TPACK框架下GeoScene Online与地理教学融合的实践

杨可辛 董雯

摘 要：技术革新影响学科教学方式选择，TPACK模式为解决当下学科教学应用新技术“两张皮”问题提供了新思路。本文从科勒和米什拉的理论出发，尝试将GeoScene Online 平台与地理课堂教学融合，提出循序渐进、跨学科、基于真实情境和交互式的融合原则，进而在TPACK模式下将GeoScene Online功能特点与高中地理必修内容进行融合分析，构建以PCK、TCK、TPK三条子路径为导向的GeoScene Online与地理教学融合模式，并以“耕地”为主题进行案例实践探索。

关键词：TPACK理论；融合教学；WebGIS； GeoScene Online

中图分类号：G633.55       文献标识码：A       文章编号：1005-5207（2024）03-0010-05

《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）强调在实施教学的过程中要深化信息技术的应用，利用信息技术的发展助推地理教学的改革［1］。GIS是地理学与计算机科学、地图学、地球科学和测绘学、遥感学等多种学科交叉形成的产物，具有信息量大、空间层次多、分析功能强等应用特点［2］。但GIS在教学中仍面临学校信息化水平低且发展不平衡、GIS教学教材及其他配套资源缺乏、教师地理信息技术水平不高等实际问题［3］。TPACK全称为“融合技术的学科教学知识”，本文基于对现实问题的思索，在TPACK理论指导下，以WebGIS中的GeoScene Online平台为例，探索WebGIS与地理教学的有效融合，以期探索数字化背景下地理教学的新路径。

一、TPACK理论概述

TPACK结构由基础技术知识（Technology Knowledge，简称TK）、教学知识（Pedagogical Knowledge，简称PK）、学科知识（Content Knowledge，简称CK）以及三部分內容互相嵌套衍生出的技术内容知识（TCK）、技术教学知识（TPK）、学科教学知识（PCK）和整合技术的学科教学知识（TPACK）组成（图1）。2009年，TPACK理论进入成熟发展阶段，考克斯和格雷厄姆认为TPACK是PCK的延伸，在新技术频繁活跃于课堂活动时TPACK可以转化为PCK［4］、安格利和瓦拉尼德斯认为TPACK是一个特殊知识体［5］，科勒和米什拉则将TPACK看作是该结构内七个知识领域的相互作用［6］，TPACK模型在此观点下具有灵活性，因为每个部分在教学过程中的表现形式和占比都是根据不同的主客体和教学情境生成的，重要的是要找到技术、知识和教学法之间的联系，而非囿于特定的教学方法和技术。今天，在技术发展变化的教育场域内，应该将TPACK框架视作一个不断发展的多面性命题，而不仅是教师知识构成的静态展示，所以本研究建立在科勒和米什拉对TPACK持有的观点下探究WebGIS与地理教学的有效融合。

二、GIS的网络化转向

千禧年初期，信息化发展进入Web2.0时代。Web2.0对标移动互联网，其出现改变了信息的共享、传播、消费和响应方式［7］，这一变化促使交流变得更加双向，从而影响人与人之间的交流互动模式。WebGIS是Web2.0的产物，从2016年开始，全球范围内的研究者对GIS在地理教学方向的研究已经从桌面GIS转向基于Web的GIS［7］。WebGIS打破了大部分桌面GIS的使用限制，使用者仅需要拥有Web浏览器就可实现GIS简单的数据获取以及基础的地理查询和分析功能，相较于传统的桌面GIS，它充满全球性和普适性，更加富有参与性和互动性。

GeoScene online是由易智瑞公司在线运营维护的公有云平台（图2），具有制作地图、分析数据、共享与协作的功能。该平台为用户提供了丰富的数据资源，包括国内常用的天地图、互联网地图等底图数据，人口、经济类统计数据，气候、空气质量等实时数据和时事热点数据以及基本的制图和空间分析技术。用户可在平台内创建网络地图，使用平台上发布的现有资源进行地理数据的空间分析，通过群组管理分发数据和随时通过任何网络设备访问平台内容，总体而言，该平台基本能够满足中学地理课程的教学需要。

三、地理教学与GeoScene Online融合的内容与路径

信息技术越来越广泛运用于教育实践。2018年，教育部颁发《教育信息化2.0行动计划》（以下简称“计划”），“计划”的重要理念之一是要将信息技术与教育进行融合创新。基于此，本文以WebGIS软件为媒介，探索在TPACK语境下信息技术与高中地理教学融合的原则内容和路径。

1.融合原则

（1）循序渐进原则

将信息技术融入学科教学更加需要学生形成技术学习思维，培养应用技术的能力。知识的同化是一个由简单到复杂的过程，技术学习并非一蹴而就，技术融入课堂教学需要一定实践积累。使用GeoScene Online平台前教师要为学生讲解基本原理，初期学生要建立个人账号、熟悉平台界面。在课堂教学中教师可通过创建图层，制作专题地图以用于知识讲解，但使用的最终目标是学生能够在教师的支持和引导下利用该软件基础功能分析地理现象和规律并自主制作地图。

（2）跨学科原则

GeoScene Online与地理教学的融合不仅关联了计算机和地理，在不同制图主题下还需要借助不同学科的帮助。例如，进行空间分析时需要一定的数学模型支撑、制图可视化时的艺术表达……总之，该平台为地理教学中各方面的知识综合呈现提供了渠道，教师在课堂中运用该软件时也要注意对其他学科知识的梳理与融合。

（3）真实情境原则

GIS的数据采集于地球空间中，其描绘的就是真实世界。这要求教师提供经过思考、挖掘、整合、创新的生活化情境，以驱动学生发挥主观能动性完成学习的意义建构［8］，教师可利用本土地图资源促进学生对周围生活的理解，选择世界范围内的经典案例来增强学生全球意识。

（4）交互原则

以往教师通常会利用桌面GIS创设教学资源，制作出专题图辅助知识讲解。从某种程度上看，这样的信息传递是单向的“教师→学生”交流模式，这只是乏味“地图课”的另一种呈现形式，难以为学生营造出知识建构的情境。交互式地图是GeoScene Online平台中的主要形式，学生可自行对专题地图进行缩放、点击查询专题数据甚至运用分析功能进行专题地图再创造。交互使得教学过程中信息传递是双向的，在人机和人人互动的桥梁下能碰撞出更多的创意、思想和需求，并且让学生在一种充满活力、创意与启发氛围的课堂中更轻松深刻地获得知识是当下我们所追求的目标。

2.融合内容分析

在TPACK语境下，将技术、学科知识和教学知识融合的关键是要找到三者之间的联系。因此，有必要深入明晰GeoScene Online融合于地理教学时的技术内容知识、技术教学知识，而地理学科教学知识的研究较多，故不再赘述。本文以高中地理必修内容为主进行融合分析。

（1）技术内容知識（TCK）

GeoScene Online平台具有浏览地图、在线制图、数据空间分析、三维场景、地图故事五大功能，围绕人教版高中地理所呈现的内容将平台技术和学科知识进行匹配整合（表1）。

（2）技术教学知识（TPK）

整合技术的教学法知识关注在教学方法中注入技术支撑以最大化地达到教学目的，GeoScene Online功能各有侧重，有的突出地理事物视觉表达，如浏览地图、三维场景，有的突出地理空间关联与分析，如Map Viewer、数据空间分析。依据GeoScene Online技术特点整合适宜的教学法（表2）。

3.融合路径

一节地理课程承载的知识类型是丰富多样的，当技术知识、教学知识、学科知识共同处于教学这个复杂且结构不良的系统时，将三个领域的内容灵活选择、有序组织能够促进有效教学。在TPACK语境下设计GeoScene Online导向的地理课堂教学开展路径（图3）。

本路径偏向于真实情境与真实问题、特定的技术内容，侧重于新课程背景下探究为主的教学方法，围绕技术内容知识（TCK）、学科教学知识（PCK）、技术教学知识（TPK）引导的三条子路径展开，三条路径相互影响、相互联系，为教师在学生认知发生前、认知发生时、认知发生后如何利用TCK、PCK、TPK组织教学提供指导。在已有的技术知识（TK）、教学知识（PK）、学科知识（CK）基础上，教师将教学中涉及的学科知识进行加工或重组并依据教学需要进行呈现形成学科教学知识（PCK），根据知识内容选择合适的技术形成技术内容知识（TCK），再由技术和一般教学法互相整合形成技术教学知识（TPK）以强化一般教学法。三条子路径在学生认知中呈现过程如下。

①认知前：教师通过解读课程标准、分析学情明晰本次教学的学科教学知识（PCK）。学科教学知识通常以一个在真实情境中的主题或议题为主来统领课堂。在该主题下利用适宜技术搜集恰当的数据和资料（TCK），为学生形成一个基于网络的探究情境（TPK）。

②认知中：教学过程是学生认知改变或认知增加的过程，在这个过程中教师依据教学重难点和学情将课程主题拆分为多个子主题，在特定技术的指导下对数据进行可视化并整理案例和资料，从而呈现多个课堂探究情境。

③认知后：课程结束后学生习得新知识，新知识包括在学科教学知识（PCK）引领下获得的地理知识和对教学主题的深度理解；在技术教学知识（TPK）引领下能够回答主题并获得解决问题的能力；在技术内容知识（TCK）引领下呈现出最终的图像和数据结果并获得操作GeoScene Online的技术方法三个部分。

整个教学流程是教师和学生共同培养TPACK的过程，笔者希望学生熟悉平台操作后，能够用自身的理解和不同的可视化方式呈现富有创造性的地图，同时也希望数据可视化的过程能够支撑学生知识的自主建构和合作探索。

四、融合案例实践

基于我国“七普”人口数据和国土“三调”数据，根据上述融合路径创设真实情境，设计“耕地”专题教学案例。

1.课前准备

（1）PCK准备

PK：我国是农业大国也是人口大国，伴随着城镇化和工业化对土地需求的增加，“粮食安全”和“耕地问题”被推向关注热点。新课标对“我国的耕地安全与粮食安全”作出以下要求：“运用图表，解释中国耕地资源的分布，说明其开发利用现状，以及耕地保护与粮食安全的关系。”［1］

CK：该内容面向的教学对象是高二学生，学生已经学习过有关人口、城镇化的知识，且经过高中地理必修和选择性必修一、二的学习已具备了较强的地理核心素养，可组织学生进行探究性学习和讨论。

PCK：依据学情和教学需要梳理本课知识点为：中国人口分布现状、中国耕地资源分布现状、中国城乡用地现状及相关性、城市化带来的问题和影响、实现粮食安全的途径。确定“如何守护耕地红线”的教学主题，以资源、国家安全为线索，让学生在真实情境中获得具有批判性的个人理解。

（2）TCK准备

结合学科知识，通过访问自然资源部门门户网站获取“第三次全国国土调查（不含港、澳、台）”主要数据，在GeoScene Online平台中直接获取中国人口分布图（第七次人口普查数据来自政府官网）。由于课程内容涉及地理现象分布和地理要素的相关性展示，因此，确定使用GeoScene Online中的“在线制图”“数据空间分析”功能进行学习探索。

（3）TPK预设

结合本课主题式教学法和技术使用，确定本课是基于GeoScene Online的学习探究。

2.课堂生成

课堂生成需要教师在教学中利用GeoScene Online平台技术和预设的教学任务积极调动学生的主动性和参与性进行师生、生生交互以促进学生原有认知的增加或改变，其过程如表3所示。

学生对于全国耕地数量与分布缺乏宏观认识，在“耕地”问题影响因素上缺乏综合性思考。围绕主题呈现的三幅图制作与判读难度层层递进，凸显了地理现象的分布和要素间的关联性，地图为交互式地图，通过鼠标体现空间尺度缩放，点击地图内要素可查看要素对应数据，在师生合作与交流的逐步深入中，学生完成知识建构。

3.课后习得

（1）PCK习得

学生能了解我国耕地资源的数量、分布与我国人口数量、分布的关系，能明确我国各省耕地与村庄用地的占比情况、各省城市用地的数量分布和我国各省耕地、村庄用地的关联性以及该关联性在全国范围内的高值和低值，通过各地理要素的关联分析认识到耕地资源的重要性，学会以人地協调观践行耕地保护任务。

（2）TCK习得

学生熟悉平台操作流程，能够基于自身的理解运用不同的可视化方式呈现地图或解决真实情境下的类似问题。

（3）TPK习得

学生围绕上述地理事实和数据以及资料提出对于人口数量、城市化、村庄发展、耕地资源的个人看法并回答本课主题。在探究过程中学会联系实际生活，运用综合思维、地理信息技术、人地协调观辩证看待地理问题。

五、结语

技术的发展首先影响教师，进而影响学生。本文试图在TPACK语境下找到GeoScene Online与地理课堂教学的融合路径，以帮助教师提高解决具体教学问题的能力。在技术更新迭代越来越快的今天，教师更应保持终身学习的态度和不断钻研的精神，将信息技术融合到自身认知、知识结构和学科话语体系中，以适应新时代的课程教学。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 谭刚.利用GIS辅助学生构建空间思维［J］.地理教育，2017（3）：59-60.

［3］ 刘梅花.发展我国GIS基础教育的思考［J］.地理教育，2012（6）：51-52.

［4］ Cox， Suzy and Graham， Charles R. Diagramming TPACK in Practice： Using an Elaborated Model of the TPACK Framework to Analyze and Depict Teacher Knowledge［J］. TechTrends， 2009， 53（5）： 60-69.

［5］ Charoula Angeli and Nicos Valanides. Epistemological And Methodological Issues For The Conceptualization， Development， And Assessment Of Ict-tpck： Advances In Technological Pedagogical Content Knowledge （tpck）［J］. Computers & education， 2009， 52（1）： 154-168.

［6］ Matthew J. Koehler and Punya Mishra and William Cain. What is Technological Pedagogical Content Knowledge （TPACK）？［J］. Journal of Education， 2013， 193（3）： 13-19.

［7］ Nicola Walshe and Grace Healy. Geography Education in the Digital World：Linking Theory and Practice［M］. Taylor and Francis， 2020.

［8］ 鄢银银，孙群，闫明智.PBL与GIS深度融合创建高效地理课堂的探究［J］.地理教育，2023（3）：50-53，57.

通信作者：董雯