TPACK框架下GeoScene Online與地理教學融合的實踐

楊可辛 董雯

摘 要：技術革新影響學科教學方式選擇，TPACK模式為解決當下學科教學應用新技術“兩張皮”問題提供了新思路。本文從科勒和米什拉的理論出發，嘗試將GeoScene Online 平臺與地理課堂教學融合，提出循序漸進、跨學科、基于真實情境和交互式的融合原則，進而在TPACK模式下將GeoScene Online功能特點與高中地理必修內容進行融合分析，構建以PCK、TCK、TPK三條子路徑為導向的GeoScene Online與地理教學融合模式，并以“耕地”為主題進行案例實踐探索。

關鍵詞：TPACK理論；融合教學；WebGIS； GeoScene Online

中圖分類號：G633.55? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-5207（2024）03-0010-05

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）強調在實施教學的過程中要深化信息技術的應用，利用信息技術的發展助推地理教學的改革［1］。GIS是地理學與計算機科學、地圖學、地球科學和測繪學、遙感學等多種學科交叉形成的產物，具有信息量大、空間層次多、分析功能強等應用特點［2］。但GIS在教學中仍面臨學校信息化水平低且發展不平衡、GIS教學教材及其他配套資源缺乏、教師地理信息技術水平不高等實際問題［3］。TPACK全稱為“融合技術的學科教學知識”，本文基于對現實問題的思索，在TPACK理論指導下，以WebGIS中的GeoScene Online平臺為例，探索WebGIS與地理教學的有效融合，以期探索數字化背景下地理教學的新路徑。

一、TPACK理論概述

TPACK結構由基礎技術知識（Technology Knowledge，簡稱TK）、教學知識（Pedagogical Knowledge，簡稱PK）、學科知識（Content Knowledge，簡稱CK）以及三部分內容互相嵌套衍生出的技術內容知識（TCK）、技術教學知識（TPK）、學科教學知識（PCK）和整合技術的學科教學知識（TPACK）組成（圖1）。2009年，TPACK理論進入成熟發展階段，考克斯和格雷厄姆認為TPACK是PCK的延伸，在新技術頻繁活躍于課堂活動時TPACK可以轉化為PCK［4］、安格利和瓦拉尼德斯認為TPACK是一個特殊知識體［5］，科勒和米什拉則將TPACK看作是該結構內七個知識領域的相互作用［6］，TPACK模型在此觀點下具有靈活性，因為每個部分在教學過程中的表現形式和占比都是根據不同的主客體和教學情境生成的，重要的是要找到技術、知識和教學法之間的聯系，而非囿于特定的教學方法和技術。今天，在技術發展變化的教育場域內，應該將TPACK框架視作一個不斷發展的多面性命題，而不僅是教師知識構成的靜態展示，所以本研究建立在科勒和米什拉對TPACK持有的觀點下探究WebGIS與地理教學的有效融合。

二、GIS的網絡化轉向

千禧年初期，信息化發展進入Web2.0時代。Web2.0對標移動互聯網，其出現改變了信息的共享、傳播、消費和響應方式［7］，這一變化促使交流變得更加雙向，從而影響人與人之間的交流互動模式。WebGIS是Web2.0的產物，從2016年開始，全球范圍內的研究者對GIS在地理教學方向的研究已經從桌面GIS轉向基于Web的GIS［7］。WebGIS打破了大部分桌面GIS的使用限制，使用者僅需要擁有Web瀏覽器就可實現GIS簡單的數據獲取以及基礎的地理查詢和分析功能，相較于傳統的桌面GIS，它充滿全球性和普適性，更加富有參與性和互動性。

GeoScene online是由易智瑞公司在線運營維護的公有云平臺（圖2），具有制作地圖、分析數據、共享與協作的功能。該平臺為用戶提供了豐富的數據資源，包括國內常用的天地圖、互聯網地圖等底圖數據，人口、經濟類統計數據，氣候、空氣質量等實時數據和時事熱點數據以及基本的制圖和空間分析技術。用戶可在平臺內創建網絡地圖，使用平臺上發布的現有資源進行地理數據的空間分析，通過群組管理分發數據和隨時通過任何網絡設備訪問平臺內容，總體而言，該平臺基本能夠滿足中學地理課程的教學需要。

三、地理教學與GeoScene Online融合的內容與路徑

信息技術越來越廣泛運用于教育實踐。2018年，教育部頒發《教育信息化2.0行動計劃》（以下簡稱“計劃”），“計劃”的重要理念之一是要將信息技術與教育進行融合創新。基于此，本文以WebGIS軟件為媒介，探索在TPACK語境下信息技術與高中地理教學融合的原則內容和路徑。

1.融合原則

（1）循序漸進原則

將信息技術融入學科教學更加需要學生形成技術學習思維，培養應用技術的能力。知識的同化是一個由簡單到復雜的過程，技術學習并非一蹴而就，技術融入課堂教學需要一定實踐積累。使用GeoScene Online平臺前教師要為學生講解基本原理，初期學生要建立個人賬號、熟悉平臺界面。在課堂教學中教師可通過創建圖層，制作專題地圖以用于知識講解，但使用的最終目標是學生能夠在教師的支持和引導下利用該軟件基礎功能分析地理現象和規律并自主制作地圖。

（2）跨學科原則

GeoScene Online與地理教學的融合不僅關聯了計算機和地理，在不同制圖主題下還需要借助不同學科的幫助。例如，進行空間分析時需要一定的數學模型支撐、制圖可視化時的藝術表達……總之，該平臺為地理教學中各方面的知識綜合呈現提供了渠道，教師在課堂中運用該軟件時也要注意對其他學科知識的梳理與融合。

（3）真實情境原則

GIS的數據采集于地球空間中，其描繪的就是真實世界。這要求教師提供經過思考、挖掘、整合、創新的生活化情境，以驅動學生發揮主觀能動性完成學習的意義建構［8］，教師可利用本土地圖資源促進學生對周圍生活的理解，選擇世界范圍內的經典案例來增強學生全球意識。

（4）交互原則

以往教師通常會利用桌面GIS創設教學資源，制作出專題圖輔助知識講解。從某種程度上看，這樣的信息傳遞是單向的“教師→學生”交流模式，這只是乏味“地圖課”的另一種呈現形式，難以為學生營造出知識建構的情境。交互式地圖是GeoScene Online平臺中的主要形式，學生可自行對專題地圖進行縮放、點擊查詢專題數據甚至運用分析功能進行專題地圖再創造。交互使得教學過程中信息傳遞是雙向的，在人機和人人互動的橋梁下能碰撞出更多的創意、思想和需求，并且讓學生在一種充滿活力、創意與啟發氛圍的課堂中更輕松深刻地獲得知識是當下我們所追求的目標。

2.融合內容分析

在TPACK語境下，將技術、學科知識和教學知識融合的關鍵是要找到三者之間的聯系。因此，有必要深入明晰GeoScene Online融合于地理教學時的技術內容知識、技術教學知識，而地理學科教學知識的研究較多，故不再贅述。本文以高中地理必修內容為主進行融合分析。

（1）技術內容知識（TCK）

GeoScene Online平臺具有瀏覽地圖、在線制圖、數據空間分析、三維場景、地圖故事五大功能，圍繞人教版高中地理所呈現的內容將平臺技術和學科知識進行匹配整合（表1）。

（2）技術教學知識（TPK）

整合技術的教學法知識關注在教學方法中注入技術支撐以最大化地達到教學目的，GeoScene Online功能各有側重，有的突出地理事物視覺表達，如瀏覽地圖、三維場景，有的突出地理空間關聯與分析，如Map Viewer、數據空間分析。依據GeoScene Online技術特點整合適宜的教學法（表2）。

3.融合路徑

一節地理課程承載的知識類型是豐富多樣的，當技術知識、教學知識、學科知識共同處于教學這個復雜且結構不良的系統時，將三個領域的內容靈活選擇、有序組織能夠促進有效教學。在TPACK語境下設計GeoScene Online導向的地理課堂教學開展路徑（圖3）。

本路徑偏向于真實情境與真實問題、特定的技術內容，側重于新課程背景下探究為主的教學方法，圍繞技術內容知識（TCK）、學科教學知識（PCK）、技術教學知識（TPK）引導的三條子路徑展開，三條路徑相互影響、相互聯系，為教師在學生認知發生前、認知發生時、認知發生后如何利用TCK、PCK、TPK組織教學提供指導。在已有的技術知識（TK）、教學知識（PK）、學科知識（CK）基礎上，教師將教學中涉及的學科知識進行加工或重組并依據教學需要進行呈現形成學科教學知識（PCK），根據知識內容選擇合適的技術形成技術內容知識（TCK），再由技術和一般教學法互相整合形成技術教學知識（TPK）以強化一般教學法。三條子路徑在學生認知中呈現過程如下。

①認知前：教師通過解讀課程標準、分析學情明晰本次教學的學科教學知識（PCK）。學科教學知識通常以一個在真實情境中的主題或議題為主來統領課堂。在該主題下利用適宜技術搜集恰當的數據和資料（TCK），為學生形成一個基于網絡的探究情境（TPK）。

②認知中：教學過程是學生認知改變或認知增加的過程，在這個過程中教師依據教學重難點和學情將課程主題拆分為多個子主題，在特定技術的指導下對數據進行可視化并整理案例和資料，從而呈現多個課堂探究情境。

③認知后：課程結束后學生習得新知識，新知識包括在學科教學知識（PCK）引領下獲得的地理知識和對教學主題的深度理解；在技術教學知識（TPK）引領下能夠回答主題并獲得解決問題的能力；在技術內容知識（TCK）引領下呈現出最終的圖像和數據結果并獲得操作GeoScene Online的技術方法三個部分。

整個教學流程是教師和學生共同培養TPACK的過程，筆者希望學生熟悉平臺操作后，能夠用自身的理解和不同的可視化方式呈現富有創造性的地圖，同時也希望數據可視化的過程能夠支撐學生知識的自主建構和合作探索。

四、融合案例實踐

基于我國“七普”人口數據和國土“三調”數據，根據上述融合路徑創設真實情境，設計“耕地”專題教學案例。

1.課前準備

（1）PCK準備

PK：我國是農業大國也是人口大國，伴隨著城鎮化和工業化對土地需求的增加，“糧食安全”和“耕地問題”被推向關注熱點。新課標對“我國的耕地安全與糧食安全”作出以下要求：“運用圖表，解釋中國耕地資源的分布，說明其開發利用現狀，以及耕地保護與糧食安全的關系。”［1］

CK：該內容面向的教學對象是高二學生，學生已經學習過有關人口、城鎮化的知識，且經過高中地理必修和選擇性必修一、二的學習已具備了較強的地理核心素養，可組織學生進行探究性學習和討論。

PCK：依據學情和教學需要梳理本課知識點為：中國人口分布現狀、中國耕地資源分布現狀、中國城鄉用地現狀及相關性、城市化帶來的問題和影響、實現糧食安全的途徑。確定“如何守護耕地紅線”的教學主題，以資源、國家安全為線索，讓學生在真實情境中獲得具有批判性的個人理解。

（2）TCK準備

結合學科知識，通過訪問自然資源部門門戶網站獲取“第三次全國國土調查（不含港、澳、臺）”主要數據，在GeoScene Online平臺中直接獲取中國人口分布圖（第七次人口普查數據來自政府官網）。由于課程內容涉及地理現象分布和地理要素的相關性展示，因此，確定使用GeoScene Online中的“在線制圖”“數據空間分析”功能進行學習探索。

（3）TPK預設

結合本課主題式教學法和技術使用，確定本課是基于GeoScene Online的學習探究。

2.課堂生成

課堂生成需要教師在教學中利用GeoScene Online平臺技術和預設的教學任務積極調動學生的主動性和參與性進行師生、生生交互以促進學生原有認知的增加或改變，其過程如表3所示。

學生對于全國耕地數量與分布缺乏宏觀認識，在“耕地”問題影響因素上缺乏綜合性思考。圍繞主題呈現的三幅圖制作與判讀難度層層遞進，凸顯了地理現象的分布和要素間的關聯性，地圖為交互式地圖，通過鼠標體現空間尺度縮放，點擊地圖內要素可查看要素對應數據，在師生合作與交流的逐步深入中，學生完成知識建構。

3.課后習得

（1）PCK習得

學生能了解我國耕地資源的數量、分布與我國人口數量、分布的關系，能明確我國各省耕地與村莊用地的占比情況、各省城市用地的數量分布和我國各省耕地、村莊用地的關聯性以及該關聯性在全國范圍內的高值和低值，通過各地理要素的關聯分析認識到耕地資源的重要性，學會以人地協調觀踐行耕地保護任務。

（2）TCK習得

學生熟悉平臺操作流程，能夠基于自身的理解運用不同的可視化方式呈現地圖或解決真實情境下的類似問題。

（3）TPK習得

學生圍繞上述地理事實和數據以及資料提出對于人口數量、城市化、村莊發展、耕地資源的個人看法并回答本課主題。在探究過程中學會聯系實際生活，運用綜合思維、地理信息技術、人地協調觀辯證看待地理問題。

五、結語

技術的發展首先影響教師，進而影響學生。本文試圖在TPACK語境下找到GeoScene Online與地理課堂教學的融合路徑，以幫助教師提高解決具體教學問題的能力。在技術更新迭代越來越快的今天，教師更應保持終身學習的態度和不斷鉆研的精神，將信息技術融合到自身認知、知識結構和學科話語體系中，以適應新時代的課程教學。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 譚剛.利用GIS輔助學生構建空間思維［J］.地理教育，2017（3）：59-60.

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［4］ Cox， Suzy and Graham， Charles R. Diagramming TPACK in Practice： Using an Elaborated Model of the TPACK Framework to Analyze and Depict Teacher Knowledge［J］. TechTrends， 2009， 53（5）： 60-69.

［5］ Charoula Angeli and Nicos Valanides. Epistemological And Methodological Issues For The Conceptualization， Development， And Assessment Of Ict-tpck： Advances In Technological Pedagogical Content Knowledge （tpck）［J］. Computers & education， 2009， 52（1）： 154-168.

［6］ Matthew J. Koehler and Punya Mishra and William Cain. What is Technological Pedagogical Content Knowledge （TPACK）？［J］. Journal of Education， 2013， 193（3）： 13-19.

［7］ Nicola Walshe and Grace Healy. Geography Education in the Digital World：Linking Theory and Practice［M］. Taylor and Francis， 2020.

［8］ 鄢銀銀，孫群，閆明智.PBL與GIS深度融合創建高效地理課堂的探究［J］.地理教育，2023（3）：50-53，57.

通信作者：董雯