基于视频分析的高中物理教师TPACK素养的比较研究*—以“一师一优课，一课一名师”中县优课与部优课为例

2020-12-19蔡碧云郑卫峰

教育信息技术 2020年10期

蔡碧云,郑卫峰

（福建师范大学物理与能源学院，福建福州 350117）

一、引言

2014年，教育部制定了《中小学教师信息技术应用能力标准（试行）》，对教师教育教学和专业发展提出了“应用信息技术优化课堂教学的能力”的基本要求[1]。2018年，教育部印发《2018年教育信息化和网络安全工作要点》，其重点任务之一是促进信息技术与教育教学融合发展[2]。可见，随着教育信息化的发展，信息技术与课程整合成为基础教育改革的一大热点。用信息技术变革教育是信息化时代对当代教师的基本要求。因此，为了提升教师应用信息技术改进课堂教学的能力，促进教师专业成长，分析教师整合技术的学科教学知识（Technological Pedagogical Content Knowledge ，简称TPACK）发展现状是非常有必要的。

新颁布的《普通高中物理课程标准》也提到：提高物理教学水平，发展学生核心素养，离不开信息技术与物理学习的融合[3]。这就要求物理教师要知道自己的TPACK水平，积极探索信息技术与物理教学深度融合的策略，提高教育教学水平。然而，教师的TPACK往往是隐性知识，只有通过课堂教学才得以展现。而且国内对物理教师在课堂教学中所表现出来的TPACK特征研究甚少。鉴于此，本文尝试结合物理学科的特点，根据Koehler和Mishra提出的TPACK理论，给出信息技术支持下的中学物理学科知识（TPACPK）分析框架（为了避免与其他学科的TPACK混淆，本文物理学科知识用CP表示）。从国家教育资源平台“一师一优课，一课一名师”活动的县优课和部优课中，选取三对高中物理“同课异构”课，运用质性分析软件NVivo11对六位教师在课堂中展现的TPACPK采用定性与定量相结合的方法进行对比分析，呈现高中物理教师的TPACPK发展现状，并探讨发展物理教师TPACpK的策略。

二、中学物理教师TPACK理论分析框架

TPACK(Technological Pedagogical Content Knowledge)是美国学者Koehler和Mishra在Shulman提出的学科教学知识（PCK)的基础上提出的。他们认为TPACK是使用技术进行优质教学的基础，是教师创造性地将技术、教学法和学科内容三种关键知识整合起来，而又超越三者的新兴知识形态[4]。TPACK框架包含学科内容的知识（CK），教学法知识(PK)和技术的知识(TK)三个核心元素以及由核心元素交互融合形成的学科教学法知识(PCK)、整合技术的学科内容知识(TCK)、整合技术的教学法知识(TPK)和整合技术的学科教学法知识(TPACK)四种复合元素[5]。另一种观点是把TPACK看成一个整体，比如Niess根据Grossman提出的学科知识的四个核心元素，提出了TPACK的4个核心要素：(1)整合技术的学科教学统领性观念；(2)整合技术的学科课程知识；(3)整合技术的学科教学策略与教学表征知识；(4)整合技术的学生学科理解知识[6]。陈建等人就是用Niess的框架，定性地探讨物理教师TPACK的发展策略[7]。

目前，尚无成熟的切合物理学科特点的TPACK结构模型[7]。根据Koehler、Mishra提出TPACK框架的基本思想，并结合物理学科自身的特点，本文整合信息技术的物理学科知识（TPACPK）框架（如下图），它包含了信息技术知识（TK）、物理学科内容知识（CPK）和教学法知识（PK）三个基本元素。这三者相互融合产生二维融合知识TCPK、PCPK和TPK以及三重互动知识TPACPK 这四个复合元素。

（信息）技术支持下物理学科知识（TPACPK）分析框架

在上图中，①技术知识（TK）主要指的是物理教师对深入物理学科的信息技术工具的选择和应用的知识；②物理学科内容知识（CPK）指物理教师在每堂课中所教的、学生所要学的具体课程目标知识；③教学法知识（PK）指有关教育学心理学、教学过程组织、教学决策教学方法等普适知识；④整合技术的物理学科内容知识（TCPK）指有效运用信息技术整合物理学科内容，优化教学方法，提高课堂效率的隐形知识；⑤整合技术的教育学知识（TPK）指恰当运用信息技术工具改进物理教学活动流程、评价方式等激发学生兴趣的知识；⑥物理教学知识（PCPK）指根据具体的教学情境，将物理知识转化为学生易于理解的知识。

由本框架可看出，TK、PK和CPK三者叠加的区域⑦TPACPK是指物理教师创造性地整合并超越信息技术、物理教学法、物理学科内容三种核心知识形成的新框架，是中学物理教师的核心素养之一[8]，其建构意义是完善和优化物理教师的知识结构。值得说明的是，当有关的信息技术知识真正地融入教师的教学知识基础后，TPACPK 就成为了广义的PCPK[9]。那些还没被熟练掌握、灵活应用的以及新出现的技术元素并没有消隐，依然是技术元素。这就需要物理教师不断地学习，不断完善自己的TPACPK结构。

三、物理教师TPACK编码规则的制定及视频分析统计

基于年级跨度与教师层次两个方面考虑，选取了国家教育资源公共服务平台“一师一优课，一课一名师”中三对“同课异构” 课作为比较研究对象。分别是高一《牛顿第二定律》、高二《多用电表的使用》、高三《滑块—木板专题》。其中每对课例包含一节县级优课和一节部级优课。该选择基于三个方面的考虑：（1）跨年级、跨层次，数据更具说服力（2）资源易于获取（3）资源具有开放性，便于后续同类研究进行更大规模的实证研究。

视频分析工具采用NVivo11，它是一款能够对文字、音视频、网页等非数量化和一些无结构的资料进行分析的质性分析软件。研究者可根据需要为节点实现自定义编码，生成饼状图、散点图、雷达图等。针对视频资料，其可完成课堂教学视频分析从转录文本、根据编码设置节点进行数据统计和图表分析，还可以对不同编码者的编码进行一致性检验[10]。

参照本文第二部分给出的信息技术支持下物理学科知识（TPACPK）分析框架和TPACPK各元素的含义，制定了制定物理教师课堂教学行为TPACPK编码规则，并给出了案例说明（如表1）。在编码过程中主要参考张海、王以宁和何克抗的视频观察和记录编码的标准[11]：以教师完成一个连贯和完整的教学行为为分割点对课堂教学视频进行时间划分，并记录该段视频中教师的教学行为具体内容。然后依据制订的编码规则，给该视频片段内容赋予一个唯一且能够涵盖全面的TPACPK元素[12]。

表1 物理教师课堂教学行为TPACK编码规则

四、课例中物理教师TPACPK统计结果分析与讨论

在完成编码之后，本研究采用表格的方式呈现三对“同课异构”课例中物理教师各TPACPK元素所用时间百分比（如表2）。

表2 物理教师TPACK各元素时长统计表

从中可以看出，高中物理教师在课堂教学中的主要TPACPK知识为PCPK和TPACPK二者所用时间和将近90%。表明物理教师应当提升PCPK和TPACPK水平，以保证教学过程的顺利进行。各教师TPACPK各元素具体的所用时间百分比。

（一）物理教师信息技术层面（T）的统计与分析

TPACK元素中TPACK、TPK、TK、TCK这四个元素中均涉及信息技术（T）的使用。部优课中，教师运用与信息技术有关的元素（TPACPK、TPK、TK、TCPK）时间之和从高一到高三依次为43.6%、61.07%、37.62%；而县优课中，高一到高三时间之和分别为22.79%、38.11%、12.39%。由此可见，无论是哪个年级，部优教师使用与信息技术的时间均比县优教师高，表明部优课物理教师更加注重在课堂教学中使用信息技术进行教学，以提高课堂效率。

（二）物理教师教学法知识层面（P）的统计与分析

TPACK各元素中涉及教育教学法（P）的元素有TPACK、PCK、PK、TPK。在这三对“同课异构”课例中，教师运用到教育教学法（TPACPK、PCPK、PK、TPK）进行教学的时长百分比最低为91.77%，最高为98.79%。这可以看出，物理教师向学生传授知识的过程中绝大部分时间需要用到教育教学法的知识，通过教育教学法知识将自己的教与学生的学结合起来。因此，熟练、成熟、丰富的教学法知识使得教学环节的衔接更流畅，减少课堂混乱。对于部优课，纯教学法知识的使用时间占比最高为8.27%；对于县优课，纯教学法知识的使用时间占比最高为15.40%，比部优几乎高出一倍。这说明部优课教师更加擅于将一般教学法知识与其他知识的整合，提高课堂效率。

（三）物理教师学科内容知识层面（CP）的统计与分析

在TPACK各元素中涉及学科教学内容知识（C）的元素有TPACK、PCK、CK、TCK。对于部优教师，与物理学科内容有关的元素（TPACPK、PCPK、CPK、TCPK）时间之从高一到高三依次为89.28%、87.98%、93.74%；而县优课教师，从高一到高三依次为79.19%、92.06%、90.02%。二者的时间占比差异不大。这表明在物理课堂中，绝大部分时间是教师在进行物理知识的传递，因此物理教师拥有足够的物理知识是进行教学的基础。还有，6位教师纯CPK元素为1%左右。CPK很少单独体现，需要物理教师以学科教学法知识或技术知识为载体，才能将知识更加有效地向学生传递。

（四）其他层面的统计与分析

教师层次方面。每对“同课异构”课例中部优课教师的使用TPACK时长百分均比县优课教师高。这可看出，部优课教师更加擅于在教学过程中运用信息技术与教学法的知识，实现TK、CPK、PK三者的整合。即部优教师的整合技术的学科教学知识结构优于县优课教师。教师的信息技术水平影响了整合技术的教学能力。

年级维度。在教师层次相同的前提下，高一和高二物理教师使用TPACK的时长高于高三，这与高低年级的学习任务有关。低年级学生的物理知识图式主要处于学习新知识阶段，需要教师整合技术的知识去优化课堂，以促进学生对知识的理解。还有，各年级TPACPK各元素的时间占比排序没有一定的规律，则说明高中物理教师的TPACPK结构具有一定的教学情境性。不同的情境下，CPK、TK、PK是一种动态关系，并非一成不变。针对不同的教学内容，物理教师的TPACPK结构也会有差异。也就是说，高低年级之间由于学生的特征、教学内容以及课型等不同，教师的TPACPK结构具有差异性、情境性和动态性。因此，教师要根据教学需要，不断调整、丰富自己的TPACPK结构。还有，6位教师中仅有一位部优教师的整合技术的教学法知识（TPACPK）的使用时长百分比超过50%。这说明虽然目前信息技术受到了教育界广泛的关注，但是在课堂教学中，大多数物理教师还不够注重信息技术教育资源的开发与利用。换言之，物理教师整合信息技术与物理学科教学知识的能力还有待提升。

五、提升物理教师TPACPK水平的策略

教育信息化对教师知识结构提出了更高的要求。深入物理学科研究物理教师的TPACPK，对促进信息技术与物理学科的融合和提高物理教育教学质量有很大的帮助。

首先，教师具备足够的信息技术知识，是优化TPACK结构的基础。掌握与物理学科常用辅助教学工具是储备TK的重要途径，也是促进TK与PCK融合的必要基础。比如中学电路虚拟实验室、DIS物理实验数据化系统、动态思维工具等。根据实际教学，利用这些工具进行TPACK 教学设计，很大程度上可以帮助教师高效完成教学目标及任务和更好地辅助学生自主学习。

其次，由于物理教师的TPACK结构特征具有差异性。因此，研究优秀课例（示范课），是促进自身TPACK发展的有效途径之一。通过学习、分析TPACK优秀课例，挖掘优秀教师所具备的TPACK知识素养，思考他们是如何处理教材；如何根据学情、教学环境等选择信息技术或专业软件；如何运用信息技术改变教学内容的呈现方式以及扩展知识的来源；在教学中渗透了哪些教学理念等。然后与自己的教学实践比较，进行借鉴[13]。经过学习、分析、评价、反思到改善自己的教学的过程，促进自身的TPACK发展。

最后，物理教师的TPACK结构具有综合性、实践性。教师可以通过“专题研讨、同课异构、案例研发”等活动形成实践共同体[14]；搭建TPACK交流平台、研究有关TPACK的期刊文献；此外，学校及教育部门要提高学校教育技术装备水平，并鼓励教师积极主动投入到TPACK的教学实践中，形成良好的教学氛围。通过这些方式，促进物理教师对信息技术的深度学习以及TPACK素养共同发展。