TPACK如何支持網(wǎng)絡(luò)化科學(xué)探究學(xué)習(xí)

羅立成+楊絮++張海

信息技術(shù)與科學(xué)學(xué)習(xí)整合的關(guān)鍵問(wèn)題

近幾年，利用信息技術(shù)幫助教師與學(xué)生進(jìn)行科學(xué)調(diào)查、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，越來(lái)越受到研究者、從業(yè)者和政策制定者的極大關(guān)注。首先，利用萬(wàn)維網(wǎng)可以方便訪問(wèn)到海量前沿科學(xué)信息，還可以實(shí)現(xiàn)人與人、人與信息之間的交互，這取代了面對(duì)面的會(huì)議與傳統(tǒng)文本。其次，課堂中信息技術(shù)的精心編排能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)思想的理解，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的獨(dú)立性，并使其參與到科學(xué)學(xué)習(xí)中來(lái)。

但是，信息技術(shù)與科學(xué)學(xué)習(xí)的整合仍然存在一些難以克服的問(wèn)題。例如，對(duì)教師和學(xué)生信息技術(shù)技能的要求，這需要教師與學(xué)生一有閑暇時(shí)間就要練習(xí)和使用信息技術(shù)。再如，科學(xué)學(xué)習(xí)需要真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，這也需要系統(tǒng)硬件和軟件的配合。如果希望學(xué)生能夠像科學(xué)家一樣思考和工作，那么學(xué)生參與的活動(dòng)必須是真實(shí)有意義的，這意味著學(xué)生應(yīng)該獲得機(jī)會(huì)來(lái)應(yīng)用他們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的科學(xué)知識(shí)、練習(xí)制定決策、學(xué)習(xí)有助于科學(xué)家獲取知識(shí)的社會(huì)實(shí)踐和討論。同時(shí)，真實(shí)性的需求對(duì)傳統(tǒng)學(xué)校環(huán)境也提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)榛顒?dòng)中包含著自我導(dǎo)向的學(xué)習(xí)者，他們通過(guò)不同的來(lái)源調(diào)查、解釋、評(píng)價(jià)信息的可信度，進(jìn)而解決自己的問(wèn)題，而這樣的活動(dòng)很難實(shí)現(xiàn)。

如何克服上述難題？盡管信息與通信技術(shù)提供了一套工具來(lái)支持這種努力，但是單獨(dú)的信息技術(shù)改變不了科學(xué)課堂中的教學(xué)實(shí)踐。如果希望利用信息技術(shù)轉(zhuǎn)變科學(xué)學(xué)習(xí)方式，不僅需要塑造教師的教學(xué)法，而且需要研究者與教師的協(xié)同，并且需要我們?nèi)ヌ剿餍畔⒓夹g(shù)的創(chuàng)造性、協(xié)作性、實(shí)驗(yàn)性和評(píng)價(jià)性。

當(dāng)前，已經(jīng)有大量實(shí)例表明使用信息與通信技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變是可行的，但這需要對(duì)信息技術(shù)整合課程的實(shí)施原理進(jìn)行深刻理解。而提供給教師和學(xué)生的不同的信息技術(shù)工具是在特定的社會(huì)文化環(huán)境下，針對(duì)特定目的開(kāi)發(fā)的，這就意味著在課堂中使用信息技術(shù)受到如下幾方面因素的影響，即教師已有的關(guān)于技術(shù)的應(yīng)用與情境的知識(shí)、教師的學(xué)科內(nèi)容知識(shí)、教師使用技術(shù)作為替代或輔助的教學(xué)實(shí)踐。我們只有對(duì)這些因素進(jìn)入深入探索，才能保證信息技術(shù)與科學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)深層融合。

信息技術(shù)與科學(xué)探究學(xué)習(xí)整合的內(nèi)在邏輯

首先，基于探究的科學(xué)教育需要學(xué)生研究他們自身的疑問(wèn)與問(wèn)題，并搜集數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行分析研究，得出結(jié)論。有人認(rèn)為，當(dāng)學(xué)生在科學(xué)課堂上進(jìn)行針對(duì)自身的調(diào)查并參與研究時(shí)，他們就有可能呈現(xiàn)更多的自主性，掌握更高的學(xué)習(xí)技巧，這也能夠改變教師與學(xué)生之間的權(quán)利關(guān)系。這個(gè)結(jié)果很重要，因?yàn)樗梢员唤庾x為“學(xué)校不再是唯一的知識(shí)來(lái)源”。

其次，科學(xué)上的探究學(xué)習(xí)需要使用越來(lái)越多的信息技術(shù)來(lái)整理、分析和展現(xiàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得的。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)與協(xié)作學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)習(xí)中就包含基于網(wǎng)絡(luò)的通信工具，并用其分享信息。這些基于網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，如網(wǎng)站、電子郵件、音視頻的應(yīng)用程序，都能夠支持學(xué)生在本地或遠(yuǎn)程搜集、分享或傳播信息。如果學(xué)生能夠使用技術(shù)進(jìn)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(jí)的局限，那么信息與通信技術(shù)就擁有了支持學(xué)生展開(kāi)科學(xué)調(diào)查的可能性。

我們?cè)谔接懶畔⒓夹g(shù)與科學(xué)探究學(xué)習(xí)整合的本質(zhì)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，使用技術(shù)的科學(xué)教學(xué)在學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一個(gè)使用工具談判與交易的過(guò)程，這些工具帶有自己的社會(huì)、文化與認(rèn)知維度。McKinley建議，“所有知識(shí)反映的及其本身都是文化價(jià)值觀的體現(xiàn)，也是知識(shí)的來(lái)源”，因此，知識(shí)不是靜態(tài)的，而是構(gòu)建的、循環(huán)的、共享的。腦海中有了這種想法，學(xué)習(xí)者之間的協(xié)作就能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)分享信息，這就是科學(xué)學(xué)習(xí)的探究核心。

信息技術(shù)與科學(xué)探究學(xué)習(xí)整合的四個(gè)研究方向

在德國(guó)，“allgemeiner Didaktik”類似于通用教學(xué)理論，它包含計(jì)劃、行為、教學(xué)思想等內(nèi)容，“Fach didaktik”類似于特定學(xué)科教學(xué)理論，如科學(xué)、數(shù)學(xué)，德國(guó)的教師對(duì)這兩種教學(xué)理論有著嚴(yán)格的區(qū)分?！癋ach Didaktik”專注于特定學(xué)科、教師、學(xué)生三者之間的關(guān)系，這種關(guān)系可以通過(guò)“Fach didaktik”三角形直觀地展示出來(lái)（如圖1）。三角形顯示了教師、學(xué)生、學(xué)科內(nèi)容間的關(guān)聯(lián)，并把它們作為三個(gè)互相獨(dú)立且彼此關(guān)聯(lián)的實(shí)體。

在美國(guó)，教師教學(xué)法研究的關(guān)注點(diǎn)不是學(xué)科內(nèi)容，這導(dǎo)致了課程研究與教學(xué)研究的分離，課程研究關(guān)注課程的實(shí)施與構(gòu)建，教學(xué)研究關(guān)注測(cè)量結(jié)果與測(cè)量方法。舒爾曼使用他的學(xué)科教學(xué)知識(shí)（PCK）范式提出并描述了教學(xué)法與內(nèi)容的交叉部分（如圖2）。舒爾曼強(qiáng)調(diào)內(nèi)容與教學(xué)法的整合，認(rèn)為這可以塑造教師的專業(yè)技能，并認(rèn)識(shí)到學(xué)科教學(xué)知識(shí)是學(xué)科內(nèi)容與教學(xué)法的混合，它是教師的職責(zé)范疇，并能夠展現(xiàn)出教師對(duì)自身專業(yè)的獨(dú)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(guān)于教育技術(shù)的研究缺乏理論基礎(chǔ)與概念基礎(chǔ)，應(yīng)該集中對(duì)教師行為與實(shí)踐進(jìn)行定向研究，強(qiáng)調(diào)重新定義PCK理論框架的重要性，應(yīng)用技術(shù)的教師教學(xué)法理論框架需要考慮到工具、實(shí)踐、境脈，以及這些因素結(jié)合的方法。Mishra和Koehler認(rèn)為，在三種元素的融合中，TPACK超越了各個(gè)元素的簡(jiǎn)單疊加，并把孤立地使用某一元素視為對(duì)良好教學(xué)的損害。因此，當(dāng)教師使用技術(shù)支持教學(xué)時(shí)，TPACK能夠展示出每位教師的專業(yè)素養(yǎng)。

基于TPACK理論，Angeli和Valanides將TPCK修改為ICT-TPCK模型，模型特別強(qiáng)調(diào)在教與學(xué)環(huán)境中ICT的整合。學(xué)習(xí)者對(duì)具體學(xué)科內(nèi)容具有已知困難，也具有對(duì)學(xué)習(xí)中的境脈知識(shí)的了解，兩項(xiàng)內(nèi)容組合后會(huì)產(chǎn)生一定的意義，當(dāng)特定的技術(shù)類型與內(nèi)容、境脈、學(xué)習(xí)者、教學(xué)法等因素結(jié)合在一起時(shí)，教師的ICT-TPCK將受到ICT影響，同時(shí)還需要教師對(duì)學(xué)生使用ICT的能力有所了解，這樣才有助于改造并增強(qiáng)學(xué)習(xí)。在科學(xué)探究性學(xué)習(xí)案例中，這是一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素。

新方向：探究學(xué)習(xí)社區(qū)（CoI）創(chuàng)造科學(xué)學(xué)習(xí)混合新空間

基于此前的研究，近年來(lái)信息技術(shù)與科學(xué)探究學(xué)習(xí)整合又產(chǎn)生了新進(jìn)展：通過(guò)創(chuàng)建探究學(xué)習(xí)社區(qū)來(lái)創(chuàng)造科學(xué)學(xué)習(xí)混合新空間。

研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)學(xué)生在科學(xué)探究中探討問(wèn)題時(shí)，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(nèi)的通信，也包括課堂之外的通信。Garrison、Anderson和Archer將面對(duì)面的協(xié)作學(xué)習(xí)與虛擬的協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)合在一起，對(duì)在線教學(xué)的意義進(jìn)行闡述，創(chuàng)建了名為“探究學(xué)習(xí)社區(qū)（CoI：Community of Inquiry）”的框架模型。這一框架將網(wǎng)絡(luò)視為組織成員使用數(shù)字工具進(jìn)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(wèn)題，以及教師如何在數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中將不同的元素進(jìn)行精心的組織編排。

探究學(xué)習(xí)社區(qū)框架描述了三個(gè)元素：社會(huì)存在、認(rèn)知存在和教學(xué)存在。關(guān)于社會(huì)存在，研究者指出在線環(huán)境塑造了組織成員的身份，學(xué)習(xí)者通過(guò)分享進(jìn)行探究，在社會(huì)層面與精神層面投入精力展開(kāi)這類活動(dòng)。認(rèn)知存在描述的是智力的參與，在網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)之后，學(xué)術(shù)上對(duì)智力參與的研究越來(lái)越多，認(rèn)知存在也意味著在線網(wǎng)絡(luò)成員思想不斷優(yōu)化的過(guò)程，指出了組織成員之間的交流需要，在這個(gè)過(guò)程中，所有的想法會(huì)產(chǎn)生匯聚，方便學(xué)習(xí)者進(jìn)行整合與應(yīng)用。最后，教學(xué)存在是建立在教師知識(shí)、教師對(duì)社會(huì)功能與認(rèn)知功能的認(rèn)識(shí)之上的，這需要開(kāi)發(fā)出支持學(xué)習(xí)目標(biāo)的教學(xué)法策略。Akyol、Garrison、Ozden討論了教師與學(xué)生在分享過(guò)程中的角色，他們認(rèn)為，在這種環(huán)境下，教師擔(dān)任的是促進(jìn)者與向?qū)У慕巧?，?duì)討論與學(xué)習(xí)進(jìn)行引導(dǎo)。

探究學(xué)習(xí)社區(qū)強(qiáng)調(diào)境脈因素。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的科學(xué)課上，學(xué)習(xí)者在探討中通過(guò)閱讀、傾聽(tīng)、回應(yīng)其他人來(lái)尋求正確的觀點(diǎn)，通過(guò)這種多模態(tài)的討論模式可以獲得附加的學(xué)習(xí)體驗(yàn)意義。同時(shí)還要注意，在線學(xué)習(xí)的境脈帶來(lái)了新的復(fù)雜因素，Angeli和Valanides認(rèn)為根植于社會(huì)的知識(shí)深受境脈的影響，因此，境脈與教學(xué)法、ICT、學(xué)習(xí)者同等重要。他們認(rèn)為，針對(duì)校內(nèi)的學(xué)生，教師對(duì)哪些事情可行、哪些事情不可行的理解受到教學(xué)與學(xué)習(xí)任務(wù)選擇與實(shí)行的影響。當(dāng)學(xué)習(xí)活動(dòng)中包含學(xué)生之間的交流，并且交流的時(shí)間不局限于課內(nèi)時(shí)間時(shí)，新的境脈規(guī)則就會(huì)適用。例如，上課時(shí)在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)意味著學(xué)生需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成某個(gè)任務(wù)，而在家或在校外時(shí)，學(xué)生就可以花費(fèi)更多時(shí)間進(jìn)行閱讀、思考、回應(yīng)。如果教師計(jì)劃使用ICT在課外時(shí)間進(jìn)行教學(xué)，就需要對(duì)ICT教學(xué)法進(jìn)行精心的編排。

探究學(xué)習(xí)社區(qū)強(qiáng)調(diào)混合式空間的創(chuàng)建。在線學(xué)習(xí)環(huán)境下，不同群體、不同文化的學(xué)習(xí)者都可以隨意加入，原有學(xué)習(xí)者與新加入的學(xué)習(xí)者一同參與練習(xí)，創(chuàng)建了混合式的第三空間。例如，當(dāng)學(xué)生在課外通過(guò)視頻進(jìn)行交流、通過(guò)電子郵件等傳遞信息或資源時(shí)，混合式空間就隨之產(chǎn)生。在異步學(xué)習(xí)活動(dòng)中，可以使那些不擅長(zhǎng)面對(duì)面表達(dá)的學(xué)生擁有更多的時(shí)間進(jìn)行思考，自由地表達(dá)觀點(diǎn)，并同他人一起參與到共同的意義構(gòu)建過(guò)程中。因而，教師需要仔細(xì)考慮這種情況對(duì)教學(xué)的影響，這不僅要考慮ICT與教學(xué)法、學(xué)習(xí)者、學(xué)科內(nèi)容之間的聯(lián)系，還要對(duì)包含其中的境脈有明確思考，思考當(dāng)學(xué)生在課堂之外學(xué)習(xí)時(shí)規(guī)則與慣例是否改變以及如何改變?？傊@種共享活動(dòng)需要教師適當(dāng)管理，使其成為整個(gè)學(xué)習(xí)境脈的組成部分，以形成學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行合作學(xué)習(xí)的資源。

信息技術(shù)與科學(xué)探究學(xué)習(xí)整合探索綜述

回顧本文中討論的五個(gè)理論框架，可以看出這些框架是如何定義教師教學(xué)法的。縱觀這些框架，我們可以對(duì)它們?nèi)绾味x教師教學(xué)法進(jìn)行審視，從中有所感悟。上頁(yè)表對(duì)本文展示的框架提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的概覽。

Fach didakik闡述了教師教學(xué)法概念，但沒(méi)有把它區(qū)分為一項(xiàng)獨(dú)立的教師知識(shí)；PCK把教學(xué)法知識(shí)與內(nèi)容知識(shí)的融合視為一個(gè)獨(dú)特的領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)了這一區(qū)分，但是它沒(méi)有對(duì)技術(shù)的復(fù)雜性進(jìn)行表述；TPCK或TPACK強(qiáng)調(diào)解決特定技術(shù)的實(shí)踐和過(guò)程，而ICT-TPCK在基于學(xué)科內(nèi)容的基礎(chǔ)上對(duì)這一概念進(jìn)行了更深入的定義，它闡述了ICT的特征及其對(duì)教師教學(xué)法的影響；CoI框架提出了在線學(xué)習(xí)環(huán)境中的教師教學(xué)法，它定義了一種與面對(duì)面環(huán)境明顯不同的學(xué)習(xí)空間，其中包含著社會(huì)、情感和認(rèn)知三個(gè)學(xué)習(xí)維度及其對(duì)教學(xué)的影響。

Angeli和Valanides的ICT-TPCK模式闡述了在使用ICT技術(shù)的教學(xué)中不同的學(xué)習(xí)境脈構(gòu)成的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在科學(xué)探究學(xué)習(xí)案例中展現(xiàn)的教師教學(xué)法框架就是一種融合了現(xiàn)實(shí)課堂境脈與網(wǎng)絡(luò)境脈的混合模式，圖3展示了一種可能的模型，在這個(gè)模型中，PK代表教學(xué)法知識(shí)，ICTK代表ICT技術(shù)知識(shí)，CK代表學(xué)科內(nèi)容知識(shí)，LK代表教師對(duì)學(xué)習(xí)者的了解知識(shí)，CXK1與CXK2代表不同的學(xué)習(xí)空間，這些因素交匯形成了一種包含著混合式學(xué)習(xí)環(huán)境的特殊ICT-TPCK類型。

這種改編過(guò)的ICT-TPCK從本質(zhì)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(chǔ)上進(jìn)行的擴(kuò)展，這種包含混合式學(xué)習(xí)環(huán)境的ICT-TPCK模型對(duì)以后的研究做出了指引。未來(lái)的研究需要考慮這種擴(kuò)展的必要性，并且繼續(xù)對(duì)教師教學(xué)法的概念進(jìn)行檢驗(yàn)，尤其是在ICT條件下有著不斷變化的教學(xué)環(huán)境、學(xué)習(xí)環(huán)境下，研究者要對(duì)自己的觀點(diǎn)認(rèn)真審視，突出重點(diǎn)地闡述教師在課堂上或課堂外使用ICT進(jìn)行教學(xué)的意義。為了做到這點(diǎn)，未來(lái)的研究還需要考慮教師教學(xué)法的歷史，考慮教學(xué)法是如何隨著教學(xué)與學(xué)習(xí)復(fù)雜度不斷的增加而變化的。當(dāng)研究者、教師教育者、教師想要在面對(duì)面的課堂上或網(wǎng)絡(luò)課堂上應(yīng)用TPCK技術(shù)，以擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的機(jī)會(huì)，并增強(qiáng)學(xué)生之間進(jìn)行表達(dá)、討論、形成自己的觀念時(shí)，上述方法與途徑將有助于其打開(kāi)思路。