“新工科”背景下“物聯網技術”課程TPACK框架模式研究

朱曉軍 季彥呈 邱恭安 吉曉東 曹娟 金麗 劉敏 段瑋

摘 要：文章探索了在“新工科”背景下，“物聯網技術”課程的TPACK框架模式，以期通過模型框架的建立，促進TPACK在“物聯網技術”課程中的應用，以解決教學過程中出現的“教”與“學”的問題。本框架模式的實行有利于改變傳統的教學模式，拓寬TPACK理論模式在工科實踐類課程中的應用，為相關應用實踐類課程的TPACK模式提供參考和建議。

關鍵詞：新工科;TPACK框架模式;物聯網技術;教學改革

0 引言

2017年以來國家大力推進新工科的建設。發布了《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》《關于開展新工科研究與實踐的通知》等通知[1]，全方位的探索具有領跑全球工程教育的教育模式，培養工程化人才，助力教育強國戰略。

課程改革是高等教育改革中的重要環節，直接決定了高等教育人才培養方向和培養內容。隨著5G技術的大量普及和應用，如何將信息技術和單一課程相結合，實現有效的教學成為一項艱巨的任務。尋求“新工科”背景下的新型教學模式和教學方法成為高校教師迫在眉睫的擔當和任務。2005年，Koehler等人提出了整合技術的學科教學法知識（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPACK）。即將先進技術融入具體的課程內容、教學知識點以及教學方法過程中，使得課程具備情境性、動態性和綜合性等特征。此框架提出后受到了研究國際教育技術和教師學者們的高度關注，是現代高等教育的發展趨勢。最初TPACK理論主要用于新教師發展策略研究，TPACK 理論的實踐價值之一在于對教師培訓過程中使用信息化知識并對其進行相關培訓。隨著TPACK理論研究的逐漸深入和應用領域的逐漸擴大，學科化的TPACK理論研究也在不斷發展[2]。

目前TPACK模式的相關研究文章主要集中在教育技術類[3]、計算機教育類、教學和教師發展類。課程也主要集中于大學英語、數學等基礎理論課程的研究[4]。而在面向普通本科應用實踐類課程，尤其如物聯網技術這類和現代通信技術結合很緊密課程相關的TPACK模式研究較少。因此，本課題將TPACK模式應用于“物聯網技術”課程中，在“新工科”背景下，將現代信息技術與“物聯網技術”課程相整合，研究應用實踐課程的TPACK教學模式。將有助于改變傳統的教學模式，為“教”與“學”提供一種新的教學模式和理念。有利于豐富TPACK理論模式，拓寬在其實踐類課程中的應用，為相關應用實踐類課程的TPACK模式提供參考和建議。

1 教學中存在的問題

信息技術的發展已經深刻影響到人們的生活和學習，將對教育產生深刻的影響。高等教育也將面臨巨大的機遇和挑戰。“教”與“學”的問題也將隨著信息技術的發展發生變革。我們在信息技術與學科課程整合方面的研究工作已經十余年，但還是主要集中于理論研究方面，結合到具體的課程教學的實踐應用研究比較少。如何在“新工科”背景下，將學科課程的整合落到實處，推動教學模式改革，激發學生的主動性、積極性與創造性， 持續提高課程教學質量和教學效果，培養高校專業人才的創新精神與實踐能力，是教育工作者需要一直思考的問題。

2 課程教學改革模式的思考和探索

“物聯網技術”課程是一門交叉學科，本身與計算機、通信、網絡、電子、半導體等技術知識密切相關。而對于信息通信類專業學生來說，他們的課程設置一般過于重視通信類相關課程，而對于計算機、算法、傳感器等類課程重視度不夠。在學習過程中，學生對課程的學習和掌握將會有一定的難度。因此，在“新工科”背景下，針對“物聯網技術”課程在教學中遇到的一系列問題，根據“物聯網技術”課程相關內容，設計了TPACK的框架模式，現對其框架內容分別進行了說明。

（1）技術知識（TK），包括關于技術本身的專業知識資源，如專業研究方向、學術背景等。同時包括新型信息技術的應用，如動畫制作、數據處理、多媒體平臺的使用等。此外還包括在教學中如何運用技術知識資源，如微課、PPT等課件的制作技術等。

（2）教學知識（PK），是教學模式、方法、教學策略與技巧、課堂的組織與管理等方面的內容。包括教學基本的理論知識和實踐經驗。教學方式現有線上和線下兩種。不管是線上還是線下，相關活動發表觀點的生成性資源都是教學法知識類資源的有效來源。

（3）內容知識（CK），主要是關于“物聯網技術”課程相關專業知識資源。包括物聯網技術系統的組成、各部分的特征參數和原理、通信協議、通信軟件和硬件、發展趨勢以及研究前沿等內容。需要指出的是，內容知識要突出資源的時效性和實踐性。

（4）教學內容知識（PCK），是如何選擇恰當的教學法對課程相關知識進行合理表現，即具體的學科內容怎么教。對于教學內容資源，可依托課程教研室為主體，以相近學科專業內容對具有課程教學法進一步組織提升，通過講課比賽、說課等相關活動凝練教學內容、打磨課程體系。

（5）技術內容知識（TCK），是技術如何與課程內容知識兩者相互作用、相互影響。包括兩類資源：①以課程內容為基礎，技術如何表現課程內容，呈現教學資源，如相關教學軟件的開發、設計等。②以技術為基礎，新興技術對課程內容的影響，如大數據、云計算、移動互聯等技術的涌現，也促成了相關學科產生了新的課程內容和相關技術知識。技術內容知識資源是在了解技術知識的基礎上，將技術應用于課程教學的內容而引發教學內容的變化。

（6）技術教學知識（TPK），不僅包括技術用于相關課堂組織、內容、管理等的相關資源，也包括技術對教學策略、教學方法的改進等。還包括技術和教學法相互作用下產生的新的教學法，如混合式教學法等。

（7）技術教學學科知識（TPAK），是教師掌握技術與課程內容，進行教學深度融合的相關知識資源，是改變傳統教學模式，提升學習效率的主要體現。

在TPACK框架模式中，PK、TK和CK為三類知識，以及這三者之間相互交叉融合產生的PCK、TCK、TPK、TPACK四類知識。TPACK模式涉及了教學方法、學科內容以及現代信息化技術等三要素，其不是將這三種知識進行簡單的疊加或組合，而是要將現代技術融入具體的學科教學內容以及教學方法之中，根據課程的要求以及學生的培養要求對TPACK模型三類知識進行有效的融合。需要強調的是，TPACK 框架是基于整合的視角，其強調課程內容、教學法和技術三方面知識進行動態的平衡與相互作用，可以根據實際教學模式和教學內容動態調整三方面技術知識以提高教學質量，提高學生學習的積極性和主動性，使得從呆板的教學模式改變為靈活多變、適應性更強的教學模式。

根據“物聯網技術”課程所面臨的問題，可以將TPACK模型中學科內容、教學法和技術等三種知識要素進行有機融合。根據學生班級情況、學生接受程度、知識背景等不同類型調整TPACK框架中各知識元素的比例，實現“定制”教學內容，提高學生的學習積極性。因此，TPACK 框架涵蓋了“新工科”背景下，信息化環境下教學的全部核心要素，是對教師所應具備知識的高度概況，體現著信息化環境下教師的專業能力和整體教學水平。

3 結語

針對“物聯網技術”課程在教學中遇到的一系列問題，本文探索了在“新工科”背景下，“物聯網技術”課程的TPACK框架模式，以期通過模型框架的建立，促進TPACK在“物聯網技術”課程中的應用，以解決教學過程中出現的“教”與“學”的問題。此外，希望這種模式的結合，能夠促進對于“新工科”新型混合教學模式的探索，提高工程類相關課程的教學質量，為培養新一代的新工科人才做出貢獻。

[參考文獻]

[1]劉吉臻，翟亞軍，荀振芳.新工科和新工科建設的內涵解析—兼論行業特色型大學的新工科建設[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.

[2]蔡敬新，鄧峰.“技術-教學-學科知識”（TPACK）研究：最新進展與趨向[J].現代遠程教育研究，2015（3）：9-18.

[3]陳燕，蔡麗莉，鄭青，等.TPACK知識的學習對臨床教師教學能力提高的影響[J].中國高等醫學教育，2017（2）：1-2.

[4]陳林林.基于TPACK框架的商務英語視聽說課程學生4Cs能力培養[J].文教資料，2020（2）：216-218.

（編輯 傅金睿）