【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
【】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，则需要在真实具源于：论文格式范例www.808so.com
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。3 研究教学策略，设计大学物理实验教学方法(PK)
TPACK中的PK是指教学法知识。传统的大学物理实验教学是由教师讲解与示范，之后学生再进行实验操作，这种教学模式未能给学生留下足够的探究空间，忽视了学生主体性作用的发挥。大学物理实验教学强调学生动手实践能力和科学探究精神的培养，因此应注重探究式教学以及基于问题的学习等教学方法的应用。
开展大学物理实验的探究式教学。这种教学模式是以学生的主体活动为中心，以内容、任务或问题为载体，引发学生的探究与思考。这种教学模式突出了学生在学习过程中的主体性的发挥，强调学生的动手实践能力与主动探究精神的培养，能够充分调动学生的自觉性、主动性和创造性，提高学生的综合素质和团队意识。
在大学物理实验教学中开展基于问题的学习(PBL)，运用PBL将实验的实施从问题的提出、调研及解决思路出发，到分析论证、利用设备平台解决实际问题和完成对实践过程的总结等，都围绕问题展开。如“传感器实验”，首先提出完成实验环节：传感器类型与应用的调研、传感系统效率测试实验方案设计、实验操作与数据采集、实验结果分析，然后结合实验设备，要求学生自行设计实验方案和实验系统配置。采用PBL的学习模式，在实验的各个环节中提出问题，激发学生探索问题，在思考问题的过程中，找到实验设计的思路和方案。
二 基于TPAOK的大学物理实验教学应用
本研究在华南理工大学2010级理学院物理系的大学物理实验课中，开展了基于TPACK的大学物理实验教学实验。
首先设计了大学物理专题实验教学内容，将分光计的调整与使用、超声光栅及其应用、光栅特性及光长测定实验组合成专题实验——分光计系列实验。
其次应用教学技术，开发了大学物理实验网络教学平台。该平台实现了实验室及实验设备的在线预约与管理，实现了在线的学生管理、作业管理等功能。平台的网站结构如图2。
最后设计了大学物理实验教学方法。本实验采用基于问题的学习方法。具体流程如下：“创设实验问题情境——分析实验问题——确定实验问题——制订实验解源于：论文结论www.808so.com
决方案——实施实验方案——总结评价反思”，整个实验教学以问题为核心，以学生为中心，引导学生分析问题、解决问题、反思问题，充分发挥学生的主体性，激发学生的小组协作兴趣，加深对问题的理解，最终实现问题的解决及实验知识的掌握。
本研究采用准实验研究方法，即单组时间系列设计实验，随机选择了22名学生参与大学物理分光计系列实验的教学。本研究中的自变量是通过整合技术的大学物理实验教学方法；因变量是学生的学习成绩、信息素养、协作能力；干扰变量是学生能力的自然成长。在进行整合技术的大学物理实验教学实验之前，对学生的学习状况(学习成绩、信息素养、协作能力)进行了两次测量，采用整合技术的大学物理实验教学之后，对学生的学习状况进行三次测量，作为准实验研究的前测和后测，观察学生发展变化的状况，结果如图3所示。学生在以常规教学方法学习实验“迈克尔逊干涉仪的调整和使用”和“光的等厚干涉测量”时，测量出学习成绩1、学习成绩2、信息素养1、信息素养2、协作能力1、协作能力2，即均为未开展教学实验前所测数据；学生以整合技术的大学物理实验教学方法学习实验“分光计的调整与使用”、“超声光栅及其应用”和“光栅特性及光长测定”时，测出学习成绩3、学习成绩4、学习成绩5、信息素养3、信息素养4、信息素养5、协作能力3、协作能力4、协作能力5，即均为教学实验后所测数据。由图所示插入实验处理后，即开展整合技术的大学物理实验教学后所测数据的三条线段的平均斜率大于插入实验处理前的线段的斜率。结果经统计检验表明，实施整合技术的大学物理实验教学方法，使参与教学实验的学生的学习成绩、信息素养和协作能力三个方面有较为明显的提高。
三 研究结论
本文基于TPACK框架，分析大学物理实验课程的特点，将适切的大学物理实验教学内容系列化、专题化，促进学生的理解与拓展；应用虚拟仿真技术，开发网络教学平台等，促进现代信息技术与大学物理实验教学的深层整合；运用探究式教学、PBL等教学理念与方法，增强大学物理实验教学的趣味性和实用性。本研究从学科内容知识、教学法知识、技术知识三个方面分析大学物理实验教学改革的策略与措施，旨在培养大学生的实践能力、创新能力及科学素养，从而促进适应社会与时代需求的创新人才的培养。当然学科内容知识、教学法知识、技术知识三者并不是相互割裂、孤立存在的，单独一方面的改善并不能实现TPACK绩效的提升。
基于TPACK框架物理实验教学设计与应用
更新时间：2024-04-03
作者：用户投稿
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