泛在移動(dòng)教學(xué)：TPACK模型下的教學(xué)重構(gòu)與實(shí)踐

趙榆琴，黃和飛

（1.大理大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，云南大理 671003；2.大理大學(xué)教育評(píng)估中心，云南大理 671003）

大學(xué)教育，是以提高質(zhì)量為核心的內(nèi)涵式發(fā)展。傳統(tǒng)的講授型教學(xué)模式，學(xué)科教學(xué)能力是核心。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，教學(xué)進(jìn)入多媒體教學(xué)時(shí)代，信息技術(shù)應(yīng)用是核心。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，智能終端設(shè)備、多媒體交互展示設(shè)備，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、互動(dòng)教學(xué)設(shè)備等開(kāi)始出現(xiàn)在教學(xué)中。近幾年，大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到教學(xué)過(guò)程中。信息化教學(xué)從單純的使用軟硬件設(shè)備技術(shù)，開(kāi)始變成如何使用這些技術(shù)讓教學(xué)變得更智能。至此，信息化教學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段——泛在智能時(shí)代。

李克強(qiáng)總理在2015 年《政府工作報(bào)告》中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃。信息化新技術(shù)的使用和操作對(duì)于教師們已經(jīng)不是難題，而他們的重點(diǎn)和難點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)移，即在泛在智能時(shí)代，信息技術(shù)如何去解決教學(xué)中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)與教學(xué)過(guò)程的深度融合。這種融合即教師如何針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)重構(gòu)，進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新。

近 年 來(lái)，“TPACK（technological pedagogical content knowledge）”、“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、“教育O2O”（online to offline）、智慧教學(xué)等概念受到了廣大教育者的高度關(guān)注；“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的提出改變了人們對(duì)教育模式原有的認(rèn)知，通過(guò)信息技術(shù)的支撐，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)教育融合，將打破傳統(tǒng)教育的封閉模式，重塑一個(gè)開(kāi)放創(chuàng)新的新教育生態(tài)〔1〕。教育者已經(jīng)意識(shí)到“互聯(lián)網(wǎng)+教育”教學(xué)設(shè)計(jì)是未來(lái)教育的必然趨勢(shì)。

1 基于TPACK模型的教學(xué)重構(gòu)設(shè)計(jì)思路

TPACK 是由美國(guó)學(xué)者Koehler 和Mishra 于2005年在Shulman（舒爾曼）提出的學(xué)科教學(xué)知識(shí)PCK的基礎(chǔ)上提出的，全美教師教育學(xué)院協(xié)會(huì)AACTE在《整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)：教育者手冊(cè)》中推出了這一模型。從2005 年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)TPACK 展開(kāi)了大量的理論和實(shí)踐的研究。對(duì)TPACK 的研究有助于提升教師駕馭教學(xué)和應(yīng)用信息技術(shù)的能力，對(duì)教師融合信息技術(shù)、優(yōu)化教學(xué)起到強(qiáng)大的助推作用〔1〕。

TPACK 模型將教師信息化教學(xué)能力所需的三大基本要素：學(xué)科知識(shí)CK（content knowledge）、教學(xué)法知識(shí)PK（pedagogical knowledge）和技術(shù)知識(shí)TK（technological knowledge）進(jìn)行整合。兩兩整合后，我們可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式，對(duì)教師的能力主要體現(xiàn)在學(xué)科教學(xué)法知識(shí)PCK 上，而進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時(shí)代，對(duì)教師的能力則主要體現(xiàn)在整合技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容知識(shí)TCK 和整合技術(shù)的教學(xué)法知識(shí)TPK 上，即教師的信息化教學(xué)能力。三大基本要素整合后，則得到實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)TPACK。

2 基于TPACK模型的教學(xué)重構(gòu)設(shè)計(jì)方案

從TPACK 模型中可以看到，在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時(shí)代，要實(shí)現(xiàn)有效的信息化教學(xué)。教師的信息化能力，即要求教師能夠具備基于信息技術(shù)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的能力便成為當(dāng)務(wù)之急。

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時(shí)代下，大學(xué)教育面臨幾個(gè)主要的問(wèn)題：其一，教學(xué)資源缺乏針對(duì)性、不能滿(mǎn)足多元化需求；其二，學(xué)生學(xué)習(xí)空間局限；其三，傳統(tǒng)教學(xué)手段不利于教學(xué)整改〔2〕。面臨這樣的教育現(xiàn)狀，需要提高教育者的教學(xué)信息化能力。根據(jù)TPACK 模型，教育者需要對(duì)TPK、TCK、PCK 三種能力進(jìn)行提高，即對(duì)教學(xué)模式、教學(xué)策略和教學(xué)資源進(jìn)行教學(xué)重構(gòu)，如圖1所示。

圖1 TPACK教學(xué)信息化能力構(gòu)建圖

本文所設(shè)計(jì)的教學(xué)重構(gòu)方案，結(jié)合程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的特點(diǎn)，以“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”（C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)）課程為實(shí)踐課程。對(duì)“基于MOOC+SPOC+任務(wù)驅(qū)動(dòng)”〔3〕的程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式進(jìn)行重構(gòu)，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)策略進(jìn)行重構(gòu)，對(duì)已采用的教學(xué)模式和教學(xué)策略中涉及的教學(xué)資源進(jìn)行重構(gòu)。教學(xué)重構(gòu)過(guò)程中，特別注重“泛在式”移動(dòng)學(xué)習(xí)〔2〕和智慧課堂〔4〕的切入。教學(xué)重構(gòu)完畢后，對(duì)教學(xué)效果采用“基于能力訓(xùn)練的程序設(shè)計(jì)形成性評(píng)價(jià)”〔5〕作為教學(xué)評(píng)價(jià)方式。教學(xué)重構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 TPACK教學(xué)重構(gòu)模型

3 基于TPACK模型的教學(xué)重構(gòu)方案實(shí)施

筆者在2018 級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)兩個(gè)班（共96人）進(jìn)行實(shí)踐。開(kāi)課前，教師向?qū)W生說(shuō)明課程所采用的教學(xué)模式、教學(xué)策略和教學(xué)資源的設(shè)計(jì)，即告之學(xué)生，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)“泛在移動(dòng)學(xué)習(xí)”的過(guò)程，學(xué)生可以不受空間、時(shí)間、資源和方式的限制，隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生的所有線(xiàn)上線(xiàn)下的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)結(jié)果都會(huì)計(jì)入形成性評(píng)價(jià)中。

3.1 教學(xué)模式重構(gòu)考慮到“SPOC”主要還是使用課堂講授方式實(shí)現(xiàn)，占用了課堂寶貴的時(shí)間，也并不是所有學(xué)生都需要這一環(huán)節(jié)，將“SPOC”改為線(xiàn)上學(xué)生自主完成。另外，將原來(lái)教學(xué)模式中以“任務(wù)”驅(qū)動(dòng)改為“問(wèn)題”驅(qū)動(dòng)（PBL），培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。在完成主題性作業(yè)的前期，引入小組合作學(xué)習(xí)（team-based learning，TBL）模式，以幫助基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力弱的同學(xué)盡快切入主題性作業(yè)。在課程后期，對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)、學(xué)習(xí)效果較好的同學(xué)，結(jié)合教師的科研，引入以探究為基礎(chǔ)（research-based learning，RBL）模式，引導(dǎo)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展；同時(shí)以學(xué)生為中心，根據(jù)不同學(xué)生個(gè)體引入不同教學(xué)模式。為了彌補(bǔ)部分同學(xué)對(duì)MOOC 資源利用率不高的問(wèn)題，合理借鑒“5A”學(xué)習(xí)〔2〕。

3.2 教學(xué)策略重構(gòu)課堂提問(wèn)的學(xué)生覆蓋率非常有限，而且教師發(fā)現(xiàn)，在提問(wèn)中很多同學(xué)不善于回答問(wèn)題，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此，重構(gòu)方案中，加大了“討論”教學(xué)策略的占比，將課堂提問(wèn)轉(zhuǎn)移到智慧課堂中。智慧課堂以學(xué)生為中心，從培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣、自主探究能力入手，通過(guò)不斷引導(dǎo)與互動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力〔6〕。在課堂上使用雨課堂智慧教學(xué)工具，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，當(dāng)堂發(fā)布課堂練習(xí)題。一方面學(xué)生當(dāng)堂完成后，馬上可以看到評(píng)價(jià)結(jié)果；另一方面，教師利用“彈幕”功能，當(dāng)堂將答案有代表性學(xué)生的答題投幕給所有同學(xué)看，可以提問(wèn)做對(duì)的同學(xué)請(qǐng)其講述思路，也可以匿名展示做錯(cuò)同學(xué)的答案，供大家討論。對(duì)課堂練習(xí)題的情況，包括學(xué)生的得分、每一道題的得分率、優(yōu)秀學(xué)生、預(yù)警學(xué)生等數(shù)據(jù)也一并由雨課堂后臺(tái)記錄下來(lái)，以備教師進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在實(shí)踐過(guò)程中，減少了講授和演示這樣以教師為中心的教學(xué)策略，增加了討論、訓(xùn)練實(shí)踐這樣以學(xué)生為中心的教學(xué)策略。

3.3 教學(xué)資源重構(gòu)將原來(lái)的“當(dāng)堂測(cè)試”改變?yōu)椤耙苿?dòng)測(cè)試”，即在雨課堂上發(fā)布測(cè)試題目，由學(xué)生在截止時(shí)間以前自行完成。雨課堂后臺(tái)會(huì)記錄下學(xué)生的測(cè)試完成情況，包括完成時(shí)間和完成題目，以備教師進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。另外，教師將課程學(xué)習(xí)資料，包括PPT、測(cè)試參考答案、主題性作業(yè)參考答案等，根據(jù)進(jìn)度適時(shí)上傳到雨課堂平臺(tái)，以供學(xué)生進(jìn)行“泛在”預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。雨課堂同樣會(huì)在后臺(tái)記錄下學(xué)生學(xué)習(xí)這些資料的情況，包括學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)內(nèi)容等。這些教學(xué)資源的重構(gòu)，也能夠彌補(bǔ)學(xué)生MOOC 進(jìn)行自主學(xué)習(xí)不主動(dòng)，導(dǎo)致部分同學(xué)日常作業(yè)完成不好的情況。

4 基于TPACK 模型的教學(xué)重構(gòu)方案評(píng)價(jià)和效果分析

如果沒(méi)有好的測(cè)評(píng)作為導(dǎo)向，那么目標(biāo)的制定和實(shí)施將成為一紙空文。有效的評(píng)價(jià)機(jī)制可以讓教師及時(shí)了解教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度和學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)活動(dòng)，改善教學(xué)計(jì)劃和方法〔7〕。在文獻(xiàn)〔5〕中提到，形成性評(píng)價(jià)面對(duì)的困難之一就是沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的平臺(tái)。另外，智慧教室不僅僅是軟硬件設(shè)備和技術(shù)的堆砌，更是通過(guò)對(duì)教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集、分析與評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生的智能輔助教與學(xué)。本方案在采用“基于能力訓(xùn)練的程序設(shè)計(jì)形成性評(píng)價(jià)”的基礎(chǔ)上，利用雨課堂智慧教學(xué)工具，對(duì)學(xué)生泛在式移動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中的“學(xué)習(xí)過(guò)程”數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和評(píng)價(jià)。

（1）筆者以2017 級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)2 班（未進(jìn)行教學(xué)重構(gòu)）和2018級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)2班（進(jìn)行教學(xué)重構(gòu)）進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比項(xiàng)如表1所示。

表1 教學(xué)重構(gòu)效果分析對(duì)比表

（2）對(duì)2018 級(jí)2 班學(xué)生的日常作業(yè)、測(cè)試成績(jī)、期中考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、主題性作業(yè)與期末考試成績(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，如表2 所示。表2 為各項(xiàng)教學(xué)資源的協(xié)方差矩陣，可以看出，各項(xiàng)教學(xué)資源的協(xié)方差均為正值，即正相關(guān)，變化方向一致，變化趨勢(shì)接近；協(xié)方差絕對(duì)值越大，影響程度越大。例如：實(shí)驗(yàn)成績(jī)和主題性作業(yè)相關(guān)度高（協(xié)方差為0.547 738），日常作業(yè)與測(cè)試成績(jī)相關(guān)度高（協(xié)方差為0.496 045），測(cè)試成績(jī)與期末考試成績(jī)相關(guān)度高（協(xié)方差為0.397 653）。

（3）對(duì)2018級(jí)2班47名學(xué)生的日常作業(yè)、測(cè)試成績(jī)、期中考試成績(jī)、主題性作業(yè)與期末考試成績(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)折線(xiàn)圖比對(duì)，如圖3所示。圖3中，實(shí)驗(yàn)成績(jī)、主題性作業(yè)、測(cè)試成績(jī)與期末考試成績(jī)的變化情況保持一致，與數(shù)據(jù)相關(guān)性分析得到的結(jié)論是一致的。

（4）為了對(duì)文獻(xiàn)〔5〕中提出的問(wèn)題加以繼續(xù)實(shí)踐和說(shuō)明，筆者將試卷設(shè)計(jì)為五大類(lèi)型的題目，用這五大類(lèi)型的題目考察學(xué)生的編程技能，其中2018級(jí)2 班47 名學(xué)生各種題型及期末考試成績(jī)分布如圖4 所示。從圖4 中可以看出，期末考試成績(jī)受程序設(shè)計(jì)題、程序填空題的得分影響最大。這符合基于能力訓(xùn)練的形成性評(píng)價(jià)模式設(shè)計(jì)的初衷。

表2 各項(xiàng)教學(xué)資源相關(guān)分析表

圖3 各項(xiàng)學(xué)習(xí)項(xiàng)目數(shù)據(jù)對(duì)比折線(xiàn)圖

圖4 編程技能與期末考試成績(jī)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

5 結(jié)語(yǔ)

其一，與學(xué)生考試成績(jī)密切相關(guān)的是測(cè)試成績(jī)和主題性作業(yè)，是教學(xué)資源重構(gòu)后的泛在移動(dòng)學(xué)習(xí)。由此，決定學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的，最能體現(xiàn)學(xué)生編程能力的是泛在移動(dòng)學(xué)習(xí)資源。

其二，教學(xué)模式重構(gòu)后，分階段引入了PBL、TBL 和RBL，改變了“SPOC”的引入時(shí)間，強(qiáng)化了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)。從上文數(shù)據(jù)分析中可以看出，期末考試成績(jī)好的一定是程序設(shè)計(jì)能力較強(qiáng)的同學(xué)，即編程能力全面的同學(xué)，而且這些同學(xué)在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中一直都學(xué)習(xí)得很好。沒(méi)有出現(xiàn)平時(shí)各項(xiàng)學(xué)習(xí)很差，而考試成績(jī)好的情況。

其三，教學(xué)策略重構(gòu)后，對(duì)某一節(jié)課學(xué)習(xí)效果不好的同學(xué)進(jìn)行警示和關(guān)注，能有效地將這類(lèi)學(xué)生拉回到正常的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)效果上來(lái)。對(duì)于加大“討論”減少“講授”的教學(xué)策略的調(diào)整，在程序設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練時(shí)特別有效。一個(gè)程序分析題，同學(xué)們會(huì)得到不同的答案，通過(guò)雨課堂的彈幕功能，大家一起驗(yàn)證哪個(gè)答案是正確的。經(jīng)過(guò)這樣的訓(xùn)練，學(xué)生能自然而然建立起計(jì)算思維。這種教學(xué)策略的調(diào)整，比老師直接分析某個(gè)程序怎么寫(xiě)，更能提高學(xué)生的主動(dòng)參與意識(shí)和自主思考能力。

2019 年8 月25 日，由全國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會(huì)等主辦的“程序設(shè)計(jì)能力等級(jí)與課程標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)”召開(kāi)，會(huì)上提出智慧教學(xué)實(shí)施的關(guān)鍵：（1）智慧教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)在于，學(xué)校是否沉淀了足夠細(xì)致的數(shù)據(jù)；（2）數(shù)據(jù)能否沉淀的關(guān)鍵在于，教師是否樂(lè)于改變教學(xué)設(shè)計(jì)。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時(shí)代，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的各種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)泛在移動(dòng)教學(xué)，是當(dāng)前高校教師面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。評(píng)價(jià)創(chuàng)新教學(xué)模式，合理運(yùn)用教學(xué)策略，精心設(shè)計(jì)教學(xué)資源，使得移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等前沿學(xué)科，除了能為教學(xué)提供技術(shù)支撐以外，教育（學(xué)）大數(shù)據(jù)的分析和利用也將能為未來(lái)教育提供方向指引。