TPACK——美国“信息技术与课程整合”

         途径与方法研究的新发展

何克抗

北京师范大学  现代教育技术研究所 2012-2

(电化教育研究,2012年第56期连载)

摘要本文将美国自90年代中期以来、对“信息技术与课程整合”途径与方法的研究大致划分为三个发展阶段,对于前面两个发展阶段先作简要的介绍与回顾,然后对第三阶段(即近年来美国在这一领域的最新发展)作重点阐述;在此基础上,再对三个发展阶段的不同特点进行分析与比较,以便从中吸取可供借鉴的有益经验与教训。

关键词信息技术与课程整合;信息技术整合于学科教学;整合的途径与方法;WebQuest(基于网络的探究)TELS(运用技术加强理科学习);TPACK(由“学科内容、教学法和技术”这三者整合而成的一种新知识)

.引言

美国以科技立国,历来重视各种技术(尤其是信息技术)在教育、教学领域的应用,也是最早强调应将信息技术有效地整合于学科教学(即应有实现“信息技术与课程整合”)的国家。在这一领域,美国进行了大量的理论与实践探索(包括在“信息技术与课程整合理论”和信息技术与课程整合的途径与方法这两个方面都进行了大量的探索),并取得了许多富有教益的经验与教训。随着教育信息化在全球的蓬勃发展,许多国家(包括像我们中国这样的发展中国家),教育信息化进程已经从强调“软、硬件基础设施建设”的初始阶段,逐渐进入到强调应用、尤其是“教学过程中应用”的深入发展阶段。在当前教育信息化已经发展到强调“教学过程中应用”的新阶段中,广大教师(特别是中小学教师)最为关注的恰恰是如何实施“信息技术与课程整合”的有效途径与方法。可见,对美国在这一领域——即“信息技术与课程整合的途径与方法”领域——多年来所做的研究与探索(特别是近年来在这方面取得的最新进展)进行回顾和梳理,将对我国的广大教师、以及教育信息化的健康深入发展具有重要的借鉴意义。

所周知,“信息技术与课程整合”是由早期的计算机辅助教学发展而来。自1959年美国IBM公司研究出第一个计算机辅助教学系统以来,信息技术教育应用大体上有以下三种不同的应用方式:

1CAIComputer-Assisted Instruction计算机辅助教学)

这种方式主要应用于60年代初至80年代中期(事实上,迄今在世界各地CAI方式仍有不少应用)。此方式主要是利用计算机的快速运算、图形动画和仿真等功能,辅助教师解决教学中的某些重点、难点。这些CAI课件大多以演示为主。在这一时期,一般只提“计算机教育应用”(因为这时还没有“信息技术教育应用”的概念)。       

2CALComputer-Assisted Learning计算机辅助学习)

这种方式主要是80年代中后期开始应用。在这一时期,计算机教育应用逐步从辅助“教”为主,转向辅助“学”为主。也就是强调要利用计算机作为辅助学生自主学习的认知工具、探究工具,例如用计算机帮助搜集资料、辅导答疑、自我测试、以及帮助安排学习计划等等,即不仅用计算机辅助教师的教,更强调用计算机辅助学生自主地学。80年代中后期开始,“计算机教育应用”和“信息技术教育应用”两种概念同时并存。

应当指出的是,对于我们中国来说,由于信息技术教育应用的起步较晚——80年代初才开始进行计算机辅助教学的试验研究,加上我国教育界历来受以教师为中心的传统教育思想影响较深,只重视教师的教,而忽视学生自主的学,所以尽管国际上自80年代中后期以后,信息技术教育应用的主要方式已逐渐由CAI转向CAL,但是在我们国家似乎并没有感受到这种变化——不仅在80年代和90年代是如此,就是到了今天,我国有许多学校将信息技术应用于教学时,所采用的模式仍然主要是CAI

3ITCIInformation Technology and Curriculum Integration信息技术与课程整合

信息技术与课程整合是九十年代中期以来,国际教育界非常关注的一个研究课题,是信息技术应用于教育的全新方式,也是信息技术应用于教学过程的最有效方式(90年代中期开始,由于以多媒体计算机和网络通信为标志信息技术已普及到国民经济的各个领域,并日益融合于人们的日常生活,这就使原来的“计算机教育应用”概念,从此以后完全被“信息技术教育应用”所取代)。那么,“信息技术与课程整合”的具体内涵又是什么呢?

美国教育技术CEO论坛的第3年度(2000)报告为信息技术与课程整合给出的、比较公认的定义[1]数字化学习的关键是将数字化内容整合的范围日益增加,直至整合于全课程,并应用于课堂教学。……为了创设生动的数字化学习环境,培养21世纪的能力素质,学校必须将数字化内容与各学科课程相整合。

这是国际上关于数字化内容与学科课程相整合(也就是“信息技术与课程整合”)最为权威的论述。它阐明了整合的目标——培养具有21世纪能力素质的创新人才;也揭示了整合的内涵——创设生动的数字化学习环境。根据这一定义可知,信息技术与课程整合”CAICAL的本质区别在于:“整合”强调的是通过信息技术创设数字化的学习环境(或数字化的教学环境)CAICAL只是把计算机或信息技术看作是辅助教或辅助学的一种新工具、新手段由于“环境”这一概念含义较广(凡是主体以外的一切人力因素与非人力因素都属于环境的范畴),所以CEO论坛第3年度报告所界定的整合内涵,就信息技术在教育领域的应用而言,和把信息技术仅仅看成工具、手段的传统观念相比,显然更深、更广,其实际意义也要重大得多。

由于教育信息化的最终目标是要提升教育质量,也就是要通过促进各级各类教育的深化改革,来显著提升各学科的教学质量与学生的综合素质。显然,为实现这一目标,信息技术的教育应用一定要关注课堂教学过程、而且必须落实到课堂教学过程。这表明,信息技术与课程整合 是实施教育信息化的核心与关键。正因为如此,西方发达国家(尤其是美国 历来重视信息技术与课程整合的途径与方法的研究及探索。根据目前我们所查阅到的文献资料,90年代中期以来,美国信息技术与课程整合途径与方法的研究大致可划分为三个发展阶段

第一阶段——WebQuest阶段(大致从90年代中期2003)

第二阶段——TELS阶段(大致从2003年至2008)

第三阶段——TPACK阶段(大致从2008年至今)

下面我们先对上述前两个阶段作简要的介绍与回顾,然后对第三阶段(即近年来美国在这一领域的最新发展)作重点阐述;在此基础上,再对三个阶段进行比较、剖析与评价,以便从中吸取可供借鉴的有益经验与教训。                              

.WebQuest阶段——美国探索“信息技术与课程整合”途径、方法的第一阶段

1.第一阶段最具影响力的整合模式——WebQuest

教学模式的类型是多种多样的、分层次的,而且因学科和教学单元而异。基于信息技术与课程整合的教学模式也不例外。由于“信息技术与课程整合”也就是“信息技术与学科教学整合”,而学科教学过程涉及三个阶段:一是与课堂教学环节直接相关的课内阶段”,另外两个是“课前”与“课后”阶段——这二者也可合称为一个“课外阶段”,所以从最高层次考虑,基于信息技术与课程整合的教学模式只有两种即按照所涉及教学阶段来划分的“课内整合模式课外整合模式两种。

整个90年代美国从事信息技术教育应用的学者普遍认为,信息技术应用于教学主要应在课前课后——包括资料查询以及在学生与教师之间的互动、学生与学生之间的交流与合作;而在课堂教学过程的几十分钟内,一般难以发挥信息技术的作用,还是要依靠教师去言传身教[2]。在这种主流观念的指引下,多年来美国(乃至整个西方)教育界关于信息技术与课程整合,一直是在课前及课后下功夫,而较少在课堂上(即课堂教学过程的几十分钟内)去进行认真的探索。

美国在整个90年代(包括21世纪初的头几年)实施的信息技术与课程整合的主要教学模式上看,确实可以看到上述主流观念所起的作用。自90年代中期以来,美国实施信息技术与课程整合的常用教学模式不外乎以下几种: Just-in-Time Teaching(适时教学模式,简称JiTT)WebQuest基于网络的探究基于问题的学习(Ploblem-based Learning)、基于项目的学习(Project-based Learning)和基于资源的学习(Resources-based Learning)等等。

其中Just-in-time Teaching主要应用于课前课后——教师利用JiTT这种模式在课前将讲授内容、相关资料、重点难点以及预习要求,事先通过网络发布,使学生在上课前能作好充分准备,并要求学生将预习情况与存在问题在上课前反馈给任课教师,以便教师及时调整下一节课的授课内容、方法及进度;JiTT模式还要求教师布置疑难问题让学生在课后进行网上探究。

基于问题的学习、基于项目的学习与基于资源的学习,若从本质上看,则和WebQuest一样都是属于基于网络探究的同一类模式(这类模式都离不开网络的支持。由于这类模式都是选择自然界或社会生活中的某个实际问题作为探究主题而展开,因而往往是多个学科的交叉,多种知识的综合运用(或是一个学科内若干知识点的综合运用),需要通过网络进行大量的文献调研和小组合作探究,需要花费较多的课外活动时间,所以基于问题的学习、基于项目的学习与基于资源的学习实际上可以看成是WebQuest模式的三个子类,而且都属于课外整合模式(一般来说,它们不适宜作为课堂教学几十分钟内的“课内整合模式)。这样,在整个90年代(包括21世纪的头几年)美国实施的主要整合模式就只有WebQuest和“JiTT”两种;而在实际应用中占据统治地位的则是“WebQuest”模式。在200312月由美国“Teaching & Learning”杂志评选出的全美十佳“教育技术应用项目”中,无一例外都属于WebQuest模式,就是有力的证明。由此也可看出,在这一阶段,上述“重课外、轻课内”主流观念的深刻影响。

2.关于WebQuest模式的内容及实施

1WebQuest产生的背景

WebQuest模式由美国圣地亚哥州立大学的伯尼·道奇(Bernie Dodge)和汤姆·马奇于1995年提出。在英语中,“Web”是指“网络”,“Quest”是指“寻求”、“探究”,组成“WebQuest”以后,可以理解为“基于网络的探究性活动”。这种整合模式可以有效激发学生到网上去查找相关资料并在此基础上开展自主探究活动的积极性。对于WebQuest的产生背景,伯尼·道奇教授作了以下说明[3]

“美国的权威教育研究机构总结了全美对人类学习的研究,发现教育研究并没有做出人类学习方面的关键性的发现。在研究的过程中,大量的情境被剥离了,人工的成分很多,获得的研究结果对学校教育很难有切实的指导作用。……真实的学校环境极其复杂难于控制,教学实验充满开放性和不确定性,往往存在多种合理解释,这就给研究结果的应用造成了很大困难。……和学生学习需要支架一样,教师的教学设计能力的发展同样需要支架。在WebQuest中,我们给教师们提供了固定的结构、大量的规则和指导,教师们不需要从头开始设计,操作性强,容易去做。我想这是众多教师选择WebQuest的原因”——这也正是伯尼·道奇等人研究WebQuest的初衷与背景。

2Webquest模式的内涵与特征

WebQuest创始人伯尼·道奇等人为WebQuest给出的定义为:“一种以探究为取向、利用因特网上的资源来开展课程单元的教学活动,在这种教学活动中,学习者交互过程所使用的全部或部分信息都是从因特网上获得的(可以选择视频会议资料作补充)。”[4]

“在这类课程计划中,呈现给学生的是一个特定的情景或者一项任务(通常是一个需要解决的问题或者一个需要完成的项目);课程计划中为学生提供了一些网上的信息资源,要求学生通过对信息的分析与综合来得出创造性的解决方案。为了便于开展这种教学活动,WebQuest还要为教师提供固定的设计模板和有关的规则及指导,使教师们不需要从头学习实施这种整合模式的教学设计,因而操作性强,容易实施。”[5][6]

由以上定义可以看到WebQuest的内涵具有以下三个方面的特征:第一WebQuest的主题(这类课程计划的主题)是“一个需要解决的问题或者一个需要完成的项目”,即现实生活中的真实任务;第二,WebQuest这类活动中,“学生使用的全部或大部分信息都是从网上获取”,所以WebQuest能有效激发学生上网查找相关资料的积极性,这也是WebQuest模式的主要特征之一;第三,由于WebQuest为教师提供有固定结构的教学设计流程模板和一系列的指导信息,这就为一线教师提供了一种便于实施这种整合课程教学设计的脚手架,从而使广大教师易于上手、易于操作。

3Webquest模式的实施

伯尼·道奇认为WebQuest的实施应包含下面七个步骤[7]

① 设计一个合适的课程单元

为设计这样的课程单元需要考虑四个方面:应与课程标准一致、能取代原来令人不满意的课、能有效地利用网络、能促进学生更深层次的理解。

② 提出一个能促进高级认知发展的任务

按照伯尼·道奇的观点,促进高级认知发展的任务可以划分为:复述、汇编、神秘性任务、编写新闻、设计、创造性作品、达成一致、劝说、认识自我、分析、判断科学任务12种类型。任务(即探究的主题)是WebQuest模式中最重要的组成要素之一,它为学生的学习、研究活动提供基础。

③ 开始网页设计

为便于教师进行设计网页,自1995年开始WebQuest即向广大教师提供设计模板。为使用该模板可以从WebQuest网站(http://www.spa3.k12.sc.us/WebQuests.html)下载。这种设计模板具有以下特点:包含WebQuest的基本结构,模板的每一部分都给出帮助你设计WebQuest的具体策略。例如,第一步是草拟任务和标题,并写出一份能引起学习者兴趣的引言。

④ 完成评价

在评价的设计环节中,教师应给出评价指标;这有助于理清思路,同时在考虑评价指标时还有可能对任务作进一步修改。

⑤ 制定学习活动过程

⑥ 以文字形式记下所有活动内容

⑦ 检查并改进

除了伯尼·道奇提出的、包含上述七个实施步骤的WebQuest模式以外,在多年实际推广应用WebQuest的过程中,还形成了其他一些实施步骤或实施环节略有不同的WebQuest模式(例如,包含引言、任务、过程、资源、评价、总结等六个步骤的WebQuest模式,以及包含引言、任务、过程、评价、结论等五个环节的WebQuest模式)

 

.TELS阶段——美国探索“信息技术与课程整合”途径、

方法的第二阶段

1第二阶段最具影响力的整合模式——TELS

这个阶段的主要特征是:“信息技术与课程整合”的模式,逐渐从原来全球一边倒地只推崇WebQuest这类课外整合模式,过渡到有愈来愈多的教师与学者开始关注各种行之有效的课内整合模式。

第二阶段之所以强调应从2003年前后开始,是因为在2003年秋天美国国家科学基金会启动了一项对于教育信息化具有标志性意义的重要项目“运用技术加强理科学习Technology Enhanced Learning in Science,简称TELS项目)”。该项目的目标是要通过理科课程设计教师专业培训评估信息技术支持等四个环节的研究与实践,来促进信息技术与理科教学的有效整合,从而显著提高学生的理科学习成绩,最终达到“运用技术加强理科学习”的目的[8]。为实现该项目的上述目标,美国国家科学基金会还为此建立了专门的研究中心,并吸纳28学校的14000多名中学生和200多名中学教师参与试验研究。   

应当特别指出的是,TELS项目十分重视课程的设计。为满足中学理科教学的需要,实现信息技术与理科教学的整合,TELS项目为初中的理科教学选择了三个主题学科:地球科学、生命科学、物理科学;为高中的理科教学也选择了三个主题学科:生物学、化学、物理学。在此基础上,TELS项目共形成了信息技术环境支持的18个中学理科主题课程模块(初中和高中各有9个主题模块)——TELS项目的课程模块之所以设计成若干个主题,其目的就是想把类似WebQuest、基于网络的探究性学习引入课堂教学,以便能更有效地实现信息技术与学科教学的“课内整合”[9]

项目经过几年的试验研究探索,并通过实际测试与评估结果证实,在理解复杂科学概念方面,参与TELS项目的所有试验班学生与试验学生相比,确实都有比较明显的提高,从而使该项目在美国产生愈来愈大的影响

TELS项目的实施是美国(乃至所有西方国家)从只关注课外整合模式开始转向重视课内整合模式的一个明显标志;也是以TELS项目为代表的“信息技术与课程整合”途径、方法具有日益增大影响力的一个明显标志。

2.关于TESL模式的内容及实施

1TESL模式产生的背景

尽管教育信息化可以在显著提升学科教学质量与学生能力素质方面,从理论上为我们描绘出一幅令人鼓舞的美好前景(2004年微软主办的国际信息化论坛曾强调“通过信息技术在教育中的应用,要实现教育在质量提升方面的蛙跳式发展”),但是,多年来国内外教育信息化领域的应用实践,却与这种理想境界之间有较大的落差,这种现象在基础教育信息化领域显得尤为明显。例如,“美国亚洲协会”的教育专家 (亚洲协会的宗旨是专门对西方和亚洲文化作比较研究),在21世纪初发表的一项关于美国中学生数学与理科学习状况的研究报告显示,美国中学生的数学与理科成绩大大落后于亚太地区的韩国、新加坡以及我国台湾等地的学生。为此,美国国内对中学的数学和理科教育水平深感担忧。

这就表明,能否通过教育信息化来显著提升学科的教学质量与学生的能力素质,正面临一场严峻的挑战。这场挑战的实质就是要求对“教育信息化能否显著提升学科教学质量与学生的能力素质”这一问题作出明确的回答;并要为此找到相关的对策(也就是要找到实现“信息技术与课程整合” 的有效途径与方法)。

美国为应对基础教育领域面临的这一挑战,由国家科学基金会出面,于2003年秋天建立了一个称之为“运用技术加强理科学习(Technology Enhanced Learning in Science,简称TELS)研究中心”。如上所述,研究中心的任务是要通过对中学理科课程设计教师专业培训评估信息技术支持等四个环节的研究与实践,来促进信息技术与中学理科教学的有效整合,从而显著提高中学生的理科学习成绩,最终达到“运用技术加强理科学习”的目的[8]

2TESL模式的内涵与特征

如上所述,TELS实际上是美国国家科学基金会于2003年秋天启动的“运用技术加强理科学习Technology Enhanced Learning in Science)项目”的简称。该项目力图通过理科课程设计教师专业培训评估信息技术支持等四个环节的研究与实践,来促进信息技术与理科教学的有效整合,从而显著提高中学生的理科学习成绩,最终达到“运用技术加强理科学习”的目的[8]。这既是该项目所要达到的研究目标,实际上,也正是在此项目基础上形成的TELS整合模式”基本内涵

这个基本内涵有两个主要特征:

第一,是特别关注课程设计。如上所述,为满足中学理科教学的需要,实现信息技术对理科教学的支持,TELS项目为中学理科设计了信息技术环境支持的18个主题课程模块(初中和高中各有9个主题模块)初中理科选择了三个主题学科:地球科学、生命科学物理科学高中理科也选择了三个主题学科:生物学、化学、物理学。初中的地球科学包含“全球变暖:地球”和“火成岩”等两个主题,生命科学包含“减数分裂与细胞形成过程”“探索海底世界”和“简单遗传”等三个主题,物理科学则包含“体验速度”、“氢燃料小汽车”、“热力学:探索身边环境”和“狼的生态学与人口管理”等四个主题。所以整个初中阶段的理科教学共有9个主题模块;高中阶段的三个主题学科(生物学、化学、物理学)也相应地划分为9主题模块

TELS项目之所以要这么做,是想把类似WebQuest基于网络的探究性学习引入课堂教学,以便能更有效地实现信息技术与学科教学的“课内整合”。这是因为,到了21世纪初,美国教育界的专家、学者已普遍认识到:WebQuest这种课外整合模式,鼓励学生围绕自然界或社会生活中的实际问题进行自主学习,自主探究,对于学生的创新精神与创新能力培养非常有利;但由于WebQuest强调的是解决实际问题,而实际问题都具有综合性和跨学科性质,且主要是课外活动,所以需要花费较多的时间;加上是针对某个具体实际问题,因而对于中小学各学科基础知识的系统学习与掌握,往往不如传统课堂教学。这样,随着WebQuest的流行不仅不能保证提高学科的课堂教学质量,甚至还可能削弱。不过,如果能够在坚持课堂教学的前提下(即采用课内整合模式的前提下),适当吸纳WebQuest模式的优点(例如围绕若干主题来进行课堂教学),从而使学科基础知识的学习与创新精神、创新能力的培养二者有机结合起来,将有可能达到既培养学生的创新精神与解决实际问题能力、又显著提升课堂教学质量与学生综合素质的效果;与此同时,还可以把课内整合模式提升到一个新的层次。

第二,是特别关注信息化学习环境的创设与营造。这与TELS项目力图把类似WebQuest、基于网络的探究性学习引入课堂教学,以便能更有效地实现信息技术与学科教学的“课内整合”设想密切相关——要想在课堂教学过程中开展这类探究性学习,当然离不开基于计算机软件的各种学习工具和教学资源支持,也就是“信息化学习环境”的支持。为此,在实施TELS整合模式”之前,必须先下大力气研究、开发能支持理科教学的、基于计算机软件的各种学习工具和相关的信息化教学资源。

3TESL模式的实施

下面我们结合TELS四个环节(即理科课程设计教师专业培训评估信息技术支持等四环节)的贯彻落实,对TESL整合模式的实施方式作简要介绍[9]

TELS理科课程设计

课程是教学实施的关键,为满足中学理科教学的需要,实现信息技术对理科教学的支持,TELS项目为中学理科设计了信息技术环境支持的18个主题课程模块(初中和高中各有9个主题模块),如下表1 所示。

1  TELS项目的中学理科主题课程模块

初级中学

高级中学

地球科学

生物学

主题1——全球变暖:地球;

主题2——火成岩(Igneous Rocks

主题1——鸟翅膀的进化;

主题2——改善社区哮喘问题;

主题3——减数分裂(Meiosis)——下一代:多样化生存;

生命科学

化学

主题1——减数分裂(Meiosis)与细胞形成过程;

主题2——探索海底世界;

主题3——简单遗传;

主题1——化学反应;

主题2——我们如何循环利用旧轮胎;

主题3——事件的阶段与阶段的变化;

主题4——汽车使用汽油会成为历史吗?

物理科学

物理学

主题1——体验速度;

主题2——氢燃料小汽车;

主题3——热力学:探索身边环境;

主题4——狼的生态学与人口管理。

主题1——安全气

主题2——模拟静电。

 

TELS的教师培训

为了达到TELS项目的上述目标,需对参与项目的教师进行专业培训,以帮助教师理解和把握TELS的设计思想与课程要求。培训任务由TELS项目的设计者和研究者承担;培训内容主要是如何运用信息化环境下的各种学习工具与教学资源来支持、促进中学生的理科学习,以达到有效提高中学理科教学质量的目标;培训方式是举办讲习班和个别辅导相结合。

TELS的评估

TELS项目进行评估的目的,是想检验通过该项目的课程计划和信息化环境下学习工具与教学资源的支持,能否有效实现信息技术与理科教学的整合,从而提高中学生的理科学习成绩。

为了检验信息技术与理科教学整合的有效性,TELS项目组结合各学科的主题模块制定了学生应达到的具体而详细的知识能力标准,在此基础上拟定了一套标准化的基准测试题。测试科目覆盖初中的地球科学、生命科学、物理科学,以及高中的生物学、化学、物理学。

TELS的信息技术支持

TELS项目中的信息技术支持,主要体现在:为了项目的实施,项目研究组与有关企业合作,大力开发基于计算机软件的各种学习工具和信息化教学资源,以便为课堂教学创设、营造生动的信息化学习环境,使复杂、抽象的科学现象可视化,从而帮助和促进学生对科学知识、概念的理解与掌握。

TELS项目中的信息化学习环境包括“基于网络的科学探究环境Web-based Inquiry Science Environment ,简称WISE)”和“互动学习升级系统(Scalable Architecture for Interactive Learning, 简称SAIL)”等两大部分。借助WISESAIL能有效地实现下列教与学的功能:

教师可方便地完成TELS课程内容的设计、修改、完善与上传;

学生可按事先拟定的“探究学习主题”(如关于地球气候变化、人类遗传学、汽车混合动力与循环等),在该信息化学习环境中,通过设计、实验、辩论、批判和解决问题等方式,让学生既能深入理解有关学科的知识、概念,又能运用这些知识、概念去解决实际问题;

便于学习小组之间的协作;

 便于师生之间的互动。

 

.TPACK阶段——美国探索“信息技术与课程整合”途径、

方法的第三阶段

1.第三阶段最具影响力的整合模式——TPACK

信息技术与课程整合在美国虽然开展较早(在90年代的美国中小学,信息技术即有较普遍的应用),但正如前面所述,在第一阶段整合的主要模式是WebQuest, 关注的是学生基于网络的自主学习、自主探究第二阶段整合的主要模式是TELS,它关注的是中学理科课程设计——把初、高中理科的各学科内容重新设计成18主题模块。TELS模式之所以要这么做,是想把类似WebQuest基于网络的探究性学习引入课堂教学,以便能更有效地实现信息技术与学科教学的“课内整合”,从而克服WebQuest这种课外整合模式有利于学生创新精神与创新能力的培养、却往往不利于中小学各学科基础知识系统学习与掌握的弊病。从上述第一、二两个阶段的整合模式可见,它们的主要关注点是技术”(强调“基于网络”,也就是 “信息技术环境下”的学习)和“学生( 强调学生的“自主学习、自主探究”);在第二阶段虽然也开始关注“课内的整合”,但其目的只是想把基于网络的自主探究性学习引入课堂,也就是说,在前两个阶段的整合过程中都是特别强调“技术”和“学生”对技术的自主运用,而没有认真关注“教师所需的知识”和“教师在将信息技术整合于学科教学过程中的重要作用。显然,这是美国大力推进教育信息化进程中存在的问题与缺陷,并将对其今后教育信息化能否健康、持续、深入发展产生直接的影响。

美国,最早发现这类问题与缺陷,并力图加以纠正的学术机构是“全美教师教育学院协会创新与技术委员会”。“全美教师教育学院协会”(American  Association of Colleges of Teacher Education,简称AACTE)是全美各大学的“教师教育学院”之间的联合团体;“创新与技术委员会则是在该协会内、专门为促进教育中的技术创新成立的一个领导机构。委员会通过对美国90年代以来实施信息技术与课程整合大量案例的回顾,AACTE自身在各级各类学校中长期开展教师培训的实践经验,终于发现了上述问题与缺陷,并决心予以纠正。为此,委员会在2008年编辑、出版了一本在美国几乎是每一位教师都必须认真学习的理论手册——整合技术的学科教学知识:教育者手册[10]。诚如“创新与技术委员会”主席 Joel A. Colbert博士和“教师教育领域杰出终身成就奖”获得者Glen Bull 教授共同为该手册中文版撰写的序言中所言[10]:这本“手册”不仅对于美国自90年代以来在推进教育信息化、实施信息技术与课程整合过程中,从过分强调“技术中心”的观点转向“真正的、针对每一个学科内容领域的技术整合非常关键”;而且这本“手册”还会改变“教师的培养方式”和“技术在教育情境中的应用方式”

由于AACTE长期以来,在全美教师教育领域为促进教师的专业发展(特别是中小学教师的专业发展)作出过很大贡献;AACTE“创新与技术委员会”的使命,又一直是在为教育中的技术创新提供组织领导、实施建议与理论支持,所以,AACTE“创新与技术委员会”主编的“整合技术的学科教学知识:教育者手册”一书,在2008年由隶属 泰勒与弗朗西斯Taylor & Francis)集团的劳特利奇(Routledge出版社出版后,在美国教育界被普遍认同,并被广泛引用,尤其是在中小学教师中更受欢迎!

由于整合技术的学科教学知识”这一名称的英文首字母是TPCK(后改为TPACK),如上所述,关于“整合技术的学科教学知识”(即TPACK)的学习与运用,不仅对“每一个学科内容领域的技术整合都非常关键”;而且还会改变“教师的培养方式”和“技术在教育情境中的应用方式”。可见,TPACK不仅是一种整合了技术的全新学科教学知识,还日渐发展成为一种能将信息技术整合于各学科教学过程的全新可操作模式;而且自2008年以后,随着上述AACTE“创新与技术委员会”主编的“教育者手册”的日益广泛发行与应用,以TPACK为代表的整合模式正在对美国各级各类学校(特别是中小学)的学科教学产生愈来愈大的影响。

2.关于TPACK模式的内容及实施

1TPACK模式产生的背景

如上所述,AACTE创新与技术委员会通过对美国自90年代以来实施信息技术与课程整合大量案例的回顾,AACTE自身在各级各类学校中长期开展教师培训的实践经验,发现了美国多年来在大力推进教育信息化、实施信息技术与课程整合的过程中,在取得WebQuest模式TELS模式等影响遍及全球的成功经验的同时,也还存在只强调“技术”和“学生”对技术的自主运用,而没有认真关注“教师所需的知识”和“教师在整合过程中的重要作用”这类问题与缺陷,并决心予以纠正。怎么纠正呢?这就成了AACTE创新与技术委员会在2005年秋天到2007年春天这段时间的中心议题。例如,该委员会首先在2005年秋成立了一个“共识讨论小组”,专门讨论现代教师面临的是何种挑战以及应如何去应对这种挑战。在这样的背景下,委员会的成员之一,来自威廉玛丽学院的Judi Harris 博士,建议该委员会应该解决与教育技术有效整合密切相关的关键议题;并向委员会详细介绍了密歇根州立大学Matthew J. Koehler 博士和Punya Mishra博士近年来在这一领域所做的创新探索——他们在80年代 Shulman, L. S.究的基础上[11][12],提出了一种整合教育技术的全新概念框架。Shulman教授认为,教师知识涉及学科内容知识(Content Knowledge——CK)与教学法知识(Pedagogical Knowledge——PK)的复杂互动,Shulman断言:能否正确理解这两种知识之间的关系,对于教师具有特别重要的意义;而这两种知识的有机结合就是学科教学知识(Pedagogical Content Knowledge——PCK)。密歇根州立大学所提概念框架的创新之处,是Shulman教授的学科教学知识(PCK)基础上加入了技术知识——这种“加入”并非简单的叠加,而是通过“整合”形成一种新的知识,即“整合技术的学科教学知识”(TPCK——Technological Pedagogical Content Knowledge)。 

Judi Harris 博士的上述建议引起了AACTE创新与技术委员会”领导核心的高度重视,他们敏锐地意识到,如果广大教师都能很好地理解、掌握TPCK知识,并贯彻、落实到各学科的教学实践中去,定可有效地克服在前两个“整合”阶段中只是强调“技术”和“学生”对技术的自主运用,而不太关注“教师所需的知识”和“教师在整合过程中的重要作用”这类缺陷,并将对今后教育信息化健康、持续、深入发展产生良好影响。于是该委员会决定,要尽快编辑、出版一部以介绍和推广TPCK为中心内容的理论手册。由于TPCK涉及各学科的教学知识,所以该委员会不仅确定了“数学、科学、语言艺术、社会学、世界语言和艺术教育”等学科领域;还为每个学科领域的章节内容,选定在该学科领域被普遍认可的学者去撰写。为了使该理论手册能真正有效地应用于真实世界的课堂,委员会强调必须将TPCK内容融入K-12 的课堂情境之中,并且每一章都应提供来自K-12课堂的实际教学案例。

在上述思想指引下,由委员会主编并由18位学者参与撰写的、以介绍和推广TPCK为中心内容的理论手册——整合技术的学科教学知识:教育者手册终于在2008年正式出版。如上所述,TPCK不仅仅是一种整合了技术的全新学科教学知识,还日渐发展成为一种能将信息技术整合于各学科教学过程的全新可操作模式。这就表明,以TPCK为中心内容的理论手册的上述诞生过程,正是TPCK整合模式产生的真实背景;与此同时,在AACTE的广泛宣传、积极组织培训和大力倡导下,TPCK整合模式也在美国较快地得到了推广

可是,由于原来的缩写TPCK均由辅音字母组成,不利于拼读和记忆,这为更大范围的普及造成障碍。于是,AACTE创新与技术委员会经过广泛征求意见后,决定将原来的缩写“TPCK”改为便于拼读和记忆的“TPACK”(即在原来名称中增加一个词“And”,使原来的英文名称变为:Technological Pedagogical And Content Knowledge,该名称的原意不变;但可读成“T-Pack”意为教师知识的Total PACKage(总包装)。这就是TPACK整合模式名称的由来。

2TPACK模式的内涵与特征

密歇根州立大学的Matthew J. KoehlerPunya MishraTPACK给出的定义是[10]:这是一种“整合技术的教师知识的框架”,该框架建立在Shulman的学科教学知识(PCK)基础之上[11] [12],并加人了技术知识;它是“学科内容教学法技术”这三种知识要素之间的复杂互动,是整合了这三种知识以后而形成的一种新知识形式。

三种知识要素之间的互动如下图1所示[10]

         

1 TPCK框架及其知识要素

Matthew J. KoehlerPunya Mishra强调,教学过程中不仅要同时关注学科内容教学法技术这三个知识要素,更要关注这三者之间的交互——这种交互将形成四种新知识:即学科教学知识PCK)、整合技术的学科内容知识TCK)、整合技术的教学法知识TPK)、和整合技术的学科教学知识TPACK)。其中TPACK的内已如上述,另外三种知识的内涵则可简要说明如下:

学科教学知识PCK)是指适用于具体学科内容教学的教学法知识。

整合技术的学科内容知识TCK),按照Matthew J. KoehlerPunya Mishra的解释,这种知识涉及“在技术和学科内容之间彼此相互限制的方式”。

整合技术的教学法知识TPK)是指当有具体技术应用于“教与学”过程的条件下,“教与学”应如何有效开展的知识(包括对相关技术工具可提供哪些教学功能、以及对这些功能的适用性及局限性的了解)。

前面的TPACK定义可以看出其内涵具有以下三方面的特征:

第一TPACK是教师应当具备、且必须具备的全新知识,它的贯彻、实施离不开教师,所以在推广、应用TPACK过程中,必须强调教师是教学改革的积极参与者,课堂教学的设计者、实施者;在教学过程中教师应起引导和监控作用。这种观点对教师教育和教师专业发展具有重要指导意义。

第二TPACK涉及学科内容、教学法和技术等三种知识要素,但并非这三种知识的简单组合或叠加,而是要将技术“整合”(即“融入”)到具体学科内容教学的教学法知识当中去。这就意味着:对TPACK的学习、应用,不能只是单纯地强调技术,而是应当更多地关注信息技术环境下的“教与学理论”及方法(即信息化“教与学”理论及方法)。

第三TPACK整合了三种知识要素以后形成的新知识,由于涉及的条件、因素较多,且彼此交互作用,因此Matthew J. KoehlerPunya Mishra认为这是一种“结构不良”(ill-structured)知识;这种知识将要解决的问题(即信息技术整合于学科教学过程所遇到的问题),都属于“劣性问题”(Wicked Problem——这种问题不存在一种适用于每一位教师、每一门课程或每一种教学观念的解决方案(即确定的解决方案);相反,这种解决方案只能依赖每位教师的认知灵活性在三种知识的结合与交叉中去寻找。

3TPACK模式的实施

TPACK整合模式的实施,和其他“信息技术与课程整合”模式的实施相比,在许多方面都存在较大的区别,其中最重要的有两点:一是这种整合模式贯彻、实施过程中特别强调要关注境脉Contexts);二是,这种整合模式在贯彻、实施过程中特别强调教师应具备TPACK知识,并要充分发挥教师在整合过程中的重要作用。下面我们就结合这两个特点,以及TPACK整合模式在中小学部分学科中应用,对TPACK模式的实施要求及有关案例作具体介绍。

① 要理解“境脉”的内涵并努力探索不同境脉下的有效整合途径与方法

境脉是其他的整合模式不太关注、甚至完全没有提到的概念。由于TPACK境脉和TPACK整合模式的贯彻、实施密切相关,为此,在全面阐述TPACK理论手册(即“整合技术的学科教学知识:教育者手册”)中,在对TPACK内容作概括性介绍的第1章之后,即Mario Antonio Kelly博士(AACTE创新与技术委员会的成员之一)出面,在该书的第2章用了不少篇幅专门阐述了TPACK境脉这一概念的内涵及其对整合模式在贯彻、实施过程中的不容置疑的影响(也就是对整合的途径与方法的影响)。

按照Mario Antonio Kelly博士给出的定义,TPACK境脉是指,“学生和教师组成的一个具体班级中,由包括课堂的物理环境(软硬件基础设施)、学生的家庭背景、认知特点、心理素质和班级的精神面貌等诸多因素结合在一起的协同作用。”可见,境脉涉及“生理、心理、认知、语言、社会、文化”等方方面面。

由于境脉复杂性特别是由于构成境脉的多种因素之间的协同作用对于信息技术整合于教学过程既有潜在的障碍(例如同一班级学生的知识基础与认知能力若有较大的差别,对课堂教学就会造成很大的障碍);又提供了潜在的机会与支持(例如在上述情况下,教师可选择适当的差异教学法来扫除相关的障碍)。这样的“挑战与机遇”并存的例子不胜枚举。总之,考虑到境脉及其复杂性,将进一步突出教师在信息技术整合于学科教学过程中的重要作用。在上述反映TPACK组成要素及基本内涵的图1的左下方,之所以专门标示出“境脉”这一术语,正是要提醒广大教师在运用TPACK知识进行整合的过程中,不仅要考虑“技术T、“教学法P和“学科内容”(C)这三个要素,而且对相关的“境脉”也绝不能忽视。为此,今后的教师培训和教师的专业发展应当更多地引导广大教师关注境脉的复杂性(特别是要关注构成境脉的诸多因素之间的协同作用);并要努力探索各种不同境脉下的有效整合途径与方法

教师必须具备TPACK知识,并要在整合过程中努力加以贯彻

诚如上述TPACK内涵的第一方面特征所表明的TPACK是教师应当具备、且必须具备的全新知识,它的贯彻、实施离不开教师,所以,在通过TPACK信息技术整合于学科教学的过程中必须强调教师是课堂教学的设计者、实施者;教学过程的引导者、监控者——即教师必须在整合过程中起主导作用。换句话说,在通过TPACK模式实现信息技术与课程整合的过程中,教师除了必须认真学习、掌握TPACK这种全新知识以外,最重要的是要在头脑中确立教师在信息技术整合于学科教学的过程中应当起“主导作用”的教育思想;这种认识和美国在前两个“整合”阶段(即WebQuest阶段和TELS阶段)中,只强调学生自主学习、自主探究而忽视(甚至排斥)教师主导作用的、“以学生为中心”的教育思想观念相比,是一个很大的冲击,也是很大的提高与进步。

其次,为了使广大教师(不管是哪个学科的教师)能更有效、深入地学习和掌握TPACK知识,必须让广大教师对TPACK第二个方面的内涵特征有正确的认识与理解——TPACK涉及学科内容、教学法和技术等三种知识要素,但并非这三种知识的简单组合或叠加,而是要将技术“整合”(即“融入”)到具体学科内容教学的教学法知识当中去。这就意味着:对TPACK学习、运用,不能只是单纯地强调技术,也不能孤立地强调教学法(更不是强调传统的教学法),而是应当更多地关注信息技术环境下的“教与学理论”及方法(也称信息化“教与学理论”及方法)的学习与应用。

除此以外,考虑到TPACK整合了三种知识要素以后形成的新知识,而且整合过程中涉及的条件、因素较多,这些因素又彼此交互作用,因此最终形成的是一种“结构不良”(ill-structured)知识;如上所述,这种知识将要解决的问题(即信息技术整合于学科教学过程所遇到的问题),都属于没有确定的解决方案的“劣性问题”(Wicked Problem——它们的解决方案只能依赖每位教师的认知灵活性在三种知识的结合与交叉中去寻找。为此,广大教师(不管是哪个学科的教师)在开展信息技术与课程整合的过程中,都必须结合各自的学科教学实际,进行深入的探索与思考,把理论与实践紧密结合起来,才有可能把TPACK知识在整合过程中有效地加以贯彻。

TPACK整合模式在中小学部分学科中的实施案例及要求

A小学五年级的“读、写教学”案例[10]

这是Lander女士所教的小学五年级一个班的“读、写教学”课。她通过数字化说故事形式来完成有关的教学要求。数字化说故事是“讲故事”这种古老方式的现代表达,它要求学生具有一定的词汇、阅读、写作、口头表达等方面的学科内容知识

Lander女士将这一教学内容的实施分成三个环节一是,先由教师仔细地为该班学生选择适合他们阅读水平的若干历史小说,例如“风儿不要来”、“莉莉的十字路口”、“数星星”和“我听说过一片土地”等;二是,将全班学生分成5学习小组(每组46名学生);三是,用4个星期的时间让学习小组(每个小组相当于一个“文学圈”)对教师选定的小说,一起阅读、讨论和探究

在传统教学中,每天都是由教师讲授一节课的内容,并复习、巩固这些教学内容。现在Lander女士通过“数字化说故事”形式将教学内容进行很大的拓展。为此,她在上述第三个环节中,运用TPACK模式按五个加以实施:

步骤1——由教师先通过PPT电子文稿作一个如何进行数字化说故事的演示(主要阐明其要点)。

步骤2——教师各学习小组提出数字化说故事的“主题”要求(例如,希望各组应围绕“某个人的经历或某群人的历史事件”这类主题来创编)。

步骤3——再由教师向学生用多媒体形式展示一个有关“美国印第安族裔学生在学校寄宿时,因有特殊生活习俗而产生的故事”(即由教师给出“数字化说故事”的案例);该故事展示结束后,教师还将基于网络的、对本教学单元学习效果的在线评价标准及细则,明确告诉学生。

步骤4——然后,学生分组进入“文学圈”,开始持续4个星期阅读、讨论和探究活动;在经过一段时间的阅读、讨论后,即可围绕教师提出的“主题”要求开始创编故事,这包括:先设计故事框架、然后搜集素材、再用软件工具(如iMovieWindowsMovieMaker等软件工具)写出故事情节等活动 

步骤5——本教学单元的最后阶段(大致在第4个星期前后),各个“文学圈”(即各学习小组)应在组内讨论、探究的基础上,要求学生通过多媒体演示用“口头表述”方式,交流各组创编的故事(即用数字化方式“讲述”用数字化方式“创编”的故事)。

这个案例中,实施TPACK模式的“境脉”涉及下列多种因素:教学内容是小学五年级的“读、写教学”,教师通过“数字化说故事”形式将教学内容作了拓展;全班学生被分成5个学习小组(每个小组相当于一个“文学圈”)对教师选定的小说,一起阅读、讨论和探究;学生们已具有相应的词汇、阅读、写作、口头表达等方面的学科内容知识课堂有多媒体和网络设施的支持…等等。

这个案例中,4个星期的教学过程,绝大部分时间是学生们在文学圈”内进行阅读、讨论和探究(即学生的自主学习、自主探究为主),不过,教师的主导作用并未被忽视,而是发挥得相当充分。如上所述,本案例的教学内容实施共分三个环节,其中第一、二环节皆由教师完成;第三环节虽以学生的自主学习、自主探究为主,但在实施这一环节的五个步骤中,前三个步骤都是教师在进行指导、点拨和做示范,而没有这三个步骤所起的指导和示范作用,后面两个步骤将很难实施,即便实施也难以达到预期的效果。这表明,在本案例中,教师对于只强调学生自主学习、自主探究而忽视(甚至排斥)教师主导作用的、建构主义的“以学生为中心”的教育思想有较深刻的认识——事实上,教师是否具有这种思想认识,对于TPACK模式的有效实施起着关键性的指导作用

在这个案例中,TPACK知识的运用,主要体现在上述教学过程第三环节的五个步骤当中——不仅教师起主导作用的前三个步骤中有体现,在学生自主学习、自主探究为主的后面两个步骤中也一样有体现。

这是因为,步骤1和步骤3是教师直接运用信息技术(PPT或多媒体)讲解或展示教学内容,步骤2则是由教师提出数字化说故事的“主题”,(即要求学生围绕某个主题,如何用数字化方式去“讲述”用数字化方式“创编”出的故事),显然,这三个教学步骤都涉及学科内容教学法技术这三个知识要素的“整合”,所以很自然就是TPACK知识的体现与运用

再看以学生自主学习、自主探究为主的步骤4和步骤5——在这两个步骤中,学生先设计故事框架、搜集素材、再用软件工具编出故事情节、然后在各组内或各组之间用数字化方式进行交流,这些活动显然都离不开信息技术的支持,但又是与当前要教的学科内容以及任课教师为当前教学内容所选定的、通过“文学圈”来开展“数字化说故事”的教学法直接相关,即仍然要涉及学科内容教学法技术这三个知识要素的“整合”。这就表明,在本案例中,即便是以学生自主学习、自主探究为主的教学步骤,其有效的学习活动(即能达到预定教学目标的学习活动)也离不开TPACK知识的指导与运用。

B中学数学的“排列、组合问题”教学案例[10]

国际《数学与计算机教育杂志》的评论编辑Neal F. Grandgenett教授认为,对于数学课堂的有效教学来说,教师必须拥有TPACK所体现的、将学科内容教学法技术这三种知识加以整合与交叉的技能。考虑到数学的学科内容特点,Grandgenett教授强调,数学教师TPACK知识的学习和运用,应遵循下列顺序逐步深入:

首先,教师必须充分掌握数学的学科内容本身,才有可能认识并在实际教学中揭示并拓展该学科内容的深刻内涵;

其次,教师应当能够运用适当的教授该数学内容的教学法,以便有效地帮助学生系统地形成对相关数学原理、定律或概念的正确理解;

第三,由于当代的数学内容大多数都与各种技术错综复杂地交织在一起,教师必须能够了解并选择与当前所教学科内容相关的技术,并在教学过程中恰当地运用这些技术。

第四,正如Matthew J. KoehlerPunya Mishra所阐明的,TPACK不仅仅是学科内容教学法技术这三种知识的体现,更是这三者的整合(或融合);对于TPACK知识的掌握与运用(即TPACK模式的贯彻与实施)没有一成不变的、对各个知识点和不同境脉都适合的解决方案,相反,这种解决方案只能依赖教师的认知灵活性在三种知识的结合与交叉中、在不同的境脉中去寻找。

在数学教学中,能否创设密切联系生活实际的情境,对于完成当前内容主题的教学有至关重要的意义与作用——不仅对当前教学内容主题的自然而非强加、生动而不枯燥的引入有不可替代性(通过这种情境创设,可以高度集中学生的注意力,并引起学生的认知冲突,从而激发学生的学习动机);而且对于帮助学生系统地形成对相关数学原理、定律或概念的正确理解也有不容置疑的重要作用。为阐明这个道理,Grandgenett教授列举了利用“背包问题”来创设情境的例子。

背包问题”是由Caldwel Masat1991年提出的一个现实生活中的问题[13]

你将要进行一次为期两周的远足,并将背上你所需要的一切物品。你列了一张表,上面有8件可能需要的物品,共重77磅。在你表上还列出了每件物品的重量和它的价值,你可以用15来表示,5表示重量最重或价值最高。如果你只能携带30磅的物品,你该携带哪些物品以达到价值数的最大值?

这个问题初看起来很简单,利用电子表格并按照重量或价值数对物品进行排序,可能会得到某种结果,但你很快会发现这并非是上述“背包问题”的答案。为了实现能携带价值数为最大值物品的目的,你需要尝试28次平方(即256)种不同的组合。显然,在这种情况下,通过编写一个软件(电脑程序)来尝试所有可能的组合,是一种能在较短时间内解决问题的有效策略。

这种排列、组合及其优化选择问题,不仅在旅行背包应如何挑选必需物品会遇到;在美国宇航局(NASA)试图决定在一次太空任务中能容纳哪几项实验时也一样会遇到——每项实验都有各自相关设施的重量与价值(就如同旅行时所带物品都有各自的重量与价值一样)。可见,通过创设“背包问题”这样的真实情境,对于完成“排列、组合”这一内容主题的数学教学来说,是再恰当不过的了——不仅可以将学生的注意力完全集中到“排列、组合”这一内容主题的学习上,并可引起学生强烈的认知冲突(因为在此情况下,每位学生都很想尽快找到解决问题的办法),从而有效地激发起学生的学习动机与学习兴趣;而且对于帮助学生形成对“排列、组合”概念的正确理解以及掌握对“排列、组合”问题的分析、处理方法也有不容置疑的重要作用。

本案例中的境脉是中学数学的“排列、组合问题”教学,学生沉浸在教师创设的、与当前教学内容密切相关的情境中,围绕“背包问题”进行自主学习和基于小组的合作探究,课堂应有电脑设施支持(以便学生通过编写电脑软件程序来尝试所有可能的组合)。

在这个利用“背包问题”来进行情境教学的案例中,“排列、组合”是这节数学课要教的主题,即学科内容;通过创设真实的生活情境来开展学生的自主学习和基于小组的合作探究是教师在本课中结合要教的主题内容而采用的教学法;为了使这种教学法真正取得成效,要让每位学生都有机会去尝试所有256种可能的组合,这就需要技术的支持(只有通过编写电脑软件程序才能做到),而且这种技术支持必须融入到当前的学习过程中去,即要与当前的学科内容采用的教学法整合在一起(学生现在要编写的电脑软件,不是一般的软件;而是要尝试256种不同组合的软件;也就是说,这是要让学生能更好地理解、掌握当前所教学科内容,使当前的教学法真正有效而采用的一种技术——这正是TPACK的具体内涵。上述情境教学的案例也正是在数学课中贯彻、实施TPACK整合模式的典型案例。

关于信息技术与中学阶段数学课程的整合,除了可通过情境教学方法来贯彻、实施TPACK模式以外,国际《数学与计算机教育杂志》的评论编辑Neal F. Grandgenett教授,还介绍了通过建构主义的“搭脚手架”策略、在几何学教学中实施TPACK整合模式,从而有效地发展学生“演绎推理”能力的案例;以及通过几何画板中的“虚拟仿真”方法、在代数课中实施TPACK整合模式,从而显著地提高课堂教学质量与教学效率的案例。此处不再赘述(有兴趣的读者可参看文献[10]的第7)。

CTPACK整合模式在中学理科教学中的实施要求[10]

在“整合技术的学科教学知识:教育者手册的第9章中,专门阐述了TPACK整合模式在中学科学课程(涉及物理、化学、生物等学科)中的应用[10]。该章由Raven McCrory博士撰写,她曾于《科学教育研究》和《全美教育研究杂志》等刊物上,发表过多篇有关如何运用技术开展中学科学课程教学的文章。McCrory博士认为,中学的科学课程教师要想把学科内容教学法技术三者有效整合在一起(也就是将TPACK整合模式在中学的理科教学中有效地贯彻实施),必须很好地认识并把握“何处使用技术”、“使用何种技术”以及“如何使用技术”这三个方面的问题。

先看第一个问题在何处使用技术”。McCrory博士指出,对此问题应关注下面两点:

一是 教学中的难点——看看使用技术有可能帮助克服教学中或学生认知过程中的哪些困难;

二是 学科内容中的某些主题——对这类主题而言,技术是其中的不可或缺因素;由于科学和技术二者之间关系十分密切,在中学的科学课程中出现“技术是其中不可或缺因素”的情况是常有的事,“在何处使用技术”的第二个关注点,就是有要找出这类主题。

第二个问题“使用何种技术。也就是,要求教师学会“对不同问题能运用不同技术去解决”。为此,McCrory博士通过下面三个例子,较有说服力地阐明了中学的科学课程教师应当“使用何种技术”的问题。

1生物学中的典型案例。众所周知,通过解剖动物,学生对动物肌体的构造、功能肯定能学得更快、更好。这表明“解剖”对于生物学的教学至关重要,但是要让学生有较多的机会去实际解剖各种动物是不可能的。最好的解决方案就是用虚拟解剖技术去代替真实的解剖。

2理科教学中常常遇到的数据采集与处理问题。学生们往往难以搜集到必要的信息或数据资料;对已有数据资料的统计、分析、处理,也是既麻烦又费时的难题。但是使用基于计算机和网络的信息技术,这些问题都可迎刃而解。

3 涉及建模软件和可视化技术的运用。在科学课程的教学中,有时会遇到短暂的瞬变过程(如某些化学反应),有时则会遇到要花很长时间、甚至几年才能完成的过程(如生物遗传),这些过程都不便于实际观察(甚至无法实际观察),所以利于教也不利于学。但如果利用建模软件不仅可以重现和真实情况一样的化学反应过程、生物遗传过程,还可以使相应过程大大减缓或加快,然后借助可视化技术就能很方便地进行观察和分析,从而既有利于教也有利于学。

再看第三个问题如何使用技术”McCrory博士认为,这个问题比较复杂,它的解决涉及教师对学科内容知识”、“教学法知识”、“技术知识”和“对学生的了解”等四方面知识的理解与掌握McCrory博士也把这些知识称之为理科教学中“如何使用技术”的四个要素)。对这四方面知识的具体要求如下:

学科内容知识的理解与掌握——教师除了对本学科内容的知识体系、重点难点应有全面、深入的掌握以外,还涉及三项要求:一是,要了解学习当前的主题需要哪些知识基础或先决条件;二是,要了解当前所学的主题和实际应用之间有哪些联系;三是,要了解学习当前主题之后,对学生今后的发展有何帮助。

教学法知识的理解与掌握——教师除了要懂得一般的教学理论、方法以外,还应对本学科的学科教学论、特别是对当前所教内容主题的教学方法、策略应有较深入的理解与掌握。

技术知识的理解与掌握——中学理科课程教学涉及到的技术很多,其中有些技术还相当复杂;要求中学理科教师掌握所有这些技术是不切实际的,但是应当要求所有中学理科教师都要具备一定的基本技术能力——例如,能够使用文字处理软件、利用PPT或多媒体课件演示、收发电子邮件、上网查询信息、搜集下载有关资料等等;至于其他一些较高级的技能(如Flash动画、网页制作、虚拟现实技术等)则可依据各学科教师自身所教内容主题的需要,有选择地进行学习,不要一刀切。

关于对学生的了解——在教学过程中加强对学生的了解,主要应关注学生的原有知识基础认知特点。了解学生的原有知识基础,主要了解学生学习的困难在哪里(特别是在什么地方有迷思、有困惑);教师一般通过职前培训和日常的教学经验这两种途径来获得这方面的知识。教师只有对学生的原有知识基础和认知特点有了较全面、深入的了解后,才有可能制定出既符合当前内容主题的教学目标要求,又适合学生特点的教学设计方案。

. 对上述三种“整合”模式的分析与比较

美国自九十年代中期以来,对“信息技术与课程整合”的途径与方法进行了大量的研究和探索,在此过程中形成了关于“整合”途径与方法的三个发展阶段,并产生了颇有影响的三种整合模式(其中WebQuest模式至今还在全球广泛流行)。下面,我们拟从教育思想、教学观念、教师地位作用等三个方面对上述三种模式进行分析、比较,以便从中吸取可供借鉴的经验与教训。在此基础上,再对三种模式,特别是第三种模式——TPACK模式(它体现了美国近年来在“信息技术与课程整合”途径与方法研究领域的最新发展与最新成果)给出个人的评价意见。

1.三种整合模式所遵循的教育思想有区别

从前面介绍的第一种模式(Webquest的内涵与特征可见,它主要关注的是,学生基于网络的自主学习、自主探究;探究的主题是现实生活中的真实任务,学生在探究活动中使用的全部或大部分信息都是从网上获取。教师在Webquest模式实施过程中无须进行课堂讲授,也不用释疑解难、启发引导;其主要任务只是,结合本门课程要求提出适当的探究主题、进行网页设计、完成对整个学习活动过程的评价及总结。整个学习过程基本上都是自主学习、自主探究,所以能较充分地调动学生的主动性、积极性、乃至创造性;能有效地培养学生的创新精神与创新能力、合作精神与合作能力。迄今,学术界一般都公认,Webquest模式是“以学生为中心”教育思想的最典型体现。

第二种模式(TELS虽然在其用来促进信息技术与理科教学有效整合的四个环节(即理科课程设计教师专业培训评估信息技术支持)中,并没有提到“以学生为中心”,但是,如前所述,TELS模式的提出,就是想把类似WebQuest、基于网络的探究性学习引入课堂教学,因此其教育思想难免受到Webquest模式的影响。例如,作为这一项目主要倡导者与推动者之一的Jim Slotta教授,在他介绍TELS实施经验的访谈中曾明确指出[14]:“讲授和传统的教学模式是非常糟糕的模式,因此,我们需要探索更好的模式让学习者参与到学习过程中,如合作学习、基于设计的学习……等先进的教学模式”;他还表示:“在整个课程中,教师并没有开展知识讲授。学生始终投入到创建和对材料进行批评的过程中,或从事解决问题。”由此可见,美国TELS模式也是彻底否定传统的讲授式教学,推崇基于合作、基于设计的自主学习,即也是强调“以学生为中心”的教育思想。

第三种模式(TPACK)则强调教师是教学改革的积极参与者,课堂教学的设计者、实施者;在教学过程中教师应起引导和监控作用。显然,这与“以学生为中心”的教育思想是不一样的。但是TPACK模式并不排斥学生的自主学习和自主探究。正如前面的“读、写教学”案例中所展示的,在4个星期的教学过程中,绝大部分时间是学生们在“文学圈”内进行阅读、讨论和探究,即也是以学生的自主学习、自主探究为主;不过,在此过程中教师的主导作用并未被忽视,而是通过前面三个步骤得到非常充分的发挥。这表明,指导TPACK模式教育思想既不是“以学生为中心”也不是“以教师为中心”。

众所周知,自进入20世纪九十年代以来,随着以多媒体计算机和网络通信为代表的信息技术的迅猛发展,基于这类技术的E-Learning(即数字化学习或网络化学习)、以及为E-Learning提供理论支撑的建构主义在西方乃至全球广泛流行。与此同时,建构主义倡导的“以学生为中心”的教育思想也就逐渐成为国际教育界占统治地位的教育思想。不过,在经历九十年代将近十年的网络教育实践以后,很多学者逐渐认识到E-Learning作为一种全新的教与方式具有传统教与学方式所不具备的许多优点,但并非人类最佳的教与学方式;传统教与学方式尽管有许多缺陷,却也并非一无是处,而是也有自身的优势。换句话说,在以E-Learning为代表的全新教与学方式传统教与学方式之间应该具有很强的互补性。

在这种背景下,自21世纪以来,在与E-Learning有关的国际会议及刊物上,一个被称作Blended Learning (或Blending Learning其简称为B-Learning,也有文献称作Hybrid Learning)的新概念日渐流行。所谓 Blended Learning(或Hybrid Learning)的愿意是“混合式学习”,但在当前形势下,这一概念之所以会广泛流行,是因为具有一种特定内涵——就是要把传统教与学方式的优势和 E-Learning的优势结合起来;也就是说,既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又要充分体现学生作为学习过程认知主体和情感体验主体的主体地位。目前国际教育界有愈来愈多的学者确认,只有将这二者结合起来(即主导主体相结合),使二者优势互补,才能获得最佳的教学效果。

Blended Learning 的这一特定内涵可以看到,它绝不仅仅是指一种新的学习方式或教学方式,而是代表了一种既不是“以学生为中心”也不是“以教师为中心”的全新教育思想,即以Blended Learning为标志的教育思想,这正是TPACK模式所坚持教育思想;也是第三种“整合”模式和前两种“整合”模式的主要不同之处。   

2.三种整合模式所秉承的教学观念有差异

教育思想是如何实施教育的根本指导思想,教学观念是从观念形态上对“如何开展教与学”活动、做出的最高层次的抽象与概括。二者有密切联系,但在内涵及层次上有所不同。教育思想与教学观念是一切教育理论、教与学方式、教学方法与策略、教学设计、教学评价、教学管理和教学实践等方方面面赖以形成和发展的基础。

教学观念与教育思想一脉相承,有什么样的教育思想,就一定会有与之相适应的教学观念。例如,若坚持以教师为中心的教育思想,其教学观念就一定是强调“传递—接受”为标志的教与学活动(可称为“传递—接受”式教学观念)——教师主要通过“口授”、“板书”(在信息化教学环境下“板书”可由“PPT”文档取代)向学生讲解学科知识、释疑解难、帮助突破重点难点,从而达到传授知识与技能的目的;学生则要用心听讲,认真记笔记,并进行必要的提问、操练,以便理解、消化,最终接受、掌握老师讲授的内容。

若坚持以学生为中心的教育思想,其教学观念就必定是强调“自主—探究—合作”为标志的教与学活动(可称为“自主—探究”式教学观念)——在这种教学观念指引下,教师一般不进行课堂讲授,只是作为课堂教学的组织者、指导者,学生自主建构知识意义的帮助者、促进者,学习资源(包括学习资料与学习工具)的开发者、提供者;学生则通过自主学习达到对学科知识的初步认识与理解,通过自主探究进一步实现对所学知识的意义建构,然后在小组(或班级)的合作学习过程中,通过思想碰撞、协作交流、取长补短,以及教师的必要指导,来完成深层次的认知加工,达到对所学知识较深入的意义建构,从而最终理解并掌握所学的知识。在美国关于“整合”途径与方法研究的三个发展阶段中,第一、二两个阶段所主张的教学观念就是这种“自主—探究”式观念,这和第一、二两个阶段所坚持的教育思想都是“以学生为中心”是分不开的。

但在第三阶段则有所不同,如上所述,这个阶段所坚持的是Blended Learning为标志的教育思想(即“教师主导­—学生主体相结合”的教育思想),在这种教育思想指引下教学观念,是兼取“传递—接受”和“自主—探究”这二者之所长,而形成的一种全新观念(绝非原来两种教学观念的简单叠加或组合);这种新型教学观念强调“有意义的传递和教师主导下的自主探究相结合”为标志的教与学活动(可称之为“有意义传递—主导下探究”相结合的教学观念)——这种观念不排斥教师的讲授(即“传递”)作用,不过,应该是符合奥苏贝尔“有意义学习理论”要求的“有意义传递”);同时也很重视学生的自主学习与自主探究,但并非放任自流而是在教师启发、引导下的自主学习与自主探究,即“教师主导下的探究”。前面给出的、有关TPACK模式在小学“读、写教学” 实施案例中,对于教师在学生自主学习与自主探究过程中,如何发挥“启发、引导、监控”等主导作用,以保证教学目标的深入达成,已给出明确、具体的说明;而在中学数学的“排列、组合问题”教学案例中,则对教师如何通过创设真实的生活情境,把当前要教的“新知”和学生认知结构中原有的“旧知”联系起来,从而使学生真正实现有意义学习”(对教师来说则是完成“有意义传递”)的过程,作出了非常形象 生动的描绘。

前两种“整合”模式主张并实施自主—探究”式教学观念,TPACK模式主张并实施有意义传递—主导下探究”相结合的教学观念——这是第三种“整合”模式和前两种“整合”模式的另一不同之处。

3.三种整合模式对教师职责的认识有分歧

由于三种“整合”模式所秉承的教育思想、教学观念有所不同,三者关于教师职责的认识肯定也会有分歧。

如上所述,在Webquest模式实施过程中,教师无须进行课堂讲授,也不用释疑解难、启发引导;其主要任务只是,结合本门课程要求提出适当的探究主题、进行网页设计、完成对整个学习活动过程的评价及总结。这表明,在Webquest模式中,教师的职责完全不涉及“基于讲授的课堂教学”。

TELS模式中教师的职责,则诚如TELS项目主持人之一的Jim Slotta教授所言,主要体现在以下三个方面[14]

在课堂里来回走动以便更好地与学生进行互动,并了解学生是如何从事“探究性学习”与“协作式学习”的

作为一名参与者加入到学生的探究与协作活动中,或作为一名评论者对学生的探究与协作过程进行指导——这种新的交互形式有利于学生对新知识的深层次加工;

为学生开展科学探究活动创设所需的学习环境——实施TELS模式所必须的“基于网络的科学探究环境(Web-based Inquiry Science Environment , WISE)”正是在这一要求的指引下设计并开发出来的。

显然,三个方面也没有把 “基于讲授的课堂教学”包括在内(Jim Slotta甚至干脆认为“讲授和传统的教学模式是非常糟糕的模式”)。我们认为,对教师职责作这样的理解是有偏颇的。在对这个问题的认识上,TPACK整合模式和前两种模式有所不同——由于TPACK模式秉承的教学观念是“有意义传递—主导下探究”相结合的观念,所以它不会像前两种模式那样排斥“教师讲授”、即“传递”的作用(但应是符合奥苏贝尔“有意义学习理论”要求的“有意义传递”)。事实上,教师的职责是“教书育人”。育人涉及情感、态度、价值观、人生观的教育,就是要教会学生如何做人;教书则要求教师正确发挥教学过程中的主导作用,使学生能以最短的时间、最有效的方法学会并掌握必要的知识与技能。就教师在教学过程中的主导作用而言,教师不仅要发挥TELS模式中的上述三方面作用;而且还要会讲课,即应具有“基于讲授的课堂教学能力”——而不是像Jim Slotta那样把“讲授”看成是“非常糟糕”的东西而扔掉。

众所周知,奥苏贝尔的学习理论将“学习”按其效果划分为“有意义学习”与“机械学习”两种类型;要实现有意义学习可以有两种不同的方式:“传递—接受学习”和“发现式学习”。奥苏贝尔认为这两种方式都可以有效地实现有意义学习,关键是要能够在新概念、新知识与学习者原有认知结构之间建立起非任意的实质性联系。反之,如不能建立起这种“联系”,不仅传递接受教学方式将是机械的、无意义的,就是发现式学习也不可能实现有意义学习的目标。所以奥苏贝尔强调指出:能否建立起新旧知识之间的这种非任意的实质性联系,是影响学习的唯一的最重要因素,是教育心理学中最基本、核心的一条原理。我们赞同奥苏贝尔的这种观点,因为无数的教学实践与教学案例已经证明了这一原理的正确性。显然,奥苏贝尔实现有意义学习的上述思想为基于讲授的课堂教学提供了最强有力的理论支撑——基于讲授的课堂教学正是“传递—接受学习”方式的具体体现。既然“传递—接受学习”可以和“发现式学习”一样实现有意义学习(关键是要能够在新概念、新知识与学习者原有认知结构之间建立起非任意的实质性联系,否则,“发现式教学”也同样达不到学习目标),我们有什么理由把它当成糟粕(“非常糟糕”的东西)而扔掉呢?事实上,就建立“新概念、新知识与学习者原有认知结构之间的非任意实质性联系”而言,由于教师具有关于本学科较系统、深入的理论知识、洞悉本学科理论体系内各个知识点之间的内在联系,且了解学生当前的学习基础、知识水平与认知特点,因而在这种情况下(即纯粹就新概念、新知识的学习而言,而不涉及分析问题、解决问题能力和创新思维与创新能力培养的情况下),基于讲授的课堂教学(即“传递—接受学习”方式)肯定要比基于学生自主学习、自主探究的“发现式学习”有效得多。所以尽管“发现式学习”、“探究性学习”这一类学习方式,由于确实对培养学生的分析问题、解决问题能力和创新思维、创新能力很有成效,因而值得推崇;但我们决不应该忽视基于讲授的课堂教学,决不该忽视教师在课堂教学中的有意义传递作用

可见,对于教师职责(即教师地位作用)的认识而言,TPACK整合模式和前两种整合模式相比,显然有明显的进步与提高。

. 结束语

通过前面关于美国自90年代中期以来、对“信息技术与课程整合”途径与方法研究的介绍不难看出:三个发展阶段所形成的三种整合模式各有特点,三者之间不是相互“取代”的关系(即不是用第二种模式去取代第一种,或是用第三种模式去取代第一、二种);而是彼此“互补”的关系——第一种整合模式(WebQuest)是一种典型的课外整合模式,它鼓励学生围绕自然界或社会生活中的实际问题进行自主学习、自主探究,对于学生的创新精神与创新能力培养非常有利,但由于忽视课内整合,对于中小学各学科基础知识的系统学习与掌握,往往不如传统课堂教学;第二种整合模式(TESL在坚持课堂教学的前提下适当吸纳WebQuest模式的优点(围绕若干主题来进行课堂教学),从而使学科基础知识的学习与创新精神、创新能力的培养二者有机结合起来,从而有可能达到既培养学生的创新精神与解决实际问题能力、又促进学生对学科基础知识的系统学习与掌握(不过,第二种整合模式对教师的作用仍是重视不够);第三种整合模式(TPACK)则针对第一、二两种模式只关注学生自主学习、自主探究,而忽视教师在教学过程中的主导作用的缺陷,从教育思想、教学观念、教师职责等几方面提出了不同观点,但第三种整合模式并没有将前两种模式完全否定,而是在充分吸纳第一、二两种模式优点、长处的基础上加以创新与发展(TPACK模式所秉承的“有意义传递—主导下探究”相结合教学观念,就是在吸纳基础上创新的一个例子)。与此同时,第一、二两种模式并未因第三种整合模式的出现而退出历史舞台,相反,由于第一、二两种模式在培养学生的创新精神与解决实际问题能力方面确实有较突出的优势,所以,仍受广大教师的青睐;尤其是WebQuest被公认是课外整合的有效模式,迄今仍在全球各级各类学校的课外整合中广泛使用。不过,就课内整合而言,在美国目前流行的这三种主要模式中,TPACK应是最为有效的、也是受到广大教师(尤其是中小学教师)欢迎的一种模式。

参考文献

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6惟存教育, 网络主题探究[DB/OL].http://www.being.org.cn/.

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8. http://telscenter.org/

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11. Shulman, L. S.1986. Those who understand: Knowledge growth in teaching. Educational Researcher, 15 (2), 4 -14.

12. Shulman, L. S.1987. Knowledge and teaching: Foundation of new reform. Harvard

Educational Review, 57 (1), 1-22.

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14. 赵建华、朱广艳,技术支持的教与学——多伦多大学安大略教育研究所Jim Slotta教授访谈[J],中国电化教育,2009,(6):1-6.