蔡碧云,鄭衛(wèi)峰

（福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院，福建福州 350117）

一、引言

2014年，教育部制定了《中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，對教師教育教學(xué)和專業(yè)發(fā)展提出了“應(yīng)用信息技術(shù)優(yōu)化課堂教學(xué)的能力”的基本要求[1]。2018年，教育部印發(fā)《2018年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》，其重點任務(wù)之一是促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合發(fā)展[2]?？梢?，隨著教育信息化的發(fā)展，信息技術(shù)與課程整合成為基礎(chǔ)教育改革的一大熱點。用信息技術(shù)變革教育是信息化時代對當(dāng)代教師的基本要求。因此，為了提升教師應(yīng)用信息技術(shù)改進(jìn)課堂教學(xué)的能力，促進(jìn)教師專業(yè)成長，分析教師整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識（Technological Pedagogical Content Knowledge ，簡稱TPACK）發(fā)展現(xiàn)狀是非常有必要的。

新頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》也提到：提高物理教學(xué)水平，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，離不開信息技術(shù)與物理學(xué)習(xí)的融合[3]。這就要求物理教師要知道自己的TPACK水平，積極探索信息技術(shù)與物理教學(xué)深度融合的策略，提高教育教學(xué)水平。然而，教師的TPACK往往是隱性知識，只有通過課堂教學(xué)才得以展現(xiàn)。而且國內(nèi)對物理教師在課堂教學(xué)中所表現(xiàn)出來的TPACK特征研究甚少。鑒于此，本文嘗試結(jié)合物理學(xué)科的特點，根據(jù)Koehler和Mishra提出的TPACK理論，給出信息技術(shù)支持下的中學(xué)物理學(xué)科知識（TPACPK）分析框架（為了避免與其他學(xué)科的TPACK混淆，本文物理學(xué)科知識用CP表示）。從國家教育資源平臺“一師一優(yōu)課，一課一名師”活動的縣優(yōu)課和部優(yōu)課中，選取三對高中物理“同課異構(gòu)”課，運用質(zhì)性分析軟件NVivo11對六位教師在課堂中展現(xiàn)的TPACPK采用定性與定量相結(jié)合的方法進(jìn)行對比分析，呈現(xiàn)高中物理教師的TPACPK發(fā)展現(xiàn)狀，并探討發(fā)展物理教師TPACpK的策略。

二、中學(xué)物理教師TPACK理論分析框架

TPACK(Technological Pedagogical Content Knowledge)是美國學(xué)者Koehler和Mishra在Shulman提出的學(xué)科教學(xué)知識（PCK)的基礎(chǔ)上提出的。他們認(rèn)為TPACK是使用技術(shù)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)教學(xué)的基礎(chǔ)，是教師創(chuàng)造性地將技術(shù)、教學(xué)法和學(xué)科內(nèi)容三種關(guān)鍵知識整合起來，而又超越三者的新興知識形態(tài)[4]。TPACK框架包含學(xué)科內(nèi)容的知識（CK），教學(xué)法知識(PK)和技術(shù)的知識(TK)三個核心元素以及由核心元素交互融合形成的學(xué)科教學(xué)法知識(PCK)、整合技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容知識(TCK)、整合技術(shù)的教學(xué)法知識(TPK)和整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)法知識(TPACK)四種復(fù)合元素[5]。另一種觀點是把TPACK看成一個整體，比如Niess根據(jù)Grossman提出的學(xué)科知識的四個核心元素，提出了TPACK的4個核心要素：(1)整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)統(tǒng)領(lǐng)性觀念；(2)整合技術(shù)的學(xué)科課程知識；(3)整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)策略與教學(xué)表征知識；(4)整合技術(shù)的學(xué)生學(xué)科理解知識[6]。陳建等人就是用Niess的框架，定性地探討物理教師TPACK的發(fā)展策略[7]。

目前，尚無成熟的切合物理學(xué)科特點的TPACK結(jié)構(gòu)模型[7]。根據(jù)Koehler、Mishra提出TPACK框架的基本思想，并結(jié)合物理學(xué)科自身的特點，本文整合信息技術(shù)的物理學(xué)科知識（TPACPK）框架（如下圖），它包含了信息技術(shù)知識（TK）、物理學(xué)科內(nèi)容知識（CPK）和教學(xué)法知識（PK）三個基本元素。這三者相互融合產(chǎn)生二維融合知識TCPK、PCPK和TPK以及三重互動知識TPACPK 這四個復(fù)合元素。

（信息）技術(shù)支持下物理學(xué)科知識（TPACPK）分析框架

在上圖中，①技術(shù)知識（TK）主要指的是物理教師對深入物理學(xué)科的信息技術(shù)工具的選擇和應(yīng)用的知識；②物理學(xué)科內(nèi)容知識（CPK）指物理教師在每堂課中所教的、學(xué)生所要學(xué)的具體課程目標(biāo)知識；③教學(xué)法知識（PK）指有關(guān)教育學(xué)心理學(xué)、教學(xué)過程組織、教學(xué)決策教學(xué)方法等普適知識；④整合技術(shù)的物理學(xué)科內(nèi)容知識（TCPK）指有效運用信息技術(shù)整合物理學(xué)科內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方法，提高課堂效率的隱形知識；⑤整合技術(shù)的教育學(xué)知識（TPK）指恰當(dāng)運用信息技術(shù)工具改進(jìn)物理教學(xué)活動流程、評價方式等激發(fā)學(xué)生興趣的知識；⑥物理教學(xué)知識（PCPK）指根據(jù)具體的教學(xué)情境，將物理知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生易于理解的知識。

由本框架可看出，TK、PK和CPK三者疊加的區(qū)域⑦TPACPK是指物理教師創(chuàng)造性地整合并超越信息技術(shù)、物理教學(xué)法、物理學(xué)科內(nèi)容三種核心知識形成的新框架，是中學(xué)物理教師的核心素養(yǎng)之一[8]，其建構(gòu)意義是完善和優(yōu)化物理教師的知識結(jié)構(gòu)。值得說明的是，當(dāng)有關(guān)的信息技術(shù)知識真正地融入教師的教學(xué)知識基礎(chǔ)后，TPACPK 就成為了廣義的PCPK[9]。那些還沒被熟練掌握、靈活應(yīng)用的以及新出現(xiàn)的技術(shù)元素并沒有消隱，依然是技術(shù)元素。這就需要物理教師不斷地學(xué)習(xí)，不斷完善自己的TPACPK結(jié)構(gòu)。

三、物理教師TPACK編碼規(guī)則的制定及視頻分析統(tǒng)計

基于年級跨度與教師層次兩個方面考慮，選取了國家教育資源公共服務(wù)平臺“一師一優(yōu)課，一課一名師”中三對“同課異構(gòu)” 課作為比較研究對象。分別是高一《牛頓第二定律》、高二《多用電表的使用》、高三《滑塊—木板專題》。其中每對課例包含一節(jié)縣級優(yōu)課和一節(jié)部級優(yōu)課。該選擇基于三個方面的考慮：（1）跨年級、跨層次，數(shù)據(jù)更具說服力（2）資源易于獲?。?）資源具有開放性，便于后續(xù)同類研究進(jìn)行更大規(guī)模的實證研究。

視頻分析工具采用NVivo11，它是一款能夠?qū)ξ淖?、音視頻、網(wǎng)頁等非數(shù)量化和一些無結(jié)構(gòu)的資料進(jìn)行分析的質(zhì)性分析軟件。研究者可根據(jù)需要為節(jié)點實現(xiàn)自定義編碼，生成餅狀圖、散點圖、雷達(dá)圖等。針對視頻資料，其可完成課堂教學(xué)視頻分析從轉(zhuǎn)錄文本、根據(jù)編碼設(shè)置節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和圖表分析，還可以對不同編碼者的編碼進(jìn)行一致性檢驗[10]。

參照本文第二部分給出的信息技術(shù)支持下物理學(xué)科知識（TPACPK）分析框架和TPACPK各元素的含義，制定了制定物理教師課堂教學(xué)行為TPACPK編碼規(guī)則，并給出了案例說明（如表1）。在編碼過程中主要參考張海、王以寧和何克抗的視頻觀察和記錄編碼的標(biāo)準(zhǔn)[11]：以教師完成一個連貫和完整的教學(xué)行為為分割點對課堂教學(xué)視頻進(jìn)行時間劃分，并記錄該段視頻中教師的教學(xué)行為具體內(nèi)容。然后依據(jù)制訂的編碼規(guī)則，給該視頻片段內(nèi)容賦予一個唯一且能夠涵蓋全面的TPACPK元素[12]。

表1 物理教師課堂教學(xué)行為TPACK編碼規(guī)則

四、課例中物理教師TPACPK統(tǒng)計結(jié)果分析與討論

在完成編碼之后，本研究采用表格的方式呈現(xiàn)三對“同課異構(gòu)”課例中物理教師各TPACPK元素所用時間百分比（如表2）。

表2 物理教師TPACK各元素時長統(tǒng)計表

從中可以看出，高中物理教師在課堂教學(xué)中的主要TPACPK知識為PCPK和TPACPK二者所用時間和將近90%。表明物理教師應(yīng)當(dāng)提升PCPK和TPACPK水平，以保證教學(xué)過程的順利進(jìn)行。各教師TPACPK各元素具體的所用時間百分比。

（一）物理教師信息技術(shù)層面（T）的統(tǒng)計與分析

TPACK元素中TPACK、TPK、TK、TCK這四個元素中均涉及信息技術(shù)（T）的使用。部優(yōu)課中，教師運用與信息技術(shù)有關(guān)的元素（TPACPK、TPK、TK、TCPK）時間之和從高一到高三依次為43.6%、61.07%、37.62%；而縣優(yōu)課中，高一到高三時間之和分別為22.79%、38.11%、12.39%。由此可見，無論是哪個年級，部優(yōu)教師使用與信息技術(shù)的時間均比縣優(yōu)教師高，表明部優(yōu)課物理教師更加注重在課堂教學(xué)中使用信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，以提高課堂效率。

（二）物理教師教學(xué)法知識層面（P）的統(tǒng)計與分析

TPACK各元素中涉及教育教學(xué)法（P）的元素有TPACK、PCK、PK、TPK。在這三對“同課異構(gòu)”課例中，教師運用到教育教學(xué)法（TPACPK、PCPK、PK、TPK）進(jìn)行教學(xué)的時長百分比最低為91.77%，最高為98.79%。這可以看出，物理教師向?qū)W生傳授知識的過程中絕大部分時間需要用到教育教學(xué)法的知識，通過教育教學(xué)法知識將自己的教與學(xué)生的學(xué)結(jié)合起來。因此，熟練、成熟、豐富的教學(xué)法知識使得教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接更流暢，減少課堂混亂。對于部優(yōu)課，純教學(xué)法知識的使用時間占比最高為8.27%；對于縣優(yōu)課，純教學(xué)法知識的使用時間占比最高為15.40%，比部優(yōu)幾乎高出一倍。這說明部優(yōu)課教師更加擅于將一般教學(xué)法知識與其他知識的整合，提高課堂效率。

（三）物理教師學(xué)科內(nèi)容知識層面（CP）的統(tǒng)計與分析

在TPACK各元素中涉及學(xué)科教學(xué)內(nèi)容知識（C）的元素有TPACK、PCK、CK、TCK。對于部優(yōu)教師，與物理學(xué)科內(nèi)容有關(guān)的元素（TPACPK、PCPK、CPK、TCPK）時間之從高一到高三依次為89.28%、87.98%、93.74%；而縣優(yōu)課教師，從高一到高三依次為79.19%、92.06%、90.02%。二者的時間占比差異不大。這表明在物理課堂中，絕大部分時間是教師在進(jìn)行物理知識的傳遞，因此物理教師擁有足夠的物理知識是進(jìn)行教學(xué)的基礎(chǔ)。還有，6位教師純CPK元素為1%左右。CPK很少單獨體現(xiàn)，需要物理教師以學(xué)科教學(xué)法知識或技術(shù)知識為載體，才能將知識更加有效地向?qū)W生傳遞。

（四）其他層面的統(tǒng)計與分析

教師層次方面。每對“同課異構(gòu)”課例中部優(yōu)課教師的使用TPACK時長百分均比縣優(yōu)課教師高。這可看出，部優(yōu)課教師更加擅于在教學(xué)過程中運用信息技術(shù)與教學(xué)法的知識，實現(xiàn)TK、CPK、PK三者的整合。即部優(yōu)教師的整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識結(jié)構(gòu)優(yōu)于縣優(yōu)課教師。教師的信息技術(shù)水平影響了整合技術(shù)的教學(xué)能力。

年級維度。在教師層次相同的前提下，高一和高二物理教師使用TPACK的時長高于高三，這與高低年級的學(xué)習(xí)任務(wù)有關(guān)。低年級學(xué)生的物理知識圖式主要處于學(xué)習(xí)新知識階段，需要教師整合技術(shù)的知識去優(yōu)化課堂，以促進(jìn)學(xué)生對知識的理解。還有，各年級TPACPK各元素的時間占比排序沒有一定的規(guī)律，則說明高中物理教師的TPACPK結(jié)構(gòu)具有一定的教學(xué)情境性。不同的情境下，CPK、TK、PK是一種動態(tài)關(guān)系，并非一成不變。針對不同的教學(xué)內(nèi)容，物理教師的TPACPK結(jié)構(gòu)也會有差異。也就是說，高低年級之間由于學(xué)生的特征、教學(xué)內(nèi)容以及課型等不同，教師的TPACPK結(jié)構(gòu)具有差異性、情境性和動態(tài)性。因此，教師要根據(jù)教學(xué)需要，不斷調(diào)整、豐富自己的TPACPK結(jié)構(gòu)。還有，6位教師中僅有一位部優(yōu)教師的整合技術(shù)的教學(xué)法知識（TPACPK）的使用時長百分比超過50%。這說明雖然目前信息技術(shù)受到了教育界廣泛的關(guān)注，但是在課堂教學(xué)中，大多數(shù)物理教師還不夠注重信息技術(shù)教育資源的開發(fā)與利用。換言之，物理教師整合信息技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)知識的能力還有待提升。

五、提升物理教師TPACPK水平的策略

教育信息化對教師知識結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。深入物理學(xué)科研究物理教師的TPACPK，對促進(jìn)信息技術(shù)與物理學(xué)科的融合和提高物理教育教學(xué)質(zhì)量有很大的幫助。

首先，教師具備足夠的信息技術(shù)知識，是優(yōu)化TPACK結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。掌握與物理學(xué)科常用輔助教學(xué)工具是儲備TK的重要途徑，也是促進(jìn)TK與PCK融合的必要基礎(chǔ)。比如中學(xué)電路虛擬實驗室、DIS物理實驗數(shù)據(jù)化系統(tǒng)、動態(tài)思維工具等。根據(jù)實際教學(xué)，利用這些工具進(jìn)行TPACK 教學(xué)設(shè)計，很大程度上可以幫助教師高效完成教學(xué)目標(biāo)及任務(wù)和更好地輔助學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

其次，由于物理教師的TPACK結(jié)構(gòu)特征具有差異性。因此，研究優(yōu)秀課例（示范課），是促進(jìn)自身TPACK發(fā)展的有效途徑之一。通過學(xué)習(xí)、分析TPACK優(yōu)秀課例，挖掘優(yōu)秀教師所具備的TPACK知識素養(yǎng)，思考他們是如何處理教材；如何根據(jù)學(xué)情、教學(xué)環(huán)境等選擇信息技術(shù)或?qū)I(yè)軟件；如何運用信息技術(shù)改變教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式以及擴展知識的來源；在教學(xué)中滲透了哪些教學(xué)理念等。然后與自己的教學(xué)實踐比較，進(jìn)行借鑒[13]。經(jīng)過學(xué)習(xí)、分析、評價、反思到改善自己的教學(xué)的過程，促進(jìn)自身的TPACK發(fā)展。

最后，物理教師的TPACK結(jié)構(gòu)具有綜合性、實踐性。教師可以通過“專題研討、同課異構(gòu)、案例研發(fā)”等活動形成實踐共同體[14]；搭建TPACK交流平臺、研究有關(guān)TPACK的期刊文獻(xiàn)；此外，學(xué)校及教育部門要提高學(xué)校教育技術(shù)裝備水平，并鼓勵教師積極主動投入到TPACK的教學(xué)實踐中，形成良好的教學(xué)氛圍。通過這些方式，促進(jìn)物理教師對信息技術(shù)的深度學(xué)習(xí)以及TPACK素養(yǎng)共同發(fā)展。

六、結(jié)語

本文僅僅是嘗試性地采用定量與定性相結(jié)合的方法對“同課異構(gòu)”案例進(jìn)行視頻分析，探索性地研究了高中物理教師的TPACK素養(yǎng)。今后的研究中，物理教育工作者還可以從不同層次教師的TPACK結(jié)構(gòu)（新手型教師與專家型教師、職前教師與在職教師等）、不同的課型或者具體的教學(xué)案例等方面進(jìn)行深入的研究。