TPACK如何支持網絡化科學探究學習

羅立成+楊絮++張海

信息技術與科學學習整合的關鍵問題

近幾年，利用信息技術幫助教師與學生進行科學調查、增強學習體驗，越來越受到研究者、從業者和政策制定者的極大關注。首先，利用萬維網可以方便訪問到海量前沿科學信息，還可以實現人與人、人與信息之間的交互，這取代了面對面的會議與傳統文本。其次，課堂中信息技術的精心編排能夠增強學習者對科學思想的理解，促進學習者的獨立性，并使其參與到科學學習中來。

但是，信息技術與科學學習的整合仍然存在一些難以克服的問題。例如，對教師和學生信息技術技能的要求，這需要教師與學生一有閑暇時間就要練習和使用信息技術。再如，科學學習需要真實情境的創設，這也需要系統硬件和軟件的配合。如果希望學生能夠像科學家一樣思考和工作，那么學生參與的活動必須是真實有意義的，這意味著學生應該獲得機會來應用他們日益增長的科學知識、練習制定決策、學習有助于科學家獲取知識的社會實踐和討論。同時，真實性的需求對傳統學校環境也提出了挑戰，因為活動中包含著自我導向的學習者，他們通過不同的來源調查、解釋、評價信息的可信度，進而解決自己的問題，而這樣的活動很難實現。

如何克服上述難題？盡管信息與通信技術提供了一套工具來支持這種努力，但是單獨的信息技術改變不了科學課堂中的教學實踐。如果希望利用信息技術轉變科學學習方式，不僅需要塑造教師的教學法，而且需要研究者與教師的協同，并且需要我們去探索信息技術的創造性、協作性、實驗性和評價性。

當前，已經有大量實例表明使用信息與通信技術進行學習方式轉變是可行的，但這需要對信息技術整合課程的實施原理進行深刻理解。而提供給教師和學生的不同的信息技術工具是在特定的社會文化環境下，針對特定目的開發的，這就意味著在課堂中使用信息技術受到如下幾方面因素的影響，即教師已有的關于技術的應用與情境的知識、教師的學科內容知識、教師使用技術作為替代或輔助的教學實踐。我們只有對這些因素進入深入探索，才能保證信息技術與科學學習實現深層融合。

信息技術與科學探究學習整合的內在邏輯

首先，基于探究的科學教育需要學生研究他們自身的疑問與問題，并搜集數據與信息進行分析研究，得出結論。有人認為，當學生在科學課堂上進行針對自身的調查并參與研究時，他們就有可能呈現更多的自主性，掌握更高的學習技巧，這也能夠改變教師與學生之間的權利關系。這個結果很重要，因為它可以被解讀為“學校不再是唯一的知識來源”。

其次，科學上的探究學習需要使用越來越多的信息技術來整理、分析和展現數據，這些數據是在學生的學習過程中獲得的。當學生進入網絡與協作學習時，學習中就包含基于網絡的通信工具，并用其分享信息。這些基于網絡的技術，如網站、電子郵件、音視頻的應用程序，都能夠支持學生在本地或遠程搜集、分享或傳播信息。如果學生能夠使用技術進行搜集、分享、傳播信息，并且信息傳播的范圍超出了原有班級的局限，那么信息與通信技術就擁有了支持學生展開科學調查的可能性。

我們在探討信息技術與科學探究學習整合的本質時，可以發現，使用技術的科學教學在學習本質上是一個使用工具談判與交易的過程，這些工具帶有自己的社會、文化與認知維度。McKinley建議，“所有知識反映的及其本身都是文化價值觀的體現，也是知識的來源”，因此，知識不是靜態的，而是構建的、循環的、共享的。腦海中有了這種想法，學習者之間的協作就能夠通過網絡訪問分享信息，這就是科學學習的探究核心。

信息技術與科學探究學習整合的四個研究方向

在德國，“allgemeiner Didaktik”類似于通用教學理論，它包含計劃、行為、教學思想等內容，“Fach didaktik”類似于特定學科教學理論，如科學、數學，德國的教師對這兩種教學理論有著嚴格的區分。“Fach Didaktik”專注于特定學科、教師、學生三者之間的關系，這種關系可以通過“Fach didaktik”三角形直觀地展示出來（如圖1）。三角形顯示了教師、學生、學科內容間的關聯，并把它們作為三個互相獨立且彼此關聯的實體。

在美國，教師教學法研究的關注點不是學科內容，這導致了課程研究與教學研究的分離，課程研究關注課程的實施與構建，教學研究關注測量結果與測量方法。舒爾曼使用他的學科教學知識（PCK）范式提出并描述了教學法與內容的交叉部分（如圖2）。舒爾曼強調內容與教學法的整合，認為這可以塑造教師的專業技能，并認識到學科教學知識是學科內容與教學法的混合，它是教師的職責范疇，并能夠展現出教師對自身專業的獨特理解。

承繼舒爾曼的PCK理論，Mishra和Koehler提出了TPACK理論，并指出關于教育技術的研究缺乏理論基礎與概念基礎，應該集中對教師行為與實踐進行定向研究，強調重新定義PCK理論框架的重要性，應用技術的教師教學法理論框架需要考慮到工具、實踐、境脈，以及這些因素結合的方法。Mishra和Koehler認為，在三種元素的融合中，TPACK超越了各個元素的簡單疊加，并把孤立地使用某一元素視為對良好教學的損害。因此，當教師使用技術支持教學時，TPACK能夠展示出每位教師的專業素養。

基于TPACK理論，Angeli和Valanides將TPCK修改為ICT-TPCK模型，模型特別強調在教與學環境中ICT的整合。學習者對具體學科內容具有已知困難，也具有對學習中的境脈知識的了解，兩項內容組合后會產生一定的意義，當特定的技術類型與內容、境脈、學習者、教學法等因素結合在一起時，教師的ICT-TPCK將受到ICT影響，同時還需要教師對學生使用ICT的能力有所了解，這樣才有助于改造并增強學習。在科學探究性學習案例中，這是一個需要重點考慮的因素。

新方向：探究學習社區（CoI）創造科學學習混合新空間

基于此前的研究，近年來信息技術與科學探究學習整合又產生了新進展：通過創建探究學習社區來創造科學學習混合新空間。

研究者發現，當學生在科學探究中探討問題時，他們需要頻繁地通信以尋求解答、分享收獲、查找新的信息，其中既包括課堂組織內的通信，也包括課堂之外的通信。Garrison、Anderson和Archer將面對面的協作學習與虛擬的協作學習結合在一起，對在線教學的意義進行闡述，創建了名為“探究學習社區（CoI：Community of Inquiry）”的框架模型。這一框架將網絡視為組織成員使用數字工具進行通信、連接、聚集在一起的手段，從而試圖透析教師需要考慮的問題，以及教師如何在數字化網絡環境中將不同的元素進行精心的組織編排。

探究學習社區框架描述了三個元素：社會存在、認知存在和教學存在。關于社會存在，研究者指出在線環境塑造了組織成員的身份，學習者通過分享進行探究，在社會層面與精神層面投入精力展開這類活動。認知存在描述的是智力的參與，在網絡建立起來之后，學術上對智力參與的研究越來越多，認知存在也意味著在線網絡成員思想不斷優化的過程，指出了組織成員之間的交流需要，在這個過程中，所有的想法會產生匯聚，方便學習者進行整合與應用。最后，教學存在是建立在教師知識、教師對社會功能與認知功能的認識之上的，這需要開發出支持學習目標的教學法策略。Akyol、Garrison、Ozden討論了教師與學生在分享過程中的角色，他們認為，在這種環境下，教師擔任的是促進者與向導的角色，對討論與學習進行引導。

探究學習社區強調境脈因素。在網絡環境下的科學課上，學習者在探討中通過閱讀、傾聽、回應其他人來尋求正確的觀點，通過這種多模態的討論模式可以獲得附加的學習體驗意義。同時還要注意，在線學習的境脈帶來了新的復雜因素，Angeli和Valanides認為根植于社會的知識深受境脈的影響，因此，境脈與教學法、ICT、學習者同等重要。他們認為，針對校內的學生，教師對哪些事情可行、哪些事情不可行的理解受到教學與學習任務選擇與實行的影響。當學習活動中包含學生之間的交流，并且交流的時間不局限于課內時間時，新的境脈規則就會適用。例如，上課時在計算機上學習意味著學生需要在規定時間內完成某個任務，而在家或在校外時，學生就可以花費更多時間進行閱讀、思考、回應。如果教師計劃使用ICT在課外時間進行教學，就需要對ICT教學法進行精心的編排。

探究學習社區強調混合式空間的創建。在線學習環境下，不同群體、不同文化的學習者都可以隨意加入，原有學習者與新加入的學習者一同參與練習，創建了混合式的第三空間。例如，當學生在課外通過視頻進行交流、通過電子郵件等傳遞信息或資源時，混合式空間就隨之產生。在異步學習活動中，可以使那些不擅長面對面表達的學生擁有更多的時間進行思考，自由地表達觀點，并同他人一起參與到共同的意義構建過程中。因而，教師需要仔細考慮這種情況對教學的影響，這不僅要考慮ICT與教學法、學習者、學科內容之間的聯系，還要對包含其中的境脈有明確思考，思考當學生在課堂之外學習時規則與慣例是否改變以及如何改變。總之，這種共享活動需要教師適當管理，使其成為整個學習境脈的組成部分，以形成學生隨時進行合作學習的資源。

信息技術與科學探究學習整合探索綜述

回顧本文中討論的五個理論框架，可以看出這些框架是如何定義教師教學法的。縱觀這些框架，我們可以對它們如何定義教師教學法進行審視，從中有所感悟。上頁表對本文展示的框架提供了一個簡單的概覽。

Fach didakik闡述了教師教學法概念，但沒有把它區分為一項獨立的教師知識；PCK把教學法知識與內容知識的融合視為一個獨特的領域，從而實現了這一區分，但是它沒有對技術的復雜性進行表述；TPCK或TPACK強調解決特定技術的實踐和過程，而ICT-TPCK在基于學科內容的基礎上對這一概念進行了更深入的定義，它闡述了ICT的特征及其對教師教學法的影響；CoI框架提出了在線學習環境中的教師教學法，它定義了一種與面對面環境明顯不同的學習空間，其中包含著社會、情感和認知三個學習維度及其對教學的影響。

Angeli和Valanides的ICT-TPCK模式闡述了在使用ICT技術的教學中不同的學習境脈構成的學習體驗，在科學探究學習案例中展現的教師教學法框架就是一種融合了現實課堂境脈與網絡境脈的混合模式，圖3展示了一種可能的模型，在這個模型中，PK代表教學法知識，ICTK代表ICT技術知識，CK代表學科內容知識，LK代表教師對學習者的了解知識，CXK1與CXK2代表不同的學習空間，這些因素交匯形成了一種包含著混合式學習環境的特殊ICT-TPCK類型。

這種改編過的ICT-TPCK從本質上看并不是一種新的模型，而是Angeli和Balanides的模型在CoI框架基礎上進行的擴展，這種包含混合式學習環境的ICT-TPCK模型對以后的研究做出了指引。未來的研究需要考慮這種擴展的必要性，并且繼續對教師教學法的概念進行檢驗，尤其是在ICT條件下有著不斷變化的教學環境、學習環境下，研究者要對自己的觀點認真審視，突出重點地闡述教師在課堂上或課堂外使用ICT進行教學的意義。為了做到這點，未來的研究還需要考慮教師教學法的歷史，考慮教學法是如何隨著教學與學習復雜度不斷的增加而變化的。當研究者、教師教育者、教師想要在面對面的課堂上或網絡課堂上應用TPCK技術，以擴展學生學習科學的機會，并增強學生之間進行表達、討論、形成自己的觀念時，上述方法與途徑將有助于其打開思路。