TPACK如何支持网络化科学探究学习

罗立成+杨絮++张海

信息技术与科学学习整合的关键问题

近几年，利用信息技术帮助教师与学生进行科学调查、增强学习体验，越来越受到研究者、从业者和政策制定者的极大关注。首先，利用万维网可以方便访问到海量前沿科学信息，还可以实现人与人、人与信息之间的交互，这取代了面对面的会议与传统文本。其次，课堂中信息技术的精心编排能够增强学习者对科学思想的理解，促进学习者的独立性，并使其参与到科学学习中来。

但是，信息技术与科学学习的整合仍然存在一些难以克服的问题。例如，对教师和学生信息技术技能的要求，这需要教师与学生一有闲暇时间就要练习和使用信息技术。再如，科学学习需要真实情境的创设，这也需要系统硬件和软件的配合。如果希望学生能够像科学家一样思考和工作，那么学生参与的活动必须是真实有意义的，这意味着学生应该获得机会来应用他们日益增长的科学知识、练习制定决策、学习有助于科学家获取知识的社会实践和讨论。同时，真实性的需求对传统学校环境也提出了挑战，因为活动中包含着自我导向的学习者，他们通过不同的来源调查、解释、评价信息的可信度，进而解决自己的问题，而这样的活动很难实现。

如何克服上述难题？尽管信息与通信技术提供了一套工具来支持这种努力，但是单独的信息技术改变不了科学课堂中的教学实践。如果希望利用信息技术转变科学学习方式，不仅需要塑造教师的教学法，而且需要研究者与教师的协同，并且需要我们去探索信息技术的创造性、协作性、实验性和评价性。

当前，已经有大量实例表明使用信息与通信技术进行学习方式转变是可行的，但这需要对信息技术整合课程的实施原理进行深刻理解。而提供给教师和学生的不同的信息技术工具是在特定的社会文化环境下，针对特定目的开发的，这就意味着在课堂中使用信息技术受到如下几方面因素的影响，即教师已有的关于技术的应用与情境的知识、教师的学科内容知识、教师使用技术作为替代或辅助的教学实践。我们只有对这些因素进入深入探索，才能保证信息技术与科学学习实现深层融合。

信息技术与科学探究学习整合的内在逻辑

首先，基于探究的科学教育需要学生研究他们自身的疑问与问题，并搜集数据与信息进行分析研究，得出结论。有人认为，当学生在科学课堂上进行针对自身的调查并参与研究时，他们就有可能呈现更多的自主性，掌握更高的学习技巧，这也能够改变教师与学生之间的权利关系。这个结果很重要，因为它可以被解读为“学校不再是唯一的知识来源”。

其次，科学上的探究学习需要使用越来越多的信息技术来整理、分析和展现数据，这些数据是在学生的学习过程中获得的。当学生进入网络与协作学习时，学习中就包含基于网络的通信工具，并用其分享信息。这些基于网络的技术，如网站、电子邮件、音视频的应用程序，都能够支持学生在本地或远程搜集、分享或传播信息。如果学生能够使用技术进行搜集、分享、传播信息，并且信息传播的范围超出了原有班级的局限，那么信息与通信技术就拥有了支持学生展开科学调查的可能性。

我们在探讨信息技术与科学探究学习整合的本质时，可以发现，使用技术的科学教学在学习本质上是一个使用工具谈判与交易的过程，这些工具带有自己的社会、文化与认知维度。McKinley建议，“所有知识反映的及其本身都是文化价值观的体现，也是知识的来源”，因此，知识不是静态的，而是构建的、循环的、共享的。脑海中有了这种想法，学习者之间的协作就能够通过网络访问分享信息，这就是科学学习的探究核心。

信息技术与科学探究学习整合的四个研究方向

在德国，“allgemeiner Didaktik”类似于通用教学理论，它包含计划、行为、教学思想等内容，“Fach didaktik”类似于特定学科教学理论，如科学、数学，德国的教师对这两种教学理论有着严格的区分。“Fach Didaktik”专注于特定学科、教师、学生三者之间的关系，这种关系可以通过“Fach didaktik”三角形直观地展示出来（如图1）。三角形显示了教师、学生、学科内容间的关联，并把它们作为三个互相独立且彼此关联的实体。

在美国，教师教学法研究的关注点不是学科内容，这导致了课程研究与教学研究的分离，课程研究关注课程的实施与构建，教学研究关注测量结果与测量方法。舒尔曼使用他的学科教学知识（PCK）范式提出并描述了教学法与内容的交叉部分（如图2）。舒尔曼强调内容与教学法的整合，认为这可以塑造教师的专业技能，并认识到学科教学知识是学科内容与教学法的混合，它是教师的职责范畴，并能够展现出教师对自身专业的独特理解。

承继舒尔曼的PCK理论，Mishra和Koehler提出了TPACK理论，并指出关于教育技术的研究缺乏理论基础与概念基础，应该集中对教师行为与实践进行定向研究，强调重新定义PCK理论框架的重要性，应用技术的教师教学法理论框架需要考虑到工具、实践、境脉，以及这些因素结合的方法。Mishra和Koehler认为，在三种元素的融合中，TPACK超越了各个元素的简单叠加，并把孤立地使用某一元素视为对良好教学的损害。因此，当教师使用技术支持教学时，TPACK能够展示出每位教师的专业素养。

基于TPACK理论，Angeli和Valanides将TPCK修改为ICT-TPCK模型，模型特别强调在教与学环境中ICT的整合。学习者对具体学科内容具有已知困难，也具有对学习中的境脉知识的了解，两项内容组合后会产生一定的意义，当特定的技术类型与内容、境脉、学习者、教学法等因素结合在一起时，教师的ICT-TPCK将受到ICT影响，同时还需要教师对学生使用ICT的能力有所了解，这样才有助于改造并增强学习。在科学探究性学习案例中，这是一个需要重点考虑的因素。

新方向：探究学习社区（CoI）创造科学学习混合新空间

基于此前的研究，近年来信息技术与科学探究学习整合又产生了新进展：通过创建探究学习社区来创造科学学习混合新空间。

研究者发现，当学生在科学探究中探讨问题时，他们需要频繁地通信以寻求解答、分享收获、查找新的信息，其中既包括课堂组织内的通信，也包括课堂之外的通信。Garrison、Anderson和Archer将面对面的协作学习与虚拟的协作学习结合在一起，对在线教学的意义进行阐述，创建了名为“探究学习社区（CoI：Community of Inquiry）”的框架模型。这一框架将网络视为组织成员使用数字工具进行通信、连接、聚集在一起的手段，从而试图透析教师需要考虑的问题，以及教师如何在数字化网络环境中将不同的元素进行精心的组织编排。

探究学习社区框架描述了三个元素：社会存在、认知存在和教学存在。关于社会存在，研究者指出在线环境塑造了组织成员的身份，学习者通过分享进行探究，在社会层面与精神层面投入精力展开这类活动。认知存在描述的是智力的参与，在网络建立起来之后，学术上对智力参与的研究越来越多，认知存在也意味着在线网络成员思想不断优化的过程，指出了组织成员之间的交流需要，在这个过程中，所有的想法会产生汇聚，方便学习者进行整合与应用。最后，教学存在是建立在教师知识、教师对社会功能与认知功能的认识之上的，这需要开发出支持学习目标的教学法策略。Akyol、Garrison、Ozden讨论了教师与学生在分享过程中的角色，他们认为，在这种环境下，教师担任的是促进者与向导的角色，对讨论与学习进行引导。

探究学习社区强调境脉因素。在网络环境下的科学课上，学习者在探讨中通过阅读、倾听、回应其他人来寻求正确的观点，通过这种多模态的讨论模式可以获得附加的学习体验意义。同时还要注意，在线学习的境脉带来了新的复杂因素，Angeli和Valanides认为根植于社会的知识深受境脉的影响，因此，境脉与教学法、ICT、学习者同等重要。他们认为，针对校内的学生，教师对哪些事情可行、哪些事情不可行的理解受到教学与学习任务选择与实行的影响。当学习活动中包含学生之间的交流，并且交流的时间不局限于课内时间时，新的境脉规则就会适用。例如，上课时在计算机上学习意味着学生需要在规定时间内完成某个任务，而在家或在校外时，学生就可以花费更多时间进行阅读、思考、回应。如果教师计划使用ICT在课外时间进行教学，就需要对ICT教学法进行精心的编排。

探究学习社区强调混合式空间的创建。在线学习环境下，不同群体、不同文化的学习者都可以随意加入，原有学习者与新加入的学习者一同参与练习，创建了混合式的第三空间。例如，当学生在课外通过视频进行交流、通过电子邮件等传递信息或资源时，混合式空间就随之产生。在异步学习活动中，可以使那些不擅长面对面表达的学生拥有更多的时间进行思考，自由地表达观点，并同他人一起参与到共同的意义构建过程中。因而，教师需要仔细考虑这种情况对教学的影响，这不仅要考虑ICT与教学法、学习者、学科内容之间的联系，还要对包含其中的境脉有明确思考，思考当学生在课堂之外学习时规则与惯例是否改变以及如何改变。总之，这种共享活动需要教师适当管理，使其成为整个学习境脉的组成部分，以形成学生随时进行合作学习的资源。

信息技术与科学探究学习整合探索综述

回顾本文中讨论的五个理论框架，可以看出这些框架是如何定义教师教学法的。纵观这些框架，我们可以对它们如何定义教师教学法进行审视，从中有所感悟。上页表对本文展示的框架提供了一个简单的概览。

Fach didakik阐述了教师教学法概念，但没有把它区分为一项独立的教师知识；PCK把教学法知识与内容知识的融合视为一个独特的领域，从而实现了这一区分，但是它没有对技术的复杂性进行表述；TPCK或TPACK强调解决特定技术的实践和过程，而ICT-TPCK在基于学科内容的基础上对这一概念进行了更深入的定义，它阐述了ICT的特征及其对教师教学法的影响；CoI框架提出了在线学习环境中的教师教学法，它定义了一种与面对面环境明显不同的学习空间，其中包含着社会、情感和认知三个学习维度及其对教学的影响。

Angeli和Valanides的ICT-TPCK模式阐述了在使用ICT技术的教学中不同的学习境脉构成的学习体验，在科学探究学习案例中展现的教师教学法框架就是一种融合了现实课堂境脉与网络境脉的混合模式，图3展示了一种可能的模型，在这个模型中，PK代表教学法知识，ICTK代表ICT技术知识，CK代表学科内容知识，LK代表教师对学习者的了解知识，CXK1与CXK2代表不同的学习空间，这些因素交汇形成了一种包含着混合式学习环境的特殊ICT-TPCK类型。

这种改编过的ICT-TPCK从本质上看并不是一种新的模型，而是Angeli和Balanides的模型在CoI框架基础上进行的扩展，这种包含混合式学习环境的ICT-TPCK模型对以后的研究做出了指引。未来的研究需要考虑这种扩展的必要性，并且继续对教师教学法的概念进行检验，尤其是在ICT条件下有着不断变化的教学环境、学习环境下，研究者要对自己的观点认真审视，突出重点地阐述教师在课堂上或课堂外使用ICT进行教学的意义。为了做到这点，未来的研究还需要考虑教师教学法的历史，考虑教学法是如何随着教学与学习复杂度不断的增加而变化的。当研究者、教师教育者、教师想要在面对面的课堂上或网络课堂上应用TPCK技术，以扩展学生学习科学的机会，并增强学生之间进行表达、讨论、形成自己的观念时，上述方法与途径将有助于其打开思路。