基于TPACK理论的高中原始物理问题教学设计

随着新时代信息化和数字化技术的发展，2022年教育部官网发布《教育部基础教育司2022年工作要点》，要求大力实施基础教育数字化战略行动，不断深化基础教育综合改革。这要求基础教育和信息技术深度融合，彰显着信息技术融入高中物理课堂中的信心与决心[1]。信息化教学手段已是大势所趋，如何在高中物理的问题解决课堂中有效应用信息化教学手段，是需要探讨的焦点。

一、TPACK简介

TPACK是Technological

Pedagogical Content Knowledge的缩写，具体内容如下：三个核心要素分别为学科内容知识（CK）、教学法知识（PK）、技术知识（TK），四个复合要素学科教学知识（PCK）、整合技术的学科内容知识（TCK）、整合技术的教学法知识（TPK）、整合技术的学科教学知识（TPACK）。TPACK理论的应用，能帮助课堂从教师主导转化到以学生为主体。学生从被动接受转为主动进行信息加工、知识建构和情感体验。教学信息化手段不仅是辅助教师教学的工具，也能促进学生自主学习。在高中物理课堂中，结合TPACK理论思考原始物理问题，提升学生的问题解决能力。

二、基于TPACK理论的教学设计

采用TPACK理论可以丰富物理情景，从单一的讲解习题转变为积极的问题探讨。学生在学习过程中能够深入体验物理情境，锻炼科学思维，从而掌握物理观念。学生能够发展自身物理学科核心素养，因此教学质量得以提升。

以2018年高考物理北京第22题为例，进行原始物理问题的改编，形成如下的“跳台滑雪问题”：2022年我国举行第24届冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。裁判通过飞行距离和动作姿势来评分。跳台滑雪可分为助滑、起跳、飞行和着陆四个部分，其中，起跳阶段对飞行距离至关重要。如图，某滑道示意图如下，为了达到理想飞行距离（一般要在130m以上），运动员应注意哪些方面的训练？这些方面应达到什么标准？

针对这道原始物理问题的解决，分析教学过程中的TPACK成分：1.CK：匀变速直线运动、平抛运动、功能关系；2.PK：启发法、提问法、讨论法、演示法；3.TK：交互性课件、视频、电子白板、动画；4.PCK：结合生活经验，提问斜面上运动的性质，关注斜面末端的运动状态，引导学生思考问题解决可以尝试的方法；5.TCK：结合电子白板和网络检索功能，引导学生构建跳台滑雪真实场景并设置基本参数；结合跳台滑雪比赛视频，引导学生建构运动的多过程；结合动画演示，帮助学生理解匀变速直线运动、平抛运动的轨迹特征；通过课件展示，规范学生的解题过程；6.TPK：通过视频和生活经验演示物理过程，提出原始问题；7.TPACK：运用Authorware软件制作交互性课件，将物理情境、视频、动画、规范性步骤等内容进行整合，形成一套问题解决的专用应用程序。

1.提出问题 引入新课。学习物理知识可以解决生活中的问题。我们已经了解了运动学和能量的观念，可以研究真实、原始和生活化的问题。冬奥会中跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一，也是高考题目的热门背景。裁判通过飞行距离和动作姿势来评分。跳台滑雪可分为助滑、起跳、飞行和着陆四个部分，其中，起跳阶段对飞行距离至关重要。首先利用视频展示跳台滑雪运动的过程，分析多段运动过程的特点以及衔接点特征，从而感受现实物理问题的复杂性和多样性。

2.动画模拟，分析解题思路。运动员起跳速度越大 ，则飞行距离越长。运动员在空中停留的时间越久，飞行距离越长。因此，我们可以从两方面考虑，一方面是如何增大运动员的起跳速度，另一方面是运动员以何种姿势在空中维持更久的飞行时间。1.利用课件动画功能，研究运动员的起跳速度。达到理想飞行距离需要最小的起跳速度，可以用平抛运动相关知识点解答。为了在助滑道上滑出这样的速度，则需要简单地讨论何种姿势可以获得更大的升力，以抵消在助滑道AB受到的阻力。2.利用视频播放功能，运动员的飞行姿势。在助滑道，运动员受到的滑道摩擦力和空气阻力，应两腿尽量深蹲，上体前倾呈流线型姿势，利用升力减小滑道与滑雪板间的阻力。根据流体的流速与大，压强越小的原理，当运动员呈流线型姿势时，能保证滑雪板的气流流速比运动员上体气流流速慢，这样可以产生压强差，是运动员获得升力抵消滑雪板受到的阻力，从而在助滑道获得更大的速度。

3.白板书写功能，规范解题过程。为了使运动员的飞行距离更长，需要增大起跳速度。在白板上进行规范板书，引导学生养成规范作答的良好习惯。

4.课件展示功能，拓展课外物理。从空气动力学的角度来看，运动员要在起跳后尽快调整一个稳定的飞行姿态，利用流线型姿势减小自身阻力。同时还要保持角动量平衡。之后的飞行阶段，迎风角的变化对作用在运动员身体上的升力和阻力有很大影响。飞行员的滑雪器材和滑雪服也会影响飞行阶段的气动力。因此，跳台滑雪过程主要涉及弹道学和空气动力学。起跳过程中运动员的气动升力有助于减轻负荷，最有效地利用起跳阶段的气动升力是目前研究的热点。未来还会通过计算流体力学研究跳台滑雪的理论模型，智能化风洞实验训练馆必定是重要的研究工具，可以广泛用于户外现场环境的模拟、气动力测量、运动员技术动作辅助训练以及运动装备优化设计实验等方面。

三、教学反思

1.TPACK理论融入课堂教学。随着社会的不断发展与进步，学校的信息技术手段也更加多样。作为中学教师应加强对TPACK理论的学习，不断尝试将信息技术融入传统教学。例如对于原始物理问题的解决，没有明确的运动过程和解题条件。TPACK教学模式就可以辅助学生问题解决的每个过程。首先视频、图片等功能可以帮助学生将客观存在的物理现象进行文字性描述得到原始问题；其次白板作图等功能可以帮助学生经过抽象赋值，得到传统习题；然后提前进行动画制作，让学生利用所学知识演算推导。最后还可以规范解题步骤。TPACK理论让传统习题课堂不再单一枯燥，通过信息技术活跃课堂氛围，让学生思维活跃，提升科学推理能力。

2.合理运用TPACK理论。在信息技术日益发展的时代，学生也经常接触各式各样的信息技术。物理是一门实验科学。对学生来说，在物理学家探索自然界的历史中，切身体会物理学家遇到的问题和实验思路，是极其重要的学习内容。物理课堂不能一味地依赖信息技术。在问题解决的课堂中，运用信息技术手段可以大大改善课堂氛围。传统实验方法让学生更加理解和经历物理规律得出的过程，现代技术手段的改良实验更加方便，但无法培养学生科学探究的能力。因此，物理教学中要在恰当的课程中合理运用TPACK理论。

【注：本文系广东省教育科学研究课题“基于 TPACK 理论的中学新型教与学模式实证研究”（课题编号：2021YQJK591）研究成果】

责任编辑 邱 丽