基于TPACK的高中地理教学设计模型建构

冯志静 马燕

[摘要]结合教育信息化时代的现实需求和地理新课程特点，以及信息技术手段、教学内容和教学方法之间存在的不匹配性，需要引入TPACK整合理论指导教学设计。本文从地理学科视角，以“地貌”单元为例，研究技术、内容、教法的匹配，通过Google-earth等三维地图展示不同视角、不同尺度缩放的三维地貌，借助叠加图层将各类地理事物三维化，利用Arcgis、SmartArt、Photoshop等工具构建“五图”教学法，精剪视频增强情感共鸣，培养学生地理空间素养。以TPACK整合理论，构建基于TPACK的高中地理教学设计模型，以期该模型能为当前新课程的高中地理教学设计提供一些借鉴，促进信息技术与课堂教学深度融合，落实核心素养，达成有效教学。

[关键词]TPACK；地理教学设计；模型

一、问题提出

教育信息化背景下，高中地理新课程要求教师将学科核心素养作为教学起点，采用信息技术手段构建真实情境，采用整合单元设计落实核心素养。地理学科特有的空间和时间延展性，学生认知水平的差异，迫切需要信息技术作为支撑，突破学生空间思维薄弱的难点。然而，信息技术的应用目前还存在“有形少实”的现象，内容、技术、教法存在不匹配的问题。

TPACK是Technological Pedagogical Content Knowledge 的缩写，即整合技术的教学法知识，决定教师如何有效整合技术到课堂教学中，是数字化环境下学科教学设计发展新的思想架构。

TPACK是美国学者科勒（Koehler）和米什拉（Mishra）于2005年在舒尔曼（Shulman）提出的学科教学知识PCK的基础上提出的，强调了学科知识、教学法知识以及技术性知识互动融合。[1]TPACK框架包含三个核心要素，即学科内容知识（CK）、教学法知识（PK）和技术知识（TK）；四个复合要素，即学科教学知识（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知识（TPACK），以及境脉因素（Context）。[2]境脉是指具体教学班级中的信息化教学设施、学生情况、班风等因素。[1]境脉的复杂性，让教师只有在具体课堂教学实践情境中，才能将TPACK各要素有机融合，设计出较优的教学整合方案，因此TPACK更加注重实践性。TPACK只有应用于教学设计才能充分体现其应用的价值。[3]

从中国知网搜索关键词“TPACK”，外文学术期刊923篇，国内学术期刊891篇；Cite-Space软件数据分析，聚合率为0.8731；高频关键词为整合技术的学科教学知识、信息技术、在线教学、师范生、发展路径。可以看出，“TPACK”关注领域集中在教师的视角，而对具体应用研究较少。

作为一线教师结合自身教学，研究TPACK在具体学科中的应用，从整合的角度来考虑将信息技术与课程教学深度融合，克服技术、内容和教法的不匹配。本文以高中地理“地貌”教学单元为例，与“地貌”相匹配的LSV、Google-earth等三维地图从不同视角、不同尺度缩放三维地貌，叠加图层将各类地理事物三维化，结合视频创设仿真现实情境，利用Arcgis、Surfer、Photoshop、SmartArt等信息技术工具构建“五图”教学法，培养学生空间素养。整合内容、技术、教法，构建基于TPACK的高中地理教学设计模型。

二、基于TPACK的高中地理教学设计原则

为了更好地理解教学规律，确保教学设计的科学化，应遵循如下原则：

（一）整合化原则

整合化原则其核心概念是TK、PK和CK的有机融合，创造出TPACK整合技术的学科教学法知识。在教学设计过程中，从学科价值、思想和方法凝练核心概念，结合境脉（Contexts）中学生的真实和具体需求，跨单元、跨教材、跨学科、跨学段地整合教学内容、课程资源，突破教材自然单元的限制，实现目标和任务、情境和资源、活动和评价、检测和作业的全过程调整和重构，赋予了教师更大的发挥空间。

（二）整体性小步递进原则

整体性原则是将单元视为一个有机整体，改变学科知识点的碎片化。将教学中的各个要素看作一个整体，进行有效的整合，建构单元知识结构。在具体实施中，结合学生认知发展特点，坚持从简单到复杂，从单一到全面，从培养到提升的小步递进教学原则，以实现单元整体教学设计的最优化。

（三）技术合理性原则

学校拥有的软硬件、教学场所条件，不同学生主体、教学内容的表征，需要不同的教学技术支持。教师有针对性地选择合适的教学技术，以达到技术合理性原则。

（四）映射原则

根据学生的特点、需求和背景，选择合适的教学方法和教学资源，让学生能够将所学知识映射到实际生活中，激发学生的学习兴趣和动力。相应信息技术支持特定教学方法的知识，实质是教学方法的技术映射。

（五）可接受性原则

最近发展区理论要求在教学内容的安排和课时分配时考虑学生的身心发展，确保学习任务在难度上符合学生的才能水平，能够被接受，但又有一定难度，需要努力才能够完成，这样可以促进学生的成长。

三、基于TPACK的高中地理教学设计模型

模型是经验的抽象集合，其作用在于把一个抽象的概念具象化。基于TPACK的高中地理教学设计模型，是以TPACK为核心理论，OBE教育理论[4]、建构主义学习理论、信息加工理论、反馈提取认知理论、SOLO分类理论[5]、最近发展区理论等为基础，并通过教学实践进行验证，包括前期分析阶段、中期设计开发阶段、后期实施和评价阶段。设计模型具体分析以“地貌”单元为例（模型如图1）：

（一）前期分析阶段

前期分析主要包括CK教学内容分析、PK学情分析、物理教学环境和TK分析。

教学内容CK分析：依据高中地理课程标准、课标解读、人教版教材等进行单元内容的整合；以OBE教育理论为依据，逆向思维，反向设计；以核心素养“人地协调”为出发点，确定单元主题：地貌与人类活动，引导学生关注地貌与人类活动之间的相互作用。提取大概念：地表形态的变化。

学情PK分析：利用问卷星（TPK），对初中地理知识和已有生活经验问卷，根据统计数据快速得到精准学情PK。

物理教学环境和具体学科TK分析：TK是情境创设的必要条件，需要学校的信息技术条件和网络支撑。学校的教学场地和教学设备良好，直接关系教学活动的正常进行。“3S”技术发展，让地理学科突破空间限制，极大丰富了地理资源。希沃白板的交互性，让课堂评价更为及时，为高效课堂的“教-学-评”注入活力。利用学生终端和网络平台，构建线上线下混合教学，利用在线网络和地理课程资源，构建开放式的地理课堂教学。

（二）中期设计开发阶段

整合课标、教材、与内容相关的课程资源，确定单元教学目标、素养目标，构建单元知识结构，结合学业质量水平分级、学科核心素养分层进阶，遵循整体性小步递进原则，确定课时分配和课时学习任务（即学习目标）。

针对分课时特定内容CK，进行TCK、PCK、TPK分析：

1.设计教学内容CK：教学目标、素养目标、重难点。信息时代，培养核心素养以应对未来的不确定性。在选择整合内容时，以学科素养为导向，根据教材和学习资源进行整合。在教学设计中同时考虑明线学科内容主线和暗线学科素养的明暗双线设计策略。

2.设计学习内容CK：以“学习任务单”形式设计。学习任务表单包括四个要素：学习任务，即问题链（PCK）；学习资料、活动（TPK、TCK）；学业质量评价标准（PK）；自评（PK）。以TPACK整合理论为依据，选择CK、PK、TK的匹配和TPK、TCK、PCK、TPACK的整合。

3.开发整合

基于前期分析和中期设计两个阶段，重点在于选择合适的教学资源。整合各类资源进行二次加工，制作、开发各种辅助学习资源，如微课以及整合各种文本、图片、动画、视频的教学课件。此次开发充分展示TPACK的整体性，关注TPACK核心要素的节点。

利用教师独特的教学经验，将学科知识转化成易于学生理解的表征形式的PCK知识。利用技术对网络和课程教学资源二次加工TCK知识，如利用网络视频资源、录屏、视频剪辑制作视频；利用地理数据库、Arcgis等制作地图；利用网络、Photoshop处理图片；Google-earth时空转换，高度配置地形剖面图真实体验身临其境地貌特征；利用Google-earth图层叠加地图和图片，实现地理事物的三维化；包括地貌演变过程动画的制作；用百度识图功能，寻找最清晰的图片；统计数据的可视化图表。基于学情分析，培养空间思维“五图教学法”的TPK知识。整合各类资源，TPACK知识，制作出PPT课件。

（三）后期实施和评价（TPACK）

实施阶段是指充分运用各类教学资源，借助信息技术手段，结合境脉，根据教学设计开展教学活动，实现人才培养目标。

1.教学流程：

课前微课：观看微课视频→完成自学学习任务单→问卷星测试。

课中：情境导入→问题链→小组合作探究→协同绘制思维导图。

情境导入PK分析，建构主义认为，知识的理解不可能脱离具体的情境。学习过程中，情感与认知同样重要，有效的学习应该“知情意行”结合，创造一种良好的情感体验，激活情感，提高学习效率。

问题链PCK分析：提取思维信息加工理论和反馈提取的认知理论认为，每个提取过程都能改善记忆、重建认知。进阶式问题链，将学生逐步引向深度思考，促进知识的提取。通过提问、归纳、画思维导图等方式，引导学生自主、深入地进行知识提取和建构。问题串的集成就是对核心素质的培育，地理思想的养成。基于整体规划，小步递进。问题链的设计具有层级性和进阶性特点。

小组合作探究PK分析：维果茨基认为，人的高级心理机能是在活动和社交互动中发展起来的，语言对思考与社交影响很大。以“小组学习”活动为基本单位，构建学习共同体。小组成员共同协作、讨论、发言等方式将思想外显化；同时，教师倾听，了解学生思维结构层次（SOLO理论），精准把握学情。

绘制思维导图PK分析：知识可视化、结构化。

以认知负荷理论和图式理论的信息加工理论为依据，知识可视化可以降低学生的认知负荷。运用思维导图工具梳理知识关系，生成知识可视化、结构化，有效促进“组块化”。

课后：拓展提升。

2.学习评价：

以评促学。课前，问卷星平台完成自评。课中，学习任务单中学业质量标准自评和互评；根据SOLO理论五个思维结构层次（前结构、单点结构、多点结构、多联结构、抽象拓展结构）及时对学生的课堂答题和思维导图作出评价。评价体系嵌入学习全过程，通过学习任务单，实现全程导航，构建多元评价体系。

3.教学反思：

通过课堂实录，利用OKC软件分析，得到课堂TK、CK、PK、PCK、TCK、TPACK分析数据，以反思改进教学设计。

教学设计模型最大优势在于其结构化的框架，通过结构化方式确定教学目标并确保所有教学活动都能实现该目标，可以高效实现预期的教学效果达成有效教学。

四、结语

基于TPACK的高中地理教学设计模型建构，从课堂视角看，信息技术与课堂教学深度融合，落实核心素养，达成有效教学；从学生视角看，激发兴趣、提高思维层次和学业成绩（实验组与对照组对比）；从教师视角看，在设计和实践中发展了教师的TPACK水平。本文主要探索基于TPACK的高中地理教学设计模型，希望对新课程下课堂改革和提高教学质量有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]徐鹏，张海，王以宁，刘艳华.TPACK国外研究现状及启示[J].中国电化教育，2013（9）：112-116.

[2]袁智强.数学师范生整合技术的学科教学知识（TPACK）发展研究[D].上海：华东师范大学，2012.

[3]李惠芳，代红兵，李嘉怡，冯焕华.基于TPACK 框架的教学设计模式研究[J].中国教育信息化，2017（4）：56-59.

[4]姜波.OBE：以结果为基础的教育[J].外国教育研究，2003（3）：35-37.

[5]孙莹.高考生物全国卷科学思维考查情况分析[D].江苏：南京师范大学，2020：7.

作者简介：

冯志静（1969.1-），女，汉族，四川成都人，硕士，中学高级教师，研究方向：教育技术应用研究；

马燕（1960.10-），男，回族，云南昭通人，博士生导师，教授，研究院院长，研究方向：智慧教育与评价，社会网络分析等。