基于TPACK的混合式教學研究
——以面向對象方法學課程為例

郭艷燕，畢遠偉，賀利堅，婁蘭芳

（煙臺大學 計算機與控制工程學院，山東 煙臺 264005）

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的到來，不僅豐富了學習者的學習方式，擴展了學習渠道，打破了時間和空間的限制，而且豐富了教師的教學手段和教學途徑，改變了教學理念、教學模式和教學方法，產(chǎn)生了信息化教學新形態(tài)?，F(xiàn)代信息技術和學科教學的高效融合是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”環(huán)境下提高教學質量的有效途徑。

面向對象方法學是高校計算機和軟件工程專業(yè)設置中一門綜合性和實用性很強的專業(yè)課，通過將面向對象思想貫穿到軟件開發(fā)的全過程，使學生理解面向對象的核心概念和主要特征，掌握面向對象的分析設計、面向對象的建模以及面向對象的編程實現(xiàn)的具體方法以及相關技術，培養(yǎng)學生建立合理的系統(tǒng)建模和設計理念；通過面向對象設計原則、設計模式以及框架模式的學習，培養(yǎng)學生具有構建可復用性、靈活性以及可擴展性的高質量軟件的能力，為開發(fā)高效可靠的大型軟件系統(tǒng)奠定基礎。

1 傳統(tǒng)教學模式下面向對象方法學課程存在的問題

面向對象方法學課程在傳統(tǒng)教學模式下存在以下問題。

（1）培養(yǎng)目標單一，缺少多層次目標的聯(lián)合培養(yǎng)，無法滿足軟件行業(yè)需求。

（2）課程知識結構不明晰，教學和實踐內容零散，使學生無法從整體上理解面向對象思想分析設計方法和軟件實現(xiàn)之間的關系。

（3）課堂教學時間有限，難以實現(xiàn)知識的橫向延伸和縱向深入。

（4）教學過程以教師“教”為中心，不是以學生“學”為中心，教學設計缺少教學理論的指導，缺少及時的教學反饋。

（5）缺乏軟件開發(fā)人員基本素質的培養(yǎng)，缺少培養(yǎng)軟件工程文檔寫作能力[1]、團隊合作意識的教學環(huán)節(jié)。

（6）難以提供個性化教學服務，無法實現(xiàn)因材施教。

2 基于TPACK的課程教學框架

“互聯(lián)網(wǎng)+”教學實施是一個系統(tǒng)工程，教學能力發(fā)展是基礎，教學設計與實踐是核心，技術與環(huán)境是保障?；旌鲜浇虒W不僅是線上線下教學形式的簡單結合，還是技術、教學法、專業(yè)知識等多方面的融合。TPACK（Technological Pedagogical and Content Knowledge）是由學科內容知識CK（Content Knowledge）、教學法知識PK（Pedagogical Knowledge）和技術知識TK（Technology Knowledge）3個基本要素組成[2]。以TPACK為教學改革指導的面向對象方法學課程教學框架（如圖1所示），以信息技術為支撐的教學改革促使教學過程從以教師“教”為中心，過渡到以學生“學”為中心，以提高學生學習成效為目標，對知識、思維和能力提出了更高的要求。該教學框架充分體現(xiàn)將技術融入學科教學中，通過整合技術的學科內容TCK和整合技術的教學法TPK完成技術與教學的深度融合。

3 混合式教學實施方案

混合式教學實施框架（如圖2所示）借鑒Graham等學者提出的以策略、結構和支持三大要素為支撐的混合式教學實施框架[3]。策略主要指混合式教學的總體設計，包括教學目標、教學內容、混合形式的設計；結構是指與混合式教學有關的教學理論、教學策略、教學評價方式；支持是指促進和保障混合式教學順利開展所需要的技術支持、網(wǎng)絡學習環(huán)境、教學活動開展工具等。該框架下的理論指導思想與基于TPACK的教學指導思想在本質上是一致的。

3.1 實施策略

3.1.1 教學目標

面向對象方法學課程教學目標的設置遵循多樣化、層次化的特點，包括知識層面、思維層面、能力層面和素養(yǎng)層面四大目標（見表1）。知識層面目標屬于底層、短期目標，具體明確，每個知識章節(jié)有其對應的知識目標，關注知識的獨立性；思維、能力和素養(yǎng)層面目標屬于高層、長期目標，表述相對抽象，關注知識的關聯(lián)性、綜合性、創(chuàng)新性和專業(yè)領域性。這四大教學目標既強調培養(yǎng)學生具有較扎實的專業(yè)理論基礎，又強調培養(yǎng)學生具有較強的實踐動手能力，最終實現(xiàn)學生解決復雜問題的綜合能力和高階思維的培養(yǎng)，符合教育部高等教育司吳巖司長提出的“金課”所要具備的高階性。

圖1 基于TPACK的面向對象方法學課程教學框架

圖2 面向對象方法學混合式教學的實施框架

表1 面向對象方法學課程教學目標

3.1.2 教學內容

美國著名心理學家和教育家布魯納認為，學科結構是學習和解決問題的核心，有利于學生對學科的整體把握，學生需要掌握學科知識的基本觀念和原理，掌握學科知識的內在聯(lián)系，掌握學科的學習態(tài)度和方法，并把學科知識放在學科結構大框架內進行消化和掌握[5]。

面向對象方法學課程教學內容的選取要符合面向對象軟件開發(fā)的學科結構，面向對象方法學關注如何將面向對象思想應用到軟件開發(fā)全過程，面向對象基礎知識和思想是進行面向對象軟件開發(fā)的基礎；構建面向對象軟件模型的統(tǒng)一建模語言UML是進行面向對象分析設計的主要工具，用來傳遞設計理念；對象思想是面向對象設計中的重點和難點，GRASP給出了對象和職責分配的基本原則，是面向對象分析設計最本質的原則；面向對象設計原則是面向對象設計的基本指導思想，是構造高質量軟件的出發(fā)點，是設計模式的出發(fā)點和歸宿；設計模式強調重用設計思想實現(xiàn)最佳實踐。根據(jù)上述知識構建思路來構建學科結構、選取教學內容（如圖3所示）。

3.1.3 混合形式

面向對象方法學課程教學采用“課前線上+課堂線下線上+課后線上”混合式教學模式[6]，線上教學的開展都基于在線課程的建設，包括基于知識點的教學微視頻、形式豐富的教學課件資源、自我檢測練習系統(tǒng)、綜合案例庫、實驗教學資源、課程討論區(qū)、軟件工程實踐工具環(huán)境等。

整個教學過程以學生為中心，由教師和學生共同構建，強調師生交互。課前學生通過在線課程平臺根據(jù)學習任務導讀自主學習微視頻，并完成線上課前學習檢測，進行學習效果反饋；課上實施翻轉課堂[7]，教師根據(jù)反饋結果設計教學活動，引導學生進行參與式學習，激發(fā)學生學習動機，引發(fā)學生深入思考，提高課堂學習質量；課后通過作業(yè)或實驗任務驅動學生進行持續(xù)學習，促進知識的吸收和鞏固，教師通過線上交流互動指導學生開展課外知識拓展，實現(xiàn)個性化教學服務。

圖3 面向對象方法學課程教學內容

3.2 實施結構

3.2.1 教學理論

混合式教學不僅需要線上線下學習環(huán)境的支撐、教學情景的構建、促進師生交流互動的途徑等，而且需要現(xiàn)代教育思想、理論和方法的科學指導。

混合式教學強調以學生為中心，學生只有在學習過程中始終維持和改善學習動機水平，才能積極主動地投入到學習活動中。學習動機在混合式教學和學習成效之間起到顯著的正向強化作用。激發(fā)學生的學習動機，需要學習動機理論的指導，如強化動機理論、需求層次理論、成就動力理論、成敗歸因理論、自我價值理論等。

在面向對象方法學混合式教學設計中，利用ARCS學習動機模型設計教學案例、教學活動、實驗任務等，并以布魯姆教育目標分類作為教學設計的基本理論，教學目標的設置、知識點的教學順序安排都呈現(xiàn)一種螺旋上升的層次化，使學生的知識、能力、素質培養(yǎng)符合科學的認知規(guī)律。混合式教學中認知過程維度的不同階段如圖4所示。

圖4 混合式教學中的認知過程維度

在混合式教學設計中還以布魯納的“認知—發(fā)現(xiàn)”學習理論[8]為指導，該理論強調學生應作為學習過程中主動積極的知識探究者，與混合式教學強調以學生為中心一致；強調直覺思維在學習中的重要性，采取跳躍式和變化的方式來思維，與培養(yǎng)學生高階思維能力和創(chuàng)新能力的目標一致；強調內在動機在學習過程中的重要性，與ARCS學習動機模型所體現(xiàn)的思想一致；強調信息提取，關鍵在于信息的組織，提倡在教學設計和學習過程中使用思維導圖等展示工具進行提取式學習[9]，不僅可以構建知識間的組織關聯(lián)結構，而且可以建立知識與思考過程之間的聯(lián)系[10]。

3.2.2 教學策略

翻轉課堂是實施混合式教學的主要課堂教學模式[11]，強調課前知識的積累和課上知識的內化這一完整的學習過程[12]，強調以學為中心的課堂組織形式，需要多樣化的教學策略來支撐教學活動，包括教學活動策略、教學提問策略等。

教學活動策略是教學活動實踐時的方式方法，主要包括提問、隨堂測驗、頭腦風暴、小組討論交流、總結匯報等?？茖W有效的教學活動可以引發(fā)學生深入思考，激勵學生積極參與學習過程。面向對象方法學翻轉課堂教學活動的設計基于教學內容，以學生“學”為中心，以課前學習反饋為依據(jù)，以“問題導向，任務驅動”為設計原則，以多層次目標的達成為導向，將ARCS學習動機模型作為教學策略應用于教學活動的指導模型，服務學生知識、思維與能力的綜合發(fā)展。教學活動的開展需要給學生足夠的思考和準備時間，并提供相應的技術支持和實施環(huán)境，并做好示范引導工作。

教學提問策略是指導教師如何科學地設計問題并進行有效提問。封閉式問題可以作為課前任務的學習反饋和課堂學習知識點的引入；開放式問題和探究式問題可以作為小組討論活動的問題驅動，采用漏洞型提問模型用問題推動的方式激發(fā)學生討論。翻轉課堂上常使用的“四問題”提問形式，與布魯姆認知過程的層次是一致的。以面向對象方法學中里氏替換原則知識點為例，開展“四問題”式的提問（見表2）。

3.2.3 教學評價

面向對象方法學教學評價采用復合評價體系，具有評價主體多元化、評價方式多樣化、評價內容全面化、評價過程動態(tài)化的特點[13]，既注重學習過程的評價，也注重學習成效的評價。評價方式包括形成性評價、過程性評價和終結性評價，體現(xiàn)評價方式多樣化的特點。

表2 “四問題”形式的提問案例

通過形成性評價，教師可以隨時了解學生學習的進展情況，獲得教學過程中的連續(xù)反饋，為修改教學進度和設計教學活動提供參考，也促使學生對學習的過程進行積極地反思、總結和調整。形成性評價主要從課前任務的完成、微視頻的學習情況、單元知識點的測試、作業(yè)提交等方面做出發(fā)展性評價，體現(xiàn)評價過程動態(tài)化的特點。

通過過程性評價，學生可以逐步找到適合自己的學習方式、學習策略，增強自信，維持和增進學習動機，提高學習效率和質量。過程性評價可以通過課后作業(yè)、實驗報告、課上參與式活動的表現(xiàn)、線下團隊協(xié)作學習活動等方面進行教師評價、學生自評和學生互評，增強學生的自信心，體現(xiàn)評價主體多元化的特點。

通過終結性評價，可以使學生獲知整門課程的掌握情況，并進行教學效果反饋。終結性評價主要對理論掌握和實踐應用兩方面進行評價，包括期末筆試成績和實驗實踐成績，體現(xiàn)評價內容全面化的特點。

3.3 實施支持

混合式教學的順利開展需要信息技術、移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、教學輔助和開發(fā)工具的支撐，技術服務于教師的教學過程、服務于學生的學習過程，具體體現(xiàn)在TPACK模型中的整合技術的學科知識TCK和整合技術的教學法TPK。

3.3.1 整合技術的學科內容TCK

1）提供數(shù)字化教學資源支持。

實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”支撐教與學的基礎是搭建在線課程，在網(wǎng)絡環(huán)境下使用信息化平臺建設課程，制作類型豐富的學習資源，例如教學微視頻的錄制與編輯、交互式多媒體課件的制作、實驗演示動畫的設計、在線題庫建設、實驗平臺的開發(fā)。使用合適的信息技術對教學知識進行多方面多形式呈現(xiàn)，便于學生的理解，并利于激發(fā)學生的學習動機。

2）發(fā)揮思維可視化工具在教與學過程中的積極作用。

通過思維導圖可以將課程總體知識、重點和難點，從知識點分布到認知梯度進行展示，實現(xiàn)將認知目標分類細化；從細分知識到系統(tǒng)知識的鏈接，構建清晰的知識脈絡，建立起課程體系多門課程間的關聯(lián)。在學生自主學習過程中，進行課前或課后學習內容總結，使用思維導圖進行知識梳理，加深記憶、引發(fā)思考。在課堂上可以利用思維導圖展示頭腦風暴、小組討論、總結等教學活動中的思維過程，利于思維的培養(yǎng)和訓練。

3.3.2 整合技術的教學法TPK

1）開展教學活動的技術支撐。

課上和課下教學活動的開展、教學策略的使用、教學評價的實施也離不開信息技術和交互式教學工具的支持。課下互動活動的開展主要通過在線課程的交流討論區(qū)或即時通訊工具實現(xiàn)；翻轉課堂可以借助信息化輔助工具高效進行課堂互動，例如藍墨云班課手機移動App、學堂在線的雨課堂、云課堂、超星學習通、問卷星、智慧樹的教師圈等，開展簽到、選人提問、搶答、分組任務、頭腦風暴、課堂測試等教學活動。

2）教學評價和教學效果反饋的科學依據(jù)。

在線學習統(tǒng)計分析工具為多角度多方面進行教學評價和教學效果反饋提供評判依據(jù)。通過在線課程的教學微視頻觀看時間、教學資源下載量、作業(yè)提交情況、課程問卷調查、討論區(qū)發(fā)帖和回復數(shù)量、在線測試次數(shù)和分數(shù)等獲取學生在線學習行為和學習效果反饋，然后對學習行為進行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析與預測，為支持個性化學習和實施適應性教學提供科學依據(jù)。

4 結語

教學改革要與時俱進，為滿足教學目標多樣化、學習需求多樣性，適應“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化教學環(huán)境，需要有效設計和實施教學，符合數(shù)字化時代特點。信息技術和教學融合是一個復雜的問題，需要結合具體課程的特點進行教學設計和開展教學實踐，并不斷進行教學反思來完善教學，利用信息技術來幫助解決教和學過程中存在的問題。基于TPACK的教學設計強調科學知識、教學法知識和技術知識融合的重要性，借助在線課程以及各類交互式工具，在多種教學理論的指導下，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”支撐教與學，服務于教學模式、教學策略、教學活動、教學評價，服務于學生學習。經(jīng)過兩年的面向對象方法學混合式教學實踐，在激發(fā)學生學習動機、提高教學質量、實現(xiàn)多目標培養(yǎng)等方面都卓有成效，基于TPACK的混合式教學框架和實施框架也可以應用到其他課程。