生物、政治、历史等）中所包含的基本公式以及定理，核心的知识包括事实、概念、公式以及定律等。

1.2 教学法知识（Pedagogical Knowledge）

教学法的知识框架包含学习的方法、学习的目标、教学策略、教学目标、教学方法、教学模式以及教师的课程教学评价等，它主要指的是一个教师对于教与学的过程中用得到的方法和教学策略的具体理解。在对TPACK教学法框架知识进行的一项研究中，美国学者Suzy Cox认为：教学法的知识在不和其他学科知识互相融合时，应该不会在不同的知识学科内容之间存在太大差异，它们应该是基础的、普适的[4]。

1.3 技术知识（Technical Knowledge）

技术知识是TPACK框架中的重要元素，它与其他两种元素相比是最为灵活多变的元素。关于它的重要性，从某种程度上来讲，TPACK框架中技术知识（TK）对于学科内容知识（CK）、教学法知识（PK）有一定的影响，这个框架重点突出的就是技术知识在教学中的重要作用[5]。关于技术知识的定义，大部分人认为技术就是除去传统技术之外的现代化信息技术（这里的现代化技术特指在课堂教学中运用的技术）[6]。

2 基于TPACK的中学化学教学设计分析

2.1 案例内容选取

本文选取高中化学中的“影响盐类水解的因素”为教学案例。本课时重点通过实验分析，对于达到一定平衡后的盐类溶液改变内部的化学条件与外界化学条件后产生的影响进行探究，最终得出盐类溶液水解的本质。

2.2 学情分析

通过弱电解质的电离、水的电离和溶液的酸碱性等内容的学习，学生已经初步掌握了影响化学平衡的几个重要因素，盐类的水解作为化学平衡中的又一重点知识，可通过类比来学习。

2.3 教学目标

2.3.1 知识与技能目标 根据不同的实验现象，运用平衡移动原理掌握盐类水解的规律及本质。

2.3.2 过程与方法目标 通过盐类水解实验现象得出盐溶液中离子发生的化学反应以及各离子浓度的大小；根据实验的数据图像推断出影响盐类水解的因素及其影响规律。

2.3.3 情感态度与价值观目标 引入趣味实验培养学生的学习兴趣；通过实验探究培养学生的自主学习能力以及学生的合作精神。

2.4 教学重难点

2.4.1 教学重点 分析影响盐类物质水解的重要化学因素。

2.4.2 教学难点 分析影响盐类水解的因素。

2.5 预设教师自评与反思

运用手持技术数字化实验，让学生更为直观地感受到不同因素对FeCl3的水解产生的影响，并依据曲线对本质进行分析。学生积极参加集体课堂教学活动，气氛活跃，但是在集体课堂教学活动用时上，45分钟明显不够。

2.6 教学过程设计

2.6.1 整合技术的使用 加入现代化教学手段可以很大程度上降低学生学习化学的难度，如手持技术能记录实验数据且迅速绘制出曲线，可以使得学生在较短时间内不断深化对问题的理解，最终实现化学问题的成功解决。因此，恰当利用整合技术能够帮助学生很好地理解难懂、抽象的化学原理，如图1所示。

2.6.2 教学流程

环节一：情境引入，激发兴趣

【PPT展示实验】用玻璃棒蘸取Na2CO3溶液在事先涂有酚酞并晾干的白纸上写上“盐类的水解”字样，字样立即变成红色。

【问题引导】字样为什么变成红色？

【学生思考】学生认真思考并回答：Na2CO3溶液中发生了水解，溶液具有碱性，遇到酚酞后使得白纸的字样变红。

【深度引导】教师顺势提问：“Na2CO3溶液是盐溶液的一种，为什么会显碱性？”学生回答：“Na2CO3溶液发生了水解。”教师引出课堂主题：“一起来探究影响盐类水解的因素。”

【设计意图】用PPT展示图片和视频进行情景引入，实验中物体产生的各种颜色的变化，勾起学生的兴趣和好奇心，促使教师引导学生认真进行接下来的实验学习。

环节二：实验探究，揭示本质

实验探究1：探究盐类自身性质对水解的影响

【实验内容】分别取物质的量浓度均为0.05 mol/

L的碳酸钠溶液和乙酸钠溶液25 mL倒入规格相同的锥形瓶中，向其中用胶头滴管分别加入5滴酚酞，混合后摇匀，观察两个锥形瓶中溶液颜色变化。

【问题展示】观察颜色是如何变化的？二者颜色变化的程度是否一致？若不一致，则说明影响盐类酸碱性（水解）的因素是什么？请同学们进行总结。（给出提示：相同浓度的醋酸的酸性比碳酸的酸性强。）

【学生回答】结合实验现象以及相同浓度的醋酸的酸性比碳酸的酸性强，发现碳酸钠水解后生成的氢氧根更多，故颜色更深。

【结论展示】同浓度的醋酸的酸性比碳酸的酸性强，故形成盐的酸或碱的性质越弱，则形成的盐水解的程度就越大。

【设计意图】利用掌上实验室平台做实验，通过对比实验，学生更容易理解实验现象的本质。

实验探究2：探究酸碱度对FeCl3水解的重要影响[7]

【实验内容】取三个25 mL的锥形瓶，分别贴上标签1、2、3，向其中依次添加0.01 mol/L的FeCl3溶液各10毫升。对pH传感器、数据采集器和计算机上的传感器配套的软件分别进行设置，准备工作完毕后，将三个型号一致的pH传感器分别插入三个锥形瓶的溶液中，进行数据的分析和采集。约100 s后，拔出1号、2号锥形瓶中的传感器，向1号锥形瓶中加入1 ml 1 mol/L的盐酸氢钠溶液，向2号锥形瓶中加入3 ml 2 mol/L的碳酸氢钠溶液，混合均匀，再分别插入传感器（清洗过的），进行数据采集。

【问题展示】两条曲线走势如何？并根据图线分析原因。

【教师引导】观察并记录实验现象，观察并分析pH变化的图像。

【学生思考】一开始三个锥形瓶的pH线重合，加入1 mL 1 mol/L的盐酸后，1号锥形瓶的FeCl3溶液颜色由浅黄色逐渐变为无色，且图线开始出现波动，最终走势呈下降趋势。这是由于溶液中c（H+）增大，溶液pH减小，抑制FeCl3水解，使得FeCl3水解平衡逆向进行。添加3 ml 2 mol/L的碳酸氢钠溶液后，2号锥形瓶中的FeCl3溶液的颜色由最初的浅黄色逐渐地加深为明显的红色，且最后还会有一种红褐色的沉淀。与此同时，FeCl3图线走势开始出现波动，最终图线走势呈上升的趋势。

【设计意图】在实验中利用pH传感器以及手持技术的自动快速采集数据的功能使复杂的实验原理简单化。

实验探究3：探究加入氯离子固体对FeCl3水解造成的影响

【实验内容】取两个一样大小的锥形瓶，向其中加入等浓度等体积的FeCl3溶液，将pH传感器、数据采集器和计算机连接起来，将绘图软件提前打开，设置完毕。（预先进行测试）开始采集pH数据，约100 s后向其中一个锥形瓶中加入少量NaCl固体，搅拌并实时采集pH数据。

【展示问题】Cl-浓度如何影响FeCl3水解？请依据曲线进行分析。为什么会出现这样的现象？

【教师引导】观察实验过程，总结实验现象。

【学生思考】分析曲线走势，两个锥形瓶对应的曲线基本一致，得出结论：条件不变时，氯离子对FeCl3的水解程度没有任何影响。

【展示结论】由于该水解反应中含有的氯离子并不参与溶液的水解，发生水解主要是由于氢氧化铁离子与溶液中经水电解分离出来的氢氧根离子结合反应生成了氢氧化铁，消耗了水中的氯离子和氢氧根，使得FeCl3溶液的pH值明显下降。

【设计意图】利用多媒体演示展示实验，利用手持技术的自动快速采集数据的功能帮助学生理解实验的本质。

教学流程如图2所示。

3 结束语

以前的化学教学课堂大多以讲授化学知识为主，在课堂教学中由于以教师为中心，学生不能很好地与教师以及同学进行互动，或者教师很少采用新的技术等吸引学生的注意力和目光，导致学生的创造力和求知欲望比较低，在学习过程中对一些复杂的化学基础知识仅仅是了解其结论，并不能很好地掌握其本质，不积极参与课堂教学。而采用现代化的信息处理技术，学生的课堂参与度会大大提高，化学课堂气氛看起来更好，可以更好地激发学生的学习兴趣，从而取得理想的教学效果。

参考文献

[1] 焦建利，钟洪蕊.技术—教学法—内容知识（TPACK）

研究议题及其进展[J].远程教育杂志，2010（1）：39-45.

[2] 徐春华，傅钢善，侯小菊.我国高校教师的TPACK水

平及发展策略[J].现代教育技术，2018（1）：59-65.

[3] 武琴.基于TPACK理论的中学化学概念教学研究[J].

化学教学，2018（7）：57-62.

[4] Koehler M J， Mishra P. Introducing TPCK. In

AACTE Committee on Innovation and Technology

（Ed.），Handbook of Technological Pedagogical

Content Knowledge （TPCK） for Educators[M].New

York： Published by Routledge for the American

Association of Colleges for Teacher Education，

2008：3-29.

[5] 陈萌.基于TPACK理论框架的学生“三重表征”的构

建：以高中化学“电解池”教学为例[J].化学教学，

2017（9）：46-50.

[6] Matthew J K， Mishra P， Yahya K， et al. Tracing

the development of teacher knowledge in a design

seminar： Integrating content， pedagogy and tech-

nology[J].Computers&Education，2007，49（3）：740-

762.

[7] 徐敏，郑晓红.“影响盐类水解的因素”实验设计及

教学策略[J].化学教学，2014（10）：41-43.

*项目来源：2019年甘肃省教育厅“十三五”教育规划项目“‘互联网+背景下化学课堂教学方式变革研究”（GS〔2019〕GHB2091）；2019年度天水师范学院重点教研资助项目（TS2019JY19）；2020年天水师范学院课程思政教学团队教研项目（TS2020JY31）；2020年天水师范学院研究生课程建设项目（TKXM2005）；甘肃省教育科学“十三五”规划2020年度课题“‘模型—创新—应用教育理念下提高人才培养质量的研究——‘以《物理化学》课程为例”（GS〔2020〕GHB4826）；2021年天水师范学院研究生创新引导项目（TYCX2114）。

作者：王美玲、陈敏敏，天水师范学院化学工程与技术学院，主要从事基础教育化学教育教学工作；龙世佳，通信作者，天水师范学院化学工程与技术学院，副教授，博士，主要从事化学课程与教学研究工作；司长代，天水师范学院化学工程与技术学院，副教授，博士，主要从事化学教育教学工作（741001）。