物理教师的TPACK结构及其发展，本文主要内容关键词为：物理论文,结构论文,教师论文,TPACK论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2014年，教育部颁布《中小学教师信息技术应用能力标准（试行）》，提出对教师在教育教学及专业发展中应用信息技术优化课堂教学的基本要求和应用信息技术转变学习方式的发展性要求[1]。2015年，教育部办公厅发布关于征求对《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》意见的通知，要求“广大师生要将技术、设备、工具的使用与教学改革相结合，利用技术、设备和工具探索、创设适应信息时代特点的新型教学环境（如新型教室），创新教学模式，切实提升教育教学的现代化水平”，“要将信息技术应用能力提升与学科教学培训紧密结合，有针对性地开展以深度融合信息技术为特点的课例和教学法的培训，培养教师利用信息技术开展学情分析、个性化教学的能力，增强教师在信息化环境下创新教育教学的能力，使信息化教学真正成为教师教学活动的常态[2]。显然，教师原有的知识框架已不能满足信息时代的需要，将技术知识纳入其中势在必行。 2005年，美国学者Mishra和Koehler在Shulman整合学科内容知识与教学法知识的教师知识结构模型（PCK）基础上提出了整合技术的教师知识框架——整合技术的学科教学知识（TPACK），首次将技术知识纳入教师知识结构，后来又进一步提出TPACK是教师“使用技术进行有效教学的基础”[3]，突出了技术在教学中的作用。TPACK是适应信息时代要求的教师知识框架，发展教师TPACK是有效使用技术进行教学的基础，是促进教师专业化发展的重要内容。TPACK是由学科内容知识（CK）、教学法知识（PK）和技术知识（TK）三个互动的知识要素构成的结构复杂且动态变化的理论框架。在这三个知识要素中，学科内容固然是教学法选择、技术选用的基本依据，但技术的革新同样会引发对教学法、学科内容的思考与重构，教学法也会影响到具体技术、学科内容的组织系统。各学科有其自身的特点，试图用一个统一的理论框架涵盖不同学科的教师知识体系是不切实际的。提升物理教师的TPACK，需要深入物理学科中研究TPACK框架。 二、物理教师TPACK的内涵与结构 存在多个TPACK概念框架。Mishra和Koehler（2011）认为，TPACK可细化为三个核心要素（CK、PK、TK）及学科教学知识（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）四个复合要素。这一框架有助于理解TPACK的复杂性，但存在难以明确界定TPACK内部各个概念、难以厘清概念间互动关系的现实问题[4]。Niess（2005）从整体视角考察学科、教法和技术的关系，认为TPACK包含四个核心要素[5]：其一，技术与学科教学整合的整体性观念；其二，技术与学科教学整合的教学策略和教学表征知识；其三，学生用技术来理解、思考和学习学科主题的知识；其四，技术与学科教学整合的课程和课程材料的知识。Niess（2011）进一步指出，教师在学习纯粹的技术知识、了解特定技术的同时，还要思考特定学科内容的概念和过程[6]，即TPACK要与具体学科紧密结合。Guerrero（2010）结合数学学科的具体特点提出TPACK的四个要素[7]，即技术的观念和运用、基于技术的数学教学、基于技术的课堂管理、内容的深度和宽度。 目前，尚无成熟的切合物理学科特点的TPACK结构模型。笔者参照Guerrero的观点，将从整合技术的统领性观念、整合技术的物理教学策略、整合技术的物理课堂管理、整合技术的物理教学内容等方面探讨物理教师的TPACK结构。 1.整合技术的统领性观念 整合技术的统领性观念是物理教师在信息技术环境下开展物理教学的总体思想与观念，包括物理教学观、物理学习观、信息技术观等。这一观念涉及教师对运用技术支持物理课程的学与教的理解与认同，涉及在主动接受、认同技术优势的基础上理解物理课程中为什么需要整合技术，在技术的支持下应如何教、如何学。它具有价值取向、目标定位的作用，决定了教师怎样使用技术进行教学。统领性观念与教师花费的时间、对教学的认识、对技术的见解、所处的教学情境等多方面因素有关。客观上，信息技术为物理教学提供了多元化的教学资源、非线性化的信息组织形式、智能化的教学过程，但信息技术能否有效地表征物理课程的旨趣、内容、方法和本质，能否推动学生更好地理解物理，能否促进学生的物理学习，关键“并不在于技术装备的好坏、技术知识的高低，而在于应用技术的思想理念与意愿”[8]，即关键在于教师的观念。物理教师要懂得如何选择、运用合适的技术，以更好地阐述学科知识与教学知识，实现教学目标，懂得技术是实现课程目标的手段，以适当的教学策略有效运用技术可以支持教学，促进课程变革，而不是简单地停留在用技术丰富课堂教学的工具层面。需要强调的是，统领性观念不是简单地通过“告诉”就能形成的，这一观念的形成有赖于实践的不断支持。 2.整合技术的物理教学策略 整合技术的物理教学策略指在信息技术背景下开展物理教学的手段和谋略，如教学中如何合理使用信息技术、以什么样的方式呈现物理内容等，这些都是教师在技术环境下物理教学策略知识水平的体现。一方面，信息技术仅是一种教学工具，是教师知识和能力的一部分，为了达到课程目标，需要把技术融入有意义的学科和教学框架中；另一方面，要根据具体教学内容调整技术，不同的物理知识点需要的技术可能不同，即使同一知识点，也应根据学生能力、情感、兴趣的差异适当调整技术的运用，以适应多样化的需求。 3.整合技术的物理课堂管理 整合技术的物理课堂管理指在技术支持下对课堂环境、教学秩序、教学过程等学与教相关问题的处理与调控。整合技术的物理课堂，教学内容、教学环境、教学方式具有很强的开放性、操作性、互动性，教师要运用技术为学生提供真实的物理学习环境，认识信息技术环境中学生的学习特点，把握学生对待技术的态度与行为，并据此采取有效的教学组织形式，引导学生自我控制、自我调节，从而正确处理外在兴趣与内在动力间的关系。在教学中运用信息技术，可能导致出现许多在传统物理教学中很少遇到的管理问题，这对物理教师的知识修养和教学能力提出了新的挑战。 4.整合技术的物理教学内容 整合技术的物理教学内容涉及信息技术环境下教师在深度、广度上进一步理解物理和物理课程。信息技术不但使教学形式更艺术、更新颖、更多元，而且由于海量资源的涌现，物理教学内容得以全面拓展，进而引发学科本质的根本变化。例如，模拟技术、可视化技术带来物理学科内容的变化，教师需要理解技术和物理学科内容的双向互动、双向制约关系。一方面，物理新课标教材已经通过增加传感器内容、引入DIY实验板块、提供学习资源的网络链接等多种方式融入了信息技术内容，这些技术在改变信息呈现形式的同时，也拓展了物理教学内容；另一方面，仿真模拟等应用于物理教学，在使学生易于理解相关内容的同时，也使他们认识了另一种研究物理的方法。用信息技术处理、解决物理问题是对师生双方的新挑战。教师要学会利用信息技术对课程内容进行信息化处理，对学科知识进行重组，将信息技术内容与学科内容之间相似或相联系的内容进行整合等[9]。物理教学中的探究性实验、设计性实验，有利于发展学生的创造能力。通过信息技术对物理仪器、设备甚至物理实验室的虚拟仿真，提供了具有较强真实体验的可自主操控、仿真探索的学习环境[10]，使学生的学习活动不再局限于物理空间的实验室，有利于他们更快速、更有效、更准确地发现新现象，认识实验的本质，形成概念与规律。例如，运用二维模拟软件Algodoo研究弹簧振子的振动，实现力、位移、速度等物理量的可视化，学生不但可以直观观察各物理量之间的相位[11]，而且可以利用模拟软件调整弹簧的阻尼系数，研究不同阻尼下振幅的衰减规律，既“探究物理问题，发现其中的规律”，又拓展了物理学习空间。 总之，从观念、技术对教学、对课堂管理、对学科内容的作用等方面对物理教师TPACK结构的解析，突显了物理学科教师TPACK的独特性。物理教师的TPACK不但包含最基本的技术操作，而且体现了技术对教学内容、教学方式的影响，体现了技术与学情、教法、内容的相互关系。例如，中学物理教学中等量同种或异种点电荷间的电势、电场强度的分布规律的内容，由于电势、电场强度的抽象性，学生理解有一定困难。利用Matlab，“可以在全空间内所有位置处或某一局部处将各种电荷分布类型的电势与场强分布规律分析清楚”[12]，既让学生获得清晰的视觉效果，帮助他们记忆和理解，又在信息技术支持下，让学生走得更远、理解得更深。又如，利用传感器探头、数码相机、计算机等实时、动态、准确地获得实验数据，借助数据处理软件快速处理数据，既拓展了物理实验的深度和广度，又开创了崭新的物理实验教学体系。数字化物理教学能够帮助学生完成由形象到抽象的思维升华，从而突破教学难点，提高教学效果，培养学生的问题意识和数据素养，为将来走向社会奠定基础[13]。 三、物理教师TPACK的发展 虽然物理教师在日常教学中大多能利用信息技术丰富教学内容、改进教学模式，但在灵活地协调TK、PK、CK并实现其深度融合方面，情况不尽如人意。物理教师的TPACK发展是一个长期的建构过程。 1.重构教师教育、教师培训课程，细化TPACK的各个维度 重构、优化职前教师教育和在职教师培训课程，是实现TPACK知识各个维度细化的重要一环。物理教学法课程应该体现TPACK内容，帮助学习者掌握整合信息技术与物理教学的方法与策略，掌握整合技术的物理教学设计、物理课件制作、课程资源库的建设、物理教学软件和信息资源的使用（如仿真物理实验室、DIS实验、概念图软件Inspiration或MindMapper等），这一课程所提供的教学范例应该是信息技术优势与教师的教、学生的学充分结合的，以体现技术对教学目标达成的推动作用。教育技术类课程要在学习常用软件操作、硬件处理能力等以实体存在的基本技术形式的基础上，深化技术与物理学科的结合，细化物理学科内容，包括属于意识、理念层面的解决问题的思维方式，重视信息化教学设计的实践，将普适化的教育技术知识改造为关注具体学科内容和教授方法的“学科化”的教育信息技术知识[14]。教师学科内容知识的拓展，就是在掌握物理核心事实、概念、理论、方法的基础上，拓展教师对知识本质的理解、对学科领域的理解、对物理与现代技术的关联知识的理解，以及对物理与技术相互依赖性如通信技术与物理、传感器的原理等的理解，以使他们在相关知识点的教学上自如地延伸。同时，可以围绕知识主题，体现方法、手段的更新，如围绕传感器、光栅等主题，创建可视化的仿真实验环境，在探索问题的过程中，发展信息素养、提升高阶思维能力，潜移默化地完善TPACK知识。 2.建构专业学习共同体，促进TPACK的交流共享 技术支持下的物理教学较传统的教学不确定因素更多，这样的教学需要不断地创造、反思。未来教师、在职教师、专家、教研员等在知识结构上各有其优势和劣势。TPACK作为教师知识结构研究的新热点，理论有待进一步探索，实践有待进一步丰富，而建构物理教师学习共同体，有利于信息的交流、资源的共享、知识的创造，有利于利用集体智慧解决实践探索中的困难与问题，有利于共同体成员教学理念的更新、知识结构的优化，从而实现协作成长。如今物理空间的课堂已不再是知识获取的唯一渠道，甚至不是主要渠道了，取而代之的是网络平台。基于网络平台的学习共同体不但使学习常态化，而且实现了研训一体化。未来教师可以通过观察、参与活动、与前辈对话等形式进入信息技术与物理课程整合领域，分享在职教师的教学经验、教学感受，研习优秀教师的优秀案例，促进其学科知识的教学转化，在发展TPACK过程中完成从物理学习者到物理教师身份的转化；在职教师可以“通过专题论坛、同课异构、案例研发、教学研讨等活动形成实践共同体，促进对技术的深度学习与TPACK的共同发展”[15]，从而在现有知识、信念的基础上广泛运用技术支持教学。 3.培养教师自主发展意识，自发开展技术支持的课堂教学实践 在信息技术与物理课程整合的过程中，教师既是重塑、提升的客体目标，又是实践探索的主体。物理教师在日常课程教学中是否使用信息技术、如何使用信息技术常常是其自发行为和个人选择。钻研TPACK理论、开展技术支持的课堂教学实践，无疑需要花费教师更多的时间与精力，其投入程度与教师的个人专业发展意识、追求教学卓越的热情密切相关。如果一位物理教师是教学变革的热心者，那么，他就会结合教学法知识对学科内容、技术知识进行主动、持续的发掘，充分运用技术营造教育机会，自发地尝试技术支持的课堂教学实践，也就可能成长为拥有深厚TPACK的教师。从这个意义上说，外部制度化、常规化的激励与保障，最终是为了培养教师自主发展意识，激发其内在动力。当然，物理教师要充分认识TPACK与实践的关系，TPACK来源于教学实践，同时也应用于教学实践。物理教师只有结合自己的教学情境，对TPACK体悟、解释、实践，不断地修正自己对技术和学科知识的理解，才能将技术、教学法和学科内容融会贯通，内化为自己的实践知识。 物理教师TPACK的发展，意味着他们要不断接受新知识、提升专业能力，意味着教师的职业要求是动态发展、不断超越的。物理教师在将技术知识内化于自身的学科教学知识时，需要掌握与物理学科特点相适切的工具平台，需要妥善处理好技术知识与内容知识、教学知识间的关系，渐次发展TPACK，需要关注技术与学习心理的关系。 第一，掌握与物理学科特点相适切的工具平台。物理教学活动不同于物理科研工作，也不同于工程技术中的物理应用。它既不是为了创建新的物理规律，也不是为了解决工程技术中的问题，物理教学活动往往是为了认识概念规律、阐述物理方法、指导操作训练。因此，信息技术与物理课程整合的突破口在于深入物理学科的、能表现物理活动特点的适当的工具平台。仿真物理实验室、物理作图工具、几何画板、虚拟示波器软件及DIS物理数字化实验系统等面向学科、深入物理教学的信息技术平台，使以实验为基础的物理教学由传统走向现代，并催生了更多的创新火花。3DMAX、FLASH等普适软件虽然在动画制作上功能强大，但未必能很好地切合物理学科的特点。对许多一线物理教师而言，TPACK中的技术成分首先是指深入学科的信息技术，发展TPACK的基础首先是掌握与物理学科特点相适切的工具平台。 第二，妥善处理好技术知识与内容知识、教学知识间的关系，渐次发展TPACK。TK、CK、PK之间是一种动态关系，在不同情境下这种关系是不一样的。一些一线物理教师在运用技术支持教学时，经常遇到教学不能达到预期效果的问题。问题的主要原因是不会用技术语言解析物理现象、对物理过程进行建模，而不熟悉技术的基本操作则是次要原因。因此，在运用技术处理真实物理教学问题的过程中，教师要在充分认识技术功能的基础上，重视在教学设计阶段深刻理解教学内容、形成恰当的教学方案、制作富有创意的课件，让技术较好地体现“教”的意图。通过将技术融入常态化的学科教学实践，教师运用技术语言解析物理现象、对物理过程进行建模的能力逐渐得到发展，他们掌握的技术与内容相互作用的知识得到提升，技术逐渐成为教师实现教学目标的工具，他们在课堂教学中也有能力去关注学生的理解、课堂的管理等。技术可以更灵活地促进学科教学。 第三，关注技术与学习心理的关系。在物理课堂广泛地使用技术，不是为了表面上的热闹、活跃，而是要以技术为阶梯，缩小物理学家的思维方式与学生思维方式之间的距离，让学生学得更有效、理解得更深远。教师只有考虑学生的认知心理，了解学生的技术偏好、学习习惯，准确把握学生的认知基础、困难与根源，才能准确地把握教学活动的逻辑起点，进而用技术手段营造虚拟的、动态的、可视的、有针对性的环境与路径，纠正认知错误，才能从目前较多关注用技术“教”逐步转向引导学生用技术“学”，实现技术与物理课程的更好融合。 从物理学科视角剖析教师的TPACK，有利于推动物理教师进一步更新观念，丰富专业知识，掌握现代教育技术，借助信息技术手段使学生更好地接受物理学科内容，并根据学科内容的需要改进已有技术、创造新技术，通过信息技术产生新的学科内容，以丰富学生的学习，促进教学方式的变革。但是，TPACK这一富有发展前景的新兴概念还不成熟[16]，现阶段TPACK的研究者大多属于教育技术专业。发展物理教师的TPACK，离不开物理教师教育的研究者和物理学科教育教师的参与。这是发展物理教师的TPACK，进而改善物理教学和学生的物理学习的必要条件。