心智模型和元概念模型認(rèn)知轉(zhuǎn)化視角下的TPCK

牛翠賢 楊絮 張海 白晶

技術(shù)可以作為認(rèn)知工具在輔助學(xué)習(xí)上發(fā)揮巨大作用，如可以幫助學(xué)習(xí)者通過(guò)編寫維基百科文章或給數(shù)字視頻添加注釋的方式構(gòu)建存取信息的方式。但目前新興技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用仍不夠廣泛，教師對(duì)技術(shù)在教學(xué)情境中的具體作用仍沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。

教師需要在具體情境中重新設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，明確技術(shù)的適用范圍、局限性以及教學(xué)目標(biāo)，篩選最適宜的技術(shù)創(chuàng)建學(xué)習(xí)活動(dòng)，進(jìn)而最大限度地實(shí)現(xiàn)技術(shù)在教學(xué)中的輔助功能。而教師在衡量技術(shù)的潛能時(shí)所面臨的最大挑戰(zhàn)在于，基于自身先驗(yàn)知識(shí)，理解技術(shù)的社會(huì)認(rèn)知功能。

基于上述教學(xué)需求，美國(guó)密歇根州立大學(xué)學(xué)者Koehler和Mishra在2005年提出了TPCK理論框架（如圖1），并以韋恩圖的形式描述了信息化教學(xué)環(huán)境下教師的知識(shí)形態(tài)及組成，闡釋TPCK是信息時(shí)代教師知識(shí)體系的核心。統(tǒng)計(jì)分析近年發(fā)表的有關(guān)TPCK發(fā)展的論文，可以發(fā)現(xiàn)多數(shù)研究的關(guān)注點(diǎn)在教師培訓(xùn)、專業(yè)發(fā)展以及培訓(xùn)項(xiàng)目評(píng)估方法上，極少探究TPCK本質(zhì)與TPCK發(fā)展過(guò)程中的認(rèn)知過(guò)程。有關(guān)TPCK本質(zhì)的探究存在兩種觀點(diǎn)：整合觀點(diǎn)和轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)。Koehler和Mishra提出的TPCK框架，將TPCK概念化為PCK、TCK和TPK互相整合的知識(shí)體，代表了TPCK本質(zhì)的整合觀點(diǎn)。Angeli和Valanides在2005年提出的ICT-TPCK結(jié)構(gòu)，蘊(yùn)含了TPCK的轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)，將TPCK概念化為一個(gè)獨(dú)特的、不同的知識(shí)體。在轉(zhuǎn)化模型中，內(nèi)容、教學(xué)法、學(xué)習(xí)者、技術(shù)和情境被看作是TPCK發(fā)展的重要因素。然而，目前尚未形成轉(zhuǎn)化結(jié)果下的認(rèn)知過(guò)程的理論概念。而近期一項(xiàng)研究通過(guò)心智模型和元概念意識(shí)兩種層次的、TPCK發(fā)展的認(rèn)知過(guò)程闡釋了轉(zhuǎn)化視角下的認(rèn)知過(guò)程。

● TPCK的層次結(jié)構(gòu)GBb

Cox和Graham于2009年提出的TPCK結(jié)構(gòu)清晰地定義了TPCK的層次結(jié)構(gòu)（如下頁(yè)表），這很好地幫助了研究者理解TPCK的各個(gè)要素及特點(diǎn)。同時(shí)，研究將第一層級(jí)的轉(zhuǎn)化，即基礎(chǔ)要素知識(shí)（TK、PK、CK）向交叉要素的知識(shí)（PCK、TPK、TCK）的轉(zhuǎn)化，定義為心智模型的建構(gòu)，在第二層次上，提出TPCK是完成教學(xué)任務(wù)所需的元概念意識(shí)的概念化。

● 第一層次轉(zhuǎn)化：心智模型表征的TPCK

1.心智模型與TPCK框架映射關(guān)系

上頁(yè)圖1以韋恩圖的形式展示了TPCK最普遍的框架結(jié)構(gòu)。然而以韋恩圖表示TPCK框架的視覺(jué)效果模糊了TPCK的理論發(fā)展過(guò)程，只是簡(jiǎn)單地提出任何一個(gè)基礎(chǔ)要素的發(fā)展都會(huì)自發(fā)地帶來(lái)交叉要素的發(fā)展。這與當(dāng)前實(shí)證研究的結(jié)果不符，與該研究提出的認(rèn)知過(guò)程也正相反。盡管Mishra和Koehler在2006年用“轉(zhuǎn)化”的形式來(lái)描述TPCK，將TPCK概括為一種特殊的知識(shí)體，而不是從相鄰子域自發(fā)產(chǎn)生的，但是文獻(xiàn)中并沒(méi)有直接陳述TPCK中的七種結(jié)構(gòu)要素（TK、PK、CK、TPK、TCK、PCK、TPCK）之間的假設(shè)關(guān)系。Cox和Graham提出的層次結(jié)構(gòu)，也沒(méi)能從認(rèn)知角度呈現(xiàn)各個(gè)構(gòu)成要素及其相互關(guān)系。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，有研究者提出了心智模型觀點(diǎn)。心智模型是情境中各個(gè)元素以及人們基于自身先驗(yàn)知識(shí)和信念所建構(gòu)出的各個(gè)元素之間關(guān)系的表征。對(duì)于如何呈現(xiàn)心智模型，認(rèn)知心理學(xué)假定：心智模型是可直接操控的元素及元素之間關(guān)系的模擬和連貫表征，它比一般信念和陳述的知識(shí)更加情境化，并具有指向性。相比下表中的層級(jí)結(jié)構(gòu)，心智模型意味著更深層次的理解。根據(jù)Johnson-Laird和Brewer的觀點(diǎn)，心智模型是深度理解的象征，因?yàn)樾闹悄Ｐ褪窃诰唧w情境中建構(gòu)出的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，如任務(wù)沖突情境。

教師構(gòu)建出各個(gè)技術(shù)的功能及其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)科目影響的心智模型，解決約束條件，同時(shí)對(duì)基于初始不完全信息（如教室背景）提出推論并作出預(yù)測(cè)是非常必要的。與Gentner和Steven的觀點(diǎn)不同，有的研究者并不把心智模型看作長(zhǎng)期模型結(jié)構(gòu)，而是一種需要不斷發(fā)展的結(jié)構(gòu)。

假定一個(gè)反饋過(guò)程：教師通過(guò)創(chuàng)造性解決不同的難題情境（如課程計(jì)劃），對(duì)同類問(wèn)題進(jìn)行共性描述。通過(guò)這一系列難題，教師可以從具體的任務(wù)情境中抽象出共性，逐步建構(gòu)心智模型。因此，任務(wù)解決，如課程計(jì)劃或者課堂實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，很可能被存儲(chǔ)在抽象出的模型中。然而，在某一課程中抽象出的結(jié)構(gòu)不具備較大的普適性，這種結(jié)合TPCK知識(shí)子域的結(jié)構(gòu)不足以使教師能夠順利解決之后的每個(gè)任務(wù)。這只能說(shuō)明教師可以使用某一種或某一類技術(shù)，并不能使職前教師依據(jù)教學(xué)需要正確地選擇ICT。

2.TPCK構(gòu)成要素的相互關(guān)系

當(dāng)將心智模型觀念映射到TPCK框架中時(shí)，應(yīng)如何假定七個(gè)子域之間的關(guān)系呢？根據(jù)Brewer的觀點(diǎn)，屬性知識(shí)可以提供指導(dǎo)創(chuàng)建心智模型的參考框架。因此，要開(kāi)始了解一種新技術(shù)或者計(jì)劃一門應(yīng)用技術(shù)的可能性時(shí)，構(gòu)成要素中的先驗(yàn)知識(shí)有助于更高層級(jí)要素的建構(gòu)。其中的問(wèn)題是：先驗(yàn)知識(shí)是如何整合進(jìn)高層級(jí)子域內(nèi)的？研究者認(rèn)為基礎(chǔ)子域內(nèi)知識(shí)轉(zhuǎn)換需要以一種特殊的形式發(fā)生，從而幫助教師解決課程中使用新興技術(shù)的難題（如上頁(yè)圖2）。

教師在完成課程任務(wù)時(shí)，需要將相當(dāng)獨(dú)立的基礎(chǔ)要素整合形成關(guān)系緊密的要素，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為心智模型。教師僅僅整合先前知識(shí)的事實(shí)元素是不夠的，需要依據(jù)事實(shí)元素的相互關(guān)系重新形成能在心理上操控的心智模型，便于教師進(jìn)行下一步推論。例如，教師對(duì)別人的YouTube視頻進(jìn)行編輯、注釋和評(píng)論，即教師具備TK。同時(shí)，教師掌握了建構(gòu)主義或者基于探究的方法，即教師具備PK。為了衡量YouTube對(duì)探究式學(xué)習(xí)的潛力（箭頭b），教師首先需要建構(gòu)一個(gè)衡量技術(shù)在輔助學(xué)習(xí)中潛能的心智模型（箭頭a）。在此過(guò)程中，心智模型包含的元素應(yīng)具備以下功能：①推斷技術(shù)的功能是否支持學(xué)生的學(xué)習(xí)；②某些技術(shù)的潛能是否只能通過(guò)合作性活動(dòng)衡量，如共同對(duì)視頻片段進(jìn)行注釋。既然技術(shù)和教學(xué)法信息的映射可以被看作是積極有效的認(rèn)知過(guò)程，那么教師將教學(xué)法知識(shí)和技術(shù)知識(shí)轉(zhuǎn)化成心智模型的過(guò)程就可能需要外部的支持。

為了清晰描述心智模型的轉(zhuǎn)化過(guò)程，研究者將各個(gè)基礎(chǔ)要素在上頁(yè)圖2中清晰明確地劃分開(kāi)，并用不同程度的暗影表示不同層次的轉(zhuǎn)化來(lái)增強(qiáng)視覺(jué)效果。我們可以清晰地看出跨越圖中的界限與認(rèn)知過(guò)程緊密相關(guān)，由外圍到中心知識(shí)，復(fù)雜程度逐漸加深。教師從外部區(qū)域（淺灰）跨越到內(nèi)部區(qū)域（灰色和黑色），此過(guò)程不僅僅是簡(jiǎn)單的連接不同的知識(shí)要素的問(wèn)題，關(guān)鍵是通過(guò)建構(gòu)各個(gè)要素及其相互關(guān)系，轉(zhuǎn)化知識(shí)表征形式。接著涉及到基于先前知識(shí)將心智模型結(jié)合到規(guī)劃課程中（以TPK為例，上頁(yè)圖2箭頭b）。同時(shí)，心智模型向任務(wù)的整合還需要一定的外部支持（箭頭c）。

心智模型與命題表征不同，需要更深層次的理解。命題表征只包含既有信息，無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步推斷。例如，單獨(dú)考慮內(nèi)容知識(shí)時(shí)，物理學(xué)家以命題的形式表示電路知識(shí)，使之能夠命名某些電路知識(shí)，但卻無(wú)法完成對(duì)電路的評(píng)價(jià)或搭建新電路。因而，此過(guò)程需要建構(gòu)一個(gè)電路相關(guān)元素以及元素相互關(guān)系的心智模型，以整合任務(wù)難題中的新信息，從而使各個(gè)基礎(chǔ)要素以某種特殊的形式轉(zhuǎn)化成心智模型。

● 第二層次轉(zhuǎn)化：元概念意識(shí)表征的TPCK

教師完成由基礎(chǔ)構(gòu)成要素TK、PK和CK到心智模型中疊加要素TPK、PC、TCK的轉(zhuǎn)化，那么之后如何將各個(gè)構(gòu)成要素的整合過(guò)程概念化？研究者認(rèn)為，TPCK結(jié)構(gòu)可以被概念化為教學(xué)任務(wù)要求的元概念意識(shí)：教師、各個(gè)知識(shí)要素以及情境。

綜合考慮Cox、Koehler、Abbitt等人對(duì)TPCK的定義，發(fā)現(xiàn)各個(gè)定義中都蘊(yùn)含TPCK結(jié)構(gòu)本身特定的理論和實(shí)踐價(jià)值，即TPCK是教師對(duì)與背景和教學(xué)任務(wù)相關(guān)知識(shí)的處理的知識(shí)。因此，研究者認(rèn)為第二層轉(zhuǎn)化關(guān)注的是TPCK視角下的元知識(shí)，這對(duì)理解新技術(shù)與其他要素的結(jié)合具有重要意義。Vosniadou等人認(rèn)為，這種精細(xì)的、科學(xué)的理解是一種以元概念意識(shí)為特征的，即TPCK理論的元概念意識(shí)是什么及其作用。因此，研究者將TPCK知識(shí)表征看作是一種結(jié)構(gòu)，即元概念意識(shí)。這與舒爾曼對(duì)教師知識(shí)定義大體一致，即為解釋自身行為與決定的知識(shí)和能力，這也是專家教師獨(dú)有的能力，是從對(duì)技術(shù)的樸素理解到形成TPCK結(jié)構(gòu)必須具備的知識(shí)和能力。

從一位使用技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足的新手教師成長(zhǎng)為融合技術(shù)的專家教師需要一個(gè)過(guò)程，而此過(guò)程可以從概念轉(zhuǎn)變的角度闡述。新手教師的觀念認(rèn)知呈現(xiàn)方式，有兩種不同的理論觀點(diǎn)：一種是“概念理解”，假定新手教師建構(gòu)一個(gè)“碎片知識(shí)”的碎片系統(tǒng)，即相當(dāng)大數(shù)量的、可以在特定背景中激活的解釋片段。另一種是“理論理論（Theory Theory）”，假定新手教師建構(gòu)一個(gè)框架理論，由此可以產(chǎn)生任何一個(gè)特定的解釋。

1.TPCK：不連貫的知識(shí)碎片

在知識(shí)碎片方法中，研究者認(rèn)為概念理解由大量的“直觀元素”組成，一些元素具有廣泛的作用域（適用背景），而一些元素的作用域很狹窄（某些特定背景）。這些元素被定義為“現(xiàn)象元”，它能夠在某一瞬間激發(fā)出整體現(xiàn)象，并且能夠描述“世界上自然發(fā)生的現(xiàn)象”。因此“現(xiàn)象元”是一種次概念實(shí)體。另外，每個(gè)“現(xiàn)象元”都是獨(dú)特的，要凝結(jié)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)幾乎不可能。盡管現(xiàn)象元組合有不同的發(fā)展軌跡，卻可以在許多相似情境微妙地重合，表現(xiàn)出局部一致性。

或許，研究者可以把學(xué)習(xí)定義為元素（現(xiàn)象元）及元素（現(xiàn)象元）相互作用的過(guò)程，給學(xué)習(xí)者帶來(lái)重要的知識(shí)理解。通過(guò)組織管理這些元素，學(xué)習(xí)者可以與情境建立聯(lián)系，并依據(jù)這些元素解釋情境的能力價(jià)值對(duì)元素進(jìn)行區(qū)別排序。由于“現(xiàn)象元”龐大的數(shù)量與獨(dú)特性，難以進(jìn)行統(tǒng)合，至今尚未形成共同認(rèn)可的元概念結(jié)構(gòu)。

至于“現(xiàn)象元”的局部一致性，我們可以設(shè)想這樣的情況：教師從每天教學(xué)的情境中抽象出“不言自明的圖示”，然后生成大量的可以再次采用的基于特定背景的“現(xiàn)象元”元素。例如，在教學(xué)中，使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)合作學(xué)習(xí)會(huì)導(dǎo)致課堂混亂。這就有可能具有共性的現(xiàn)象元，并能夠同時(shí)解釋相關(guān)的情境或者導(dǎo)致不同要素之間或者要素內(nèi)部的分化，如學(xué)生在下午感到疲乏或者計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的小組作業(yè)等要素都可能是導(dǎo)致混亂的原因。因此，TPCK結(jié)構(gòu)中的“現(xiàn)象元”應(yīng)具備特定的背景、話題、技術(shù)或者教學(xué)策略等特質(zhì)。然而，這種形式的TPCK概念化無(wú)法解釋新的約束條件，如新技術(shù)或者新課堂。也因此難以對(duì)教師怎樣理解使用技術(shù)教學(xué)的各個(gè)因素以及如何相互作用形成系統(tǒng)的元概念意識(shí)。

2.TPCK：一種相干理論

Vosniadou等人借鑒物理學(xué)科提出概念理解“相干理論”：學(xué)習(xí)者初始本體論和認(rèn)識(shí)論預(yù)設(shè)可以被納入一般框架理論?？蚣芾碚撌怯薪M織的物理現(xiàn)象的因果和解釋性框架。受框架理論限制，一些特殊的理論（如心智模型）和信念的建構(gòu)要基于日常觀察，并透過(guò)文化信息解釋、說(shuō)明或者預(yù)測(cè)特殊的現(xiàn)象。約束框架理論中只有極少理論可以外推遷移，一般被認(rèn)為是相當(dāng)穩(wěn)定并且極難改變的。研究者認(rèn)為概念化是通過(guò)整合新信息與臨時(shí)心智模型，以形成新的心智模型的發(fā)展過(guò)程，也是一種繼續(xù)豐富和修正的過(guò)程。其修正方式有兩種：一是對(duì)弱質(zhì)模型的改造，即對(duì)已有結(jié)構(gòu)的分化和分層構(gòu)造；二是徹底的重構(gòu)，即脫離先前的結(jié)構(gòu)重新構(gòu)造新的理論結(jié)構(gòu)，這種徹底的重構(gòu)一般被認(rèn)為是較難實(shí)現(xiàn)的。其中一個(gè)原因在于隨著本體論和認(rèn)識(shí)論的改變，在此基礎(chǔ)之上形成的所有知識(shí)結(jié)構(gòu)也會(huì)受到嚴(yán)重影響。因此，為了將樸素理論發(fā)展成科學(xué)的理解，必須獲得教師自身不同的認(rèn)知表征形式的元概念意識(shí)。

相干理論基礎(chǔ)上的心智模型具有動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，并且建立在問(wèn)題解決的基礎(chǔ)之上。創(chuàng)造過(guò)程應(yīng)該是基于概念結(jié)構(gòu)，并受限于概念結(jié)構(gòu)。從日常生活中提取初始的概念結(jié)構(gòu)，不斷同化新信息，以完善心智模型。同時(shí)，觀念改變過(guò)程中的學(xué)習(xí)最終意味著對(duì)潛在的猜想的重新解釋。

相干理論觀點(diǎn)認(rèn)為，發(fā)展TPCK意味著通過(guò)建構(gòu)基于框架預(yù)設(shè)的初始心智模型，教師可以建立關(guān)于“本土化”理論預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)是什么，以及教師如何建構(gòu)這些“本土化”理論的元知識(shí)（如課程技術(shù)和教室決定）。相干理論觀點(diǎn)認(rèn)為培訓(xùn)教師使其靈活創(chuàng)新地使用技術(shù)可能非常困難，因?yàn)橐瓿蛇@一任務(wù)，教師教育者將不得不轉(zhuǎn)變初始預(yù)設(shè)，而改變這些預(yù)設(shè)不僅要耗費(fèi)精力，而且很可能會(huì)產(chǎn)生不愉快的情緒，同時(shí)還要建構(gòu)值得信賴的理解教學(xué)環(huán)境的方式。這對(duì)教師教育者和教師來(lái)說(shuō)難度都很大。

diSessa等人在如下頁(yè)圖3和圖4中描述了“碎片知識(shí)”和“相干理論”。圖3將TPCK定義為一種一般情況下每個(gè)解釋性元素不相干的系統(tǒng)。這些解釋性元素是從日常教學(xué)經(jīng)驗(yàn)中抽象而來(lái)的。圖中描繪了新手教師（尚未形成TPCK的教師）理解整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的表征形式。在此圖中TPCK本身應(yīng)該是所有元素的“交集”，融合了所有的知識(shí)子域。圖4將TPCK定義為教師的直觀的相干理論，描繪了已經(jīng)形成TPCK結(jié)構(gòu)的教師理解整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)表征形式。由此，具備TPCK意味著形成一個(gè)大致上涵蓋各個(gè)要素、要素之間的相互關(guān)系以及情境角色的概念。

總之，TPCK框架應(yīng)關(guān)注三個(gè)焦點(diǎn)：情境、規(guī)范和關(guān)系結(jié)構(gòu)。作為科學(xué)的框架理論的TPCK應(yīng)該滿足：①清晰的技術(shù)應(yīng)用情境；②在本體論和認(rèn)識(shí)論上形成一定數(shù)量的技術(shù)、教學(xué)法和內(nèi)容的預(yù)設(shè)；③預(yù)設(shè)應(yīng)包括教師各個(gè)知識(shí)要素之間系統(tǒng)關(guān)系的元概念框架。

3.元概念意識(shí)表征的TPCK

根據(jù)TPCK框架概念化的相干理論，將TPCK結(jié)構(gòu)定義為元知識(shí)。此時(shí)不同背景的教師技術(shù)使用的過(guò)程會(huì)形成不同的理解，如教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師使用技術(shù)教學(xué)時(shí)有可能只增加PK，技術(shù)熟練的教師教學(xué)可能只增加TK。或許可以將TPCK定義為教師對(duì)完成教學(xué)任務(wù)的需要、教師各個(gè)子域的知識(shí)以及約束情境的元概念意識(shí)（如圖5）。TPCK可以理解為一個(gè)層級(jí)的元概念意識(shí)，對(duì)專家知識(shí)進(jìn)行高層次的組織而不是一種受限、固定的知識(shí)體。

在TPCK中間區(qū)域，以教學(xué)任務(wù)代替了先前的TPCK。這是因?yàn)楦鶕?jù)視覺(jué)邏輯，最中心的區(qū)域應(yīng)該是最明確的部分，應(yīng)該是一個(gè)具體的課程或者計(jì)劃等，而不是綜合的知識(shí)。

● 結(jié)論

不斷涌現(xiàn)的技術(shù)影響著每位教師的教學(xué)效果，它既可以增強(qiáng)可視化效果，還可以影響學(xué)習(xí)過(guò)程。要想發(fā)揮技術(shù)的潛力就需要教師精細(xì)規(guī)劃技術(shù)的使用方法。此研究提出了教師發(fā)展TPCK知識(shí)的心智模型和元概念意識(shí)觀點(diǎn)，闡釋了TPCK框架的基礎(chǔ)理論假設(shè)。但這仍需后來(lái)的研究者實(shí)證探究心智模型在教師教學(xué)中的角色和指導(dǎo)作用，以及知識(shí)要素與教師信念的關(guān)系，等等。

基金項(xiàng)目：本論文獲得東北師范大學(xué)教師教育研究基金重點(diǎn)項(xiàng)目“卓越教師素質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)證研究”，東北師范大學(xué)教師教育研究基金一般項(xiàng)目“卓越教師培訓(xùn)能力遷移影響因素實(shí)證研究”，東北師范大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展基金項(xiàng)目“面向高水平復(fù)合型傳媒人才UGMR創(chuàng)新培養(yǎng)模式的實(shí)踐型教師共同體建設(shè)”資助。本論文也受到東北師范大學(xué)附屬中學(xué)校本課題“依托家園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)促進(jìn)托班幼兒自我服務(wù)能力的行動(dòng)研究”支持。