基于TPACK的小學科學教學方式

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一、整合技術的學科教學法

知識整合技術的學科教學法知識(TPACK)框架是在反思WebQuest和TELS缺陷的基礎上提出來的，旨在彌補兩者只強調“技術”和以“學生為中心”而忽視了“教師所需知識”“學科知識、教學法、技術之間復雜的關系”和“教師在教學過程中所起的重要作用”的誤區。TPACK是整合技術的教師知識框架，是在Shulman的學科教學知識(PCK)基礎上建立的，是與技術的融合。學科內容、教學法和技術之間的相互交互形成了四種新的知識，即學科教學知識(PCK)、整合技術的教學法知識(TPK)、整合技術的學科內容知識(TCK)和整合技術的學科教學法知識(TPACK)。這一框架強調了教師必須具備的全新知識，教師是課堂的設計者、實施者，是學生學習的引導者和監控者，是課程的設計者；強調不同境脈應采用不同的整合途徑和方法；強調解決方案的多樣性、靈活性和適切性。在課堂中整合技術是一個復雜和結構不良的問題，即不存在一種適用于每一門學科、每一位教師或每一種教學觀念的解決方案，這種方案的獲得取決于每位教師的認知靈活性。

二、研究設計

(一)實驗對象與過程實驗對象為河北省遵化市某小學的六年級學生，研究采取準實驗的研究方法，由同一位教師進行教學。首先對六年級8個班級的學生進行8周的科學課程教學，在第九周進行一次前測，即期中質量檢測；從第十周開始按照前測的學習成績和方差的齊同性選取了六(2)和六(6)兩個班進行實驗研究，為了敘述方便，將六(2)命名為A班，六(6)命名為B班，A班為TPACK實驗班，采用TAPCK的理念進行教學，B班為實驗對照班，繼續延續前面的教學方式；在第十八周進行第二次測驗，即期末質量檢測。

(二)建立假設與確定變量研究假設：基于整合技術的教學法知識理念對小學六年級的科學課進行設計與教學，學生的學習效果明顯優于傳統教學方式。條件因素C=學生進行科學課程的學習；自變量X=兩種教學方式(即TAPCK方式和傳統教學方式)；因變量Y=學生的科學課程成績；干擾變量包括學生的主觀態度、情緒變化、習慣和動機等。為了避免干擾因素對實驗結果的影響，教師時時關注學生的異常反應并及時妥善解決。

(三)實驗結果1.前測成績分析。通過SPSS工具對A班和B班的前測成績進行比較分析，A班的科學成績平均值為73.12分，B班的科學成績平均值為72.91分；兩個班的差異性顯著概率P=0.81>0.05。通過這些數值可以斷定，兩個班級的科學成績不存在顯著差異，完全可以進行對比實驗。2.后測成績分析。A班的成績均值為89.21分，B班成績均值為81.91分，它們的均值之差較為顯著，差異顯著性概率P=0.016<0.05。通過這些數據可斷定，A班與B班的科學成績存在著顯著性差異。這也證明了試驗的假設是成立的，即基于整合技術的教學法知識理念對小學六年級的科學課進行設計與教學，學生的學習效果明顯優于傳統教學方式。

三、實驗討論與案例剖析

研究表明基于tpack的小學科學教學與另一組進行普通教學的班級相比能夠明顯地促進學生的學習。根據實驗結果，筆者從科學內容知識、科學教學法知識和教與學相關技術三個維度來討論基于TPACK的小學科學教學，并結合“植物與能量”一課進行從設計到實踐的詳實闡述。

(一)明確科學學科中的TPACK要素及關系科學這門學科有它獨具的特殊性，即科學與技術是一對自然的、長期相隨的伙伴?？茖W家們為了工作而開發技術，同時也為了商業目的而進行技術的研發。在TPACK框架下進行科學知識的教學首先面臨的挑戰就是如何把技術整合到學生對科學知識的學習中去。在整合教與學的過程中，教師必須明確技術應該用于“如果不用技術就很難甚至無法完成的事情”之中，而不是重復使用那些常規方法就可以完成的事情或者能夠解決某個具體的教學問題。因此，教師必須通過TPACK框架進行科學知識的分析，確定科學內容知識、教學法知識和技術之間復雜、動態的平衡關系。學科內容知識是實際被學習或教授的學科知識，本次研究中的學科內容是指“植物與能量”一課的學習目標知識。教學法知識(PK)是關于教與學的過程、實踐或方法的深層次知識，包括所有的教學目的、價值觀和策略。學科教學法知識的核心是轉換學科內容從而為教學所用，即教師通過解釋科學的內容知識、尋找多種途徑來表征科學知識以適應不同概念和學生的先前知識。技術知識是為了那些“不得不通過技術支持和解決”的學習難題或主題而提供的解決方法，同時應該意識到技術應用的可供性和限制性。整合技術的學科知識旨在通過技術富有成效的方式支持數據的表征與操作，科學的學科內容也限制了能被采用的技術類型，同樣技術也限制了可能的表征類型，但是反過來也構造了新的、多種多樣的表征。整合技術的教學知識是對當具體技術應用時教與學如何改變的一種理解，教師需要放棄技術“功能固著”的想法，發展技能以超越當前技術，并且為自己的教學法而“重新配置”技術。整合技術的教學法知識需要教師深刻地理解這些技術工具的教學功能可供性和限制性，以及技術運用的學科境脈。整合技術的學科教學法知識是一種新型的知識形式，超越了所有三個要素(科學內容知識、教學法知識和技術知識)，這些要素處于一種動態平衡狀態，處于一種“必要的張力”狀態，若這些要素中的任何一個發生改變，那么就要由另外兩個要素發生改變來進行“補償”?；赥PACK的小學科學教學圖表明，學科內容、教學法和技術既彼此獨立作用，也相互整合作用。成功的整合技術的教學要求持續地創造、維持和重建各要素之間的動態平衡?；赥PACK的小學科學教學中最為復雜、最為重要的關系莫過于整合技術的學科教學法知識(TPACK)，它的設計與應用是體現教師是否能夠成功地將技術有效地融合進學科教學知識中的一種能力，在融合的過程中將會引起其它要素和關系的變化。簡言之，教師的技術、科學知識和教學法知識綜合在一起的關鍵就是要知道在何處使用技術，使用何種技術，如何使用這種技術進行教學或幫助學生學習。第一，技術在何處使用的切入點在于如何促進或幫助學生和教師進行學習和教學，這與科學這一學科的性質和教學知識密不可分，即某些科學的學習主題必須通過技術才能夠幫助和完成教與學這一過程，例如學生學習植物如何進行光能與化學能的轉換時，通過應用三維動畫、視頻等技術手段，與通過語言文字和簡單的圖片描述相比，技術在促進學生學習方面呈現出卓越優勢。第二，確定使用何種技術關鍵在于明確哪些技術可用，以及決定應該使用哪些技術。這一過程是在充分分析科學內容知識和搜集教學法知識基礎上進行綜合考慮的結果，即哪些技術用于服務教與學，哪些技術專門用來教授和學習科學知識，哪些技術專門用來進行科學實驗活動。第三，如何使用技術進行教學需要教師關注科學主題知識、學生的理解與認知、教學法知識，并對使用技術時可能發生的狀況作出預測和準備。

(二)“植物與能量”的TPACK設計1.科學主題內容(CK)教學主題或學習目標是進行TAPCK設計的首要階段，因為它是教師和學生通過教與學活動所要達到的最終目標。明確學習目標不僅是教師組織安排教學策略的基礎，同時能夠讓學生確立明確的學習目標，充分調動起學生學習的積極動機和學習興趣?？茖W內容知識的分析可以分為基礎知識、重難點知識，以及與這些知識相關的先決知識，即在對學習目標知識分析后同時要關注實現學習目標所需的前提知識?？茖W主題知識的分析有利于教師事先建構和組織結構良好的知識體系，與此同時，對學習目標先決知識的分析將有利于教師做好教授新知識的預熱準備設計。除此以外，學科知識還包括如何把教授的知識和現實的應用聯系起來，知道與所教授主題相關的科學領域中大的未決問題等等。關于“植物與能量”一課的主題內容分析主要采取以下幾個步驟：第一，確定教授或學習的科學知識。植物與能量這兩個知識點以及兩者之間的關系是本文的重難點知識，即“植物的能量是什么？”“植物的能量是如何產生的？”“植物能量產生過程的基本圖解學生是否能夠理解和進行簡單的語言、圖畫的描述？”，這三個問題對于學生的認知與理解是一種難度較大的挑戰。此外，學生還須掌握的知識是植物產生的化學能與光能的轉換關系，以及都有哪些物質參加了這一變化過程。第二，先決知識的確定。新知識的習得是否需要先決條件是確保課程順利引入和開展的前提條件，是提高教學和學習效率的基本保障，以防止學生初步進行新知識學習時就受到強大的學習阻力。需要學生了解和掌握有關植物與能量的先決知識包括生物的生命與能量的關系、人類和其它動物獲取生命活動能量的途徑，知道各種生物的生命活動都要消耗能量。第三，確定學科內容知識與現實的聯系。概念體是學習者唯一可以對現實及其所接收信息進行解碼的工具，這一特殊的解釋系統決定了解碼信息和建構知識的方式。學習正是依賴于這些已經在思考和運行著的概念范疇，學習者也正是通過它們詮釋由教師或媒體傳播的信息。確定學習內容與現實聯系的目的在于使學生能夠用直觀、形象的內在經驗來解釋教師傳授或自主學習的內容，如果學生遇到迷思概念或思維受到阻滯時就說明了他們的內在經驗無法正確地理解新知識，此時須向學生提供與學習內容相關的現實知識，譬如實物、虛擬實物以及相關的操作和活動等等，切實讓學生通過感知的方式加強有關學習新知識的經驗。第四，了解與主題內容相關的未決問題。科學的發展實質是人們不斷地探索世界的過程，宇宙的無限廣大以及人生命的短暫決定了人對自然界、宇宙的認知是不可能完全達到的，會始終存在著許多困惑科學家和人類的未解問題。教師對此類知識的掌握和告知將不僅能夠使學生明確科學主題中存在的疑難問題，而且教師適當的講解和鼓勵將使學生樹立克服難題的遠大志向和興趣。就植物與能量這一主題而言，學生在理解和掌握光在植物體內轉化過程的同時向學生提出一些前沿和未決問題，如探索在月球的氣候環境下進行植物的生長和能量的轉化，開發植物能源來解決人類所面臨的能源危機問題等等，能夠激起學生進一步探索科學的興趣和決心。2.學生特征教師除了對學生生理、心理特征進行了解與分析外，最重要的是掌握學生會覺得什么地方理解很困難和學生在哪里會有迷思概念。教師對這些方面的把握可以通過與學生進行課前談話的形式獲知，此外可以向經驗豐富的教師請教，也可以通過查詢教師參考用書獲知教學的重難點。教師只有知道學生知識的掌握情況，才可以決定什么是需要強調的，以及通過哪種教學策略和技術來幫助學生的學習和教師的教學工作。在“植物與能量”一文中，通過與學生談話、參閱教師用書和請教資深教師獲知學生認為最難理解的地方是“光在植物體內轉化的過程”，同時最易使學生產生迷思概念的地方是植物的根、光、綠葉的能量轉換以及淀粉、氧氣、二氧化氮氣這些產物的生產過程。3.科學中的教學法知識(PK)如何幫助學生認識具體事物是科學教學知識的顯著特征，同時教師還需掌握與科學有關的一般性教學法。Grossman認為PK至少具有四個要素：學科教學目的的概念，有關學生理解的知識，有關教學策略的知識和課程知識。同時Magnusson、Krajcik等人描述了PK的五個知識組成部分：科學教學的定位、課程、學生的理解、評價和教學策略。雖然他們對于PK的認同存在著差異，但是PK至少應包括有關學生對主題理解知識和教師教授具體主題的教學策略及表征。除此之外，教師的教學法知識還包括如何陳述和解釋教學內容，如何合理組織實驗活動以增進學生的認知，以及如何給小組或個別學生布置作業等等。在“植物與能量”一文中，教師進行學習者特征分析后，確定的難點和迷思概念是教師進行教學法抉擇的關鍵點，是幫助和支持教師進行教學和學生進行學習活動的前提。對于植物在光的作用下如何轉換能量這一重點和迷思概念，教師確定了如下教學方法：首先，通過圖片表征能量轉化過程中的各個要素，使學生形成基本的感性認知；其次，根據學生自己的先前經驗、素材資源想象并繪制這一能量轉換過程的基本概念圖；第三，編制Flash動畫模擬植物能量的轉換過程；第四，學生重新建構植物能量的概念，在此期間教師可以通過適當組織、監控學生的合作交流、討論活動實現合作性建構。4.技術知識(TK)技術包括了任何用于實踐目的的工具和技巧，技術不僅包括電腦、錄音機等，而且還包括方法、技能和過程。教師應該知道如何使用和管理自己的電腦，如何排解電腦上的故障，同時要不斷地嘗試和探索新技術的使用。教師不僅對于一般教學技術特征有所了解和掌握，同時需要知道技術的可供性和限制性，即針對某一具體學科主題而言，哪些技術是可用的以及如何使用它們。根據本課的重難點和學生容易產生概念混淆的地方，教師通過多媒體展示植物能量轉換中要素關系的圖片，接著通過編制Flash動態模擬植物如何通過光合作用進行能量轉換的過程，同時動態模擬中還嵌入了簡單的智能提示來提醒和糾正學生可能產生的迷思概念。整合技術首要關注的是學科內容和有效的教學實踐；整合效能不能依據使用技術的數量和類型，而要依據技術使用的方法和原因。TPACK表明技術的應用是用來支持具體的教學法知識的，它的可供性和限制性是受到具體知識影響的。5.整合技術的科學教學法知識(TPACK)科學知識、教學法、技術是構成整合技術的科學教學法知識的三大基本元素，它們之間的相互交叉與作用又形成了新的知識；學習者特征是進行TPACK設計所必須進行分析的內容和前提，沒有關于學習者的分析，其它一切都是徒勞的。技術、教學法的抉擇和應用的目的在于促進學習者的學習，學習者是課堂學習的主人，是教學設計最終服務的對象。簡言之，TPACK的最終目的在于使教師明確在教學主題中的什么地方可以使用技術來促進教與學。在科學中進行基于整合技術的學科教學法知識形式的教學關鍵是知道何處、何種、何時使用技術。第一，何處使用技術。技術的使用應該用于“如果不用技術就很難甚至無法完成的事情”中，而不是重復使用那些常規方法就可以完成的事情，即教師需要知道在何處可以用技術解決他所面臨的教學問題。在“植物與能量”一課中，人類不可能通過肉眼來觀察植物在光的作用下如何進行能量轉換這一過程，同時植物能量轉換這一過程進行得比較緩慢，轉換的過程受到多種外界環境的限制和影響。了解和掌握這些知識對于小學六年級的學生而言將是巨大的挑戰，同時在有限的課堂環境和時間內是根本不可能完成學習目標的。第二，使用何種技術。技術的使用需要教師了解針對主題內容知識的特點進行各種媒體、軟件的篩選，最終通過比較技術的可供性和限制性確定需要使用的技術。這一抉擇過程不僅說明了任何一種技術都有它的局限性，同時也體現了針對不同具體主題知識的可供性。針對所存在的這些問題，創建Flash動態模擬不僅呈現了長時間、細致的實踐觀察過程，同時以突出、形象的形式再現了植物在光的作用下如何進行能量轉換這一過程。第三，何時使用技術。安德烈·焦爾當認為學習者的概念體是學生理解周圍世界的唯一工具，當學生用已有的概念體詮釋所接受的信息時，如果學生無法解釋或新知識與已知概念體發生認知沖突，那么就會引起學習者概念體的失衡?！袄Щ蟆被颉皵_亂”狀態是產生學習渴望和發生學習的最佳時機，所以教師必須緊抓這一有利時機進行教學環境的創建，將學習者置身于一個特定的學習環境中，通過制造適當的真實環境或利用現實制造沖突來促使學習者將舊概念轉換成新概念。在學生處于“困惑”或“擾亂”的狀態下進行學習環境的創設會對他們的學習產生積極的推動作用。在教授“植物與能量”一課時，通過課堂提問、觀察學生表情等形式了解學生是否處于這一階段，通過調查的結果來決定何時呈現圖片和Flash模擬動畫。

(三)教師的角色與知識在人類教育歷史的長河中，以教師為中心的教學模式可謂長期居于統治地位。隨著信息技術在教學過程中的運用，教師在課堂中的角色與地位發生了顯著的變化。美國近代所推崇的WebQuest和TELS模式特別強調“技術”的作用和“學生”對技術的自主應用，然而這兩種模式卻沒有認真關注“教師所需的知識”和“教師在信息技術與學科整合過程中的重要作用”，因此，教師必須重新審視自己的角色和地位。第一，教師是課程的設計者。課程不能獨立于教師而存在，教師是課堂教學構建和實施課程的不可或缺部分。在課堂教學中，教師決定著如何采取恰當的教學策略、選擇合適的技術手段來表征知識，幫助和促進學生的學習，只強調以學生為中心和以技術為中心的觀點將使學生的學習陷入低效率、無重點的狀況。第二，教師的主導作用。學生的課堂學習過程是動態的、充滿未知的。雖然教師在課前進行了學生特征、先決知識和重難點的分析，并為學生的學習提出了預設的學習環境，但是由于學生存在著顯著個性、文化的差異性，他們的認知水平也參差不齊，即使教師進行了充分的預設也不可能計劃好所有教學過程中出現的問題，此時教師的主導就顯現出突出的作用。當學生在概念上出現迷思或者被阻滯時，教師要充分發揮引導和主導作用，使學生沿著學習目標的方向前進。第三，教師的認識靈活性。學科知識、教學法知識和技術知識的融合生成了許多動態的新知識，教師理解、判斷這些新知識時需要針對具體的主題知識、技術的可供性和限制性、教學法知識進行綜合復雜的權衡。教學過程不良的特性要求教師必須具備與TPACK三個要素足夠的相關知識，同時需要教師能夠在教學過程中的某個問題、某個時間進行快速的靈活抉擇來解決難以預料的問題。在教授“植物與能量”一課時，教師圍繞教學目標進行學生活動安排、技術應用、適時采取有效的教學策略。在課程導入階段，教師采用基于問題的形式引入話題——“同學們，我們在前一節課學習了有關動物能量的問題，誰能介紹一下你所知道的動物的能量是怎么來的？”在新授“植物在光的作用下如何進行能量轉化”時，教師實時觀察學生的面部表情來推斷他們是否能夠表征和解決這一難題，教師通過觀察來確定使用何種技術和何時使用技術來幫助學生完成學習目標。

四、結束語

整合技術的學科教學法知識框架(TPACK)呈現的是關于有效技術整合的一種思考方式，是將技術有效整合進學習環境的知識。整合模式(TPACK)是針對WebQuest、TESL兩模式中只關注學生自主學習、自主探究，而忽視教師主導作用的缺陷而提出的[10]，但是并沒有否定它們，是在不斷吸收它們優勢的基礎上發展起來的課堂學習模式。整合技術的學科教學知識框架突出的特點在于其各個元素整合的動態平衡性，即教師針對具體主題內容會不斷地抉擇技術知識、教學法知識之間整合的最佳平衡點，對于不同的教師、不同的技術、不同的學生、不同的環境的差異會產生不同的整合方式。下面就整合中易出現的問題和解決方法進行簡要的思考與歸納。

(一)整合中需要注意的問題第一，TPACK是劣構問題。教師必須意識到沒有哪一種技術解決方案能適用于所有的教師、課程或教學觀，例如即使是同一位教師面對不同的學生進行教學法知識、技術的權衡與組織時，同樣會產生不同的整合方案，教師不能夠通過足夠的課前預設來預料到所有將要發生的事情。面對這一問題，教師不僅需要做好充分的課前預設準備，同時還必須具備一種能力——認知靈活性，即教師能夠在課程正在進行時根據當時的境脈進行判斷、選擇和維持學科知識、教學法和技術之間的動態平衡。優質教學需要培養對技術、學科內容和教學法間復雜關系的微妙理解，并運用這種理解開發恰當的、具體境脈的策略和表征方法。第二，教師的角色與職責。TACK強調“教師是設計者”這個理念，強調教師在課堂中擁有一定的選擇教學方法、技術手段的權力，那種完全以學生為中心的理念是錯誤的或是片面的。

(二)教師的TPACK知識與培養開展TPACK教學改革必須具備一支掌握整合技術的學科教學知識的教師隊伍，這一群體是教學改革能否成功的關鍵力量，創建足夠的條件來培養這支隊伍是十分必要的。教師的培養主要包括兩大群體：職前教師和在職教師。第一，職前教師的培養。TAPCK知識能夠幫助職前教師將恰當的策略和技術有效地應用于他們的實踐中。根據職前教師的特征，為他們提供一線實踐的機會或間接參與到教學過程中的方式是最為有效的，因為如果直接將TPACK作為一種策略性的思維方式融入職前教學法課程，這種培養將是失敗的，其根源在于他們根本就不知道如何通過技術進行學習和教學。通過讓職前教師進行觀摩式個案研究或參與教學使他們獲得教學經驗，要讓他們進一步了解學生，計劃并設計教學，開發有效的教學策略，獲得有效的課堂管理策略，對學生使用技術進行評價。在培養過程中，可以通過發展TPACK的動態思維工具培養他們的整合技術的學科教學法知識能力。第二，在職教師的培養。有經驗教師的知識是有情境的、由事件構成的和片段式的，他們的培養與職前教師的最大不同在于他們能夠直接將TPACK知識作為一種策略性知識應用到教學過程之中。教師培訓機構可以創設多種環境為在職教師發展TPACK知識提供機會，如創建遠程協作與遠程合作的活動，通過組建教育協會間的協作推動TPACK發展，將信息技術融入教師專業發展的境脈中。

綜上所述，教育改革的發展需要新的理念予以支持，同時需要結合中國的教育特點不斷地發展和創新。TPACK教學整合模式是人類探索教與學過程的階段性理論成果，它對于當前以致以后的教育和學習會產生顯著的促進作用，但是我們不要局限于某種模式之中，不能被一種模式或幾種模式所禁錮，因為時代變遷、技術演變與革新、教師和學生思想的差異、地區的差異等因素是一種劣性問題，是結構不良的。

作者：李海峰單位：銅仁學院