TPACK视域下小学数学教师跨学科主题教学能力培养研究

【摘要】在新课改背景下，小学数学教学面临着跨学科整合的新挑战.TPACK理论为小学数学教师开展跨学科主题教学提供了新视角.文章在梳理TPACK理论内涵和小学数学跨学科主题教学概念的基础上，分析了二者的理论融合点.在此基础上，从学科内容知识、跨学科整合知识、教学设计能力、技术应用能力等方面剖析了小学数学教师跨学科主题教学能力的构成要素，提出了TPACK视域下小学数学教师跨学科主题教学能力培养的策略，包括校本研修、项目引领、案例示范、信息助力、社群互励等路径，以期为小学数学教师专业发展提供借鉴.

【关键词】TPACK；小学数学；跨学科主题式教学；教学能力

【基金项目】2025年度广东省中小学教师教育科研能力提升项目重大课题“TPACK视域下农村小学数学教师跨学科主题教学能力培养研究”（无编号）.

引 言

在知识高度整合的时代，学科之间不再存在明确界限，跨学科教育成为教育改革的重要方向.小学阶段正是学生形成知识体系的关键期，跨学科主题教学有利于学生全面理解知识，培养综合素养.数学作为一门工具性很强的学科，与其他学科有着天然的联系.在小学数学教学中实施跨学科主题教学，能让学生感受数学的应用价值，提升学习兴趣.然而，目前小学数学教师普遍缺乏跨学科意识和整合能力.TPACK作为一种整合技术、教学法、学科内容的理论框架，为小学数学教师跨学科主题教学能力的提升提供了新路径.

一、TPACK视域下小学数学跨学科主题教学的理论基础

（一）TPACK理论内涵与框架分析

即技术教学内容知识（TechnologicalPedagogical ContentKnowledge）的简称，由美国学者Mishra和Koehler在2006年提出.该理论认为，教师要高效整合技术进教学，需要系统掌握三类核心知识：学科内容知识CK、教学法知识PK、技术知识TK，三者两两整合形成PCK、TCK和TPK，最终三者深度融合形成TPACK.PCK强调将教学法与学科内容相结合，TCK强调将技术与学科内容相结合，TPK强调将技术与教学法相结合.只有形成TPACK，教师才能灵活运用技术手段，针对特定学科内容，设计出合适的教学活动.TPACK理论突破了传统的知识观，强调三类知识的整合应用，为分析教师跨学科整合能力提供了框架（如图所示）.

（二）小学数学跨学科主题教学的概念辨析

主题教学源于20世纪初期的综合课程思潮，强调围绕某个主题组织教学内容，打破学科界限.跨学科主题教学是在主题教学基础上发展而来，强调不同学科知识的交叉与综合.小学数学跨学科主题教学，是指围绕数学核心知识，用数学的思想方法认识其他学科领域的知识，整合多学科知识形成主题单元，开展探究式、项目式的教学活动.它打破了学科壁垒，让学生融会贯通地掌握知识，感受数学在生活中的应用，培养学生的创新意识.

（三）TPACK与小学数学跨学科主题教学的理论融合点

TPACK理论与小学数学跨学科主题教学有三个融合点：

其一，知识观的转变.TPACK突破了学科内容、教学法、技术相分离的传统知识观，主张三者深度融合.小学数学跨学科主题教学也打破了学科界限，主张不同学科知识的交叉与综合.二者在知识观上高度契合.

其二，教学设计理念.TPACK强调教学设计要将技术、教学法、学科内容无缝整合.小学数学跨学科教学设计也需要教师综合考虑数学核心知识、相关学科知识、教学策略、技术支持，合理设计教学情境.

其三，能力培养目标.TPACK旨在培养教师整合技术进行教学的能力.小学数学跨学科主题教学能力的核心也在于培养教师整合多学科知识开展教学的能力.二者在能力培养目标上一致.

二、小学数学教师跨学科主题教学能力的构成要素分析

（一）学科内容知识

学科内容知识是开展跨学科教学的基础.小学数学教师首先要扎实掌握数学学科的核心知识、基本技能、思维方式，洞悉学科的纵向结构和横向联系.其次要储备其他相关学科如语文、英语、科学等的基本知识.两类知识要能触类旁通，形成完整的知识体系.只有学科内容知识扎实，教师才能游刃有余地开展跨学科教学.

（二）跨学科整合知识

跨学科整合知识是将数学知识与其他学科知识有机整合.具体包括：发现数学与其他学科的关联点，理解数学思想在其他学科中的应用，用数学建模的思想分析其他学科的问题，将数学知识迁移到其他学科的学习中等.这需要教师具有开放性思维，能不拘一格地看待问题，善于从多角度多层面分析问题的本质.

（三）教学设计能力

教学设计能力是将跨学科整合的知识转化为教学方案的能力.教师要能根据教学目标、学生特点、资源条件等，选择恰当的切入点组织教学内容，合理设计教学流程，创设真实的问题情境，引导学生主动探究，注重培养学生的数学思维和创新意识.教学设计要体现学科交叉与融合，注重联系生活实际.

（四）技术应用能力

技术为跨学科教学提供了有力支持.教师要熟练掌握和灵活运用各种信息技术手段，用技术创设教学情境，用技术呈现教学内容，用技术组织教学活动，用技术评估教学效果.教师要将技术与特定的教学内容和教学法深度整合，而不是简单叠加.技术与教学的高度融合，能拓展学习时空，激发学生兴趣，促进学生对知识的理解和运用.

三、TPACK视域下小学数学教师跨学科主题教学能力培养策略

（一）校本研修，协同探索

学校是教师专业成长的主阵地.开展校本研修，成立教师发展共同体，是培养教师教学能力的有效途径.学校要定期组织教师开展跨学科主题教学的校本研修，成立由数学、语文、英语、科学等不同学科教师组成的备课组.大家要围绕某个跨学科主题，协同备课、听课、评课，探讨学科整合的途径.通过协作研修，教师能开阔眼界，深化对TPACK理论的理解，加深对数学与其他学科关联的认识，探索技术与教学的融合路径，形成跨学科意识.

例如，学校可以组织一次为期一周的“跨学科主题教学设计”校本研修.成立以数学教师为主，语文、英语、科学等教师参与的跨学科备课组.大家围绕“建筑与数学”这一主题，进行集体备课.语文教师从建筑的人文历史角度切入，引导学生欣赏建筑艺术之美，了解建筑发展历程中的文化积淀.英语教师找到建筑领域的词汇英文表达，设计情境对话，让学生在真实语境中学习英语.科学教师分析建筑设计中的物理原理，引导学生探究建筑的受力结构、采光通风等问题.数学教师利用几何图形讲解建筑中的对称、黄金分割等数学知识，引导学生欣赏数学之美.通过跨学科视角的集体备课，教师构建起学科知识之间的联系，加深了对建筑主题的理解.在听课评课环节，教师们再次碰撞思想火花：语文教师听科学教师的课，学习如何利用科学探究活动导入文章情境；英语教师听数学教师的课，学习如何利用数学游戏复习英语单词；科学教师听语文教师的课，学习如何用语文思维导图梳理科学知识；数学教师听英语教师的课，学习如何用英语歌曲导入数学概念.大家取长补短，深化TPACK理念，激发跨学科教学灵感.通过系统的校本研修和协同探索，教师们充分理解了TPACK理论的内涵，加深了对数学与其他学科关联的认识，初步掌握了跨学科主题教学设计的方法和技术融合的策略，为进一步开展跨学科实践奠定了基础.

（二）项目引领，实践融合

项目学习是培养教师TPACK实践能力的关键路径.学校要开展跨学科主题教学项目，引导教师参与主题开发、课程设计、资源建设等，将TPACK理念落实到具体的教学实践中.通过项目实践，教师能深度整合学科知识，提升跨学科教学设计能力，并在实践中不断反思和优化，做到知行合一.

例如，学校开展一个为期一个月的“数学+科学”跨学科教学项目.以“空气”为主题，引导教师和学生一起参与项目学习.首先，教师引导学生利用数学建模的思想，通过测量、记录、分析等方式，了解空气的压强、温度、湿度等物理量的变化规律.学生需要运用数学知识，绘制空气质量变化的统计图表，分析不同时间、不同地点空气质量的差异.其次，教师设计探究实验，引导学生分析影响空气质量的因素.学生通过实验操作，验证PM2.5等物质的比例及其对空气的影响，解释雾霾的形成原理.最后，教师引导学生利用数学建模，分析空气污染对人体健康的危害.学生查阅资料，用数学方法计算吸入污染物的人体健康风险，提出改善空气质量的合理化建议.在项目实践过程中，教师充分利用信息技术手段，用数字化资源呈现教学内容，用智能化工具采集和分析数据，用虚拟仿真技术开展实验探究.如在空气压强变化的探究中，教师利用传感器、物联网等技术，帮助学生实时采集和传输数据，利用大数据分析工具，帮助学生发现变化规律.在分析空气污染物的过程中，教师利用虚拟实验平台，让学生在线模拟实验操作，观察污染过程.在人体健康风险评估中，教师利用人工智能算法，帮助学生快速计算和预测健康风险概率.信息技术与教学的深度融合，让学习过程更加智能、精准、高效.项目学习中，教师还注重培养学生的批判性思维和创新意识.当学生发现空气污染对健康的严重影响后，教师引导他们拓展思路，探究污染的社会根源.学生从经济发展方式、能源利用结构、公众环保意识等角度，分析产生污染的深层次原因.教师鼓励学生创新解决方案，提出“绿色出行”“垃圾分类”等环保倡议，在社区开展环保主题活动，用实际行动改善空气质量.通过项目实践，教师将数学、科学等学科知识相融合，形成了系统的跨学科教学.

（三）案例示范，反思优化

优秀案例是教师学习TPACK的示范样本.教师要经常观摩跨学科主题教学的优质案例，学习其教学设计思路、学科整合方式、技术应用策略等，领会TPACK的实践样态.学校要定期组织跨学科教学竞赛，评选优秀案例.教师要开发跨学科主题微课程，形成可推广、可借鉴的案例库.案例示范不能停留在模仿层面，关键在于教师内化案例精髓，转化为自己的教学智慧.教师还要勇于向案例学习，找出自己教学中的不足，反思和改进.通过案例引领，教师能直观感受TPACK的实践路径，内化为自己的教学理念和行为范式.

例如，学校组织一次“跨学科主题教学设计与案例分享”竞赛.评选出10个优秀案例在全校展示.某教师设计的“数学+艺术”跨学科案例获奖，主题是“数学中的黄金分割”.他首先利用几何图形和比例的知识，引导学生观察分析鲜花、树叶、贝壳等大自然事物中所蕴含的黄金分割比例.学生用直尺、量角器等工具，亲自测量植物的分支数量、旋转角度等，验证它们符合黄金分割率.其次，教师引导学生欣赏达·芬奇、米开朗琪罗等大师的经典艺术作品，如《蒙娜丽莎》《最后的晚餐》等.学生惊喜地发现，画面构图和人物比例处处体现了黄金分割之美.这一环节中，教师充分利用多媒体技术，让学生在大屏幕上直观感受艺术作品的魅力，还利用虚拟现实技术，让学生身临其境地探索大自然的奥秘，利用人工智能算法，帮助学生快速识别画作的黄金分割点.信息技术赋予了传统艺术新的生命力.最后，教师引导学生动手创作，运用黄金分割原理设计图案、制作手工艺品.学生的数学知识得到实际应用，艺术想象力和创新意识得到充分发挥.通过案例引领，教师形成了“用数学眼光审美、用审美眼光求真”的跨学科教学理念.他们认识到，数学不仅是一门工具学科，更是一门智慧学科、审美学科.学科教学要立足生活，关注现实，让知识在真实情境中生成.跨学科教学设计要从学生的认知规律和兴趣特点出发，激发学习动机，引导主动探究.要善于利用信息技术营造沉浸式体验，加深学生对知识的理解和运用.案例示范让教师直观感受到TPACK的实践路径，内化为自己的教学思维和行为习惯，形成了持续优化教学的内生动力，推动了教师的专业成长.

（四）信息助力，智慧生成

信息技术为跨学科教学插上了腾飞的翅膀.大数据、人工智能、5G、VR等新技术不断涌现，为教师实施TPACK提供了有力支撑.教师要主动学习信息技术知识，提升技术素养.要善于利用信息化教学软件和智能教具，用技术手段创设教学情境、呈现教学内容、组织教学活动、评估教学效果等.教师要利用网络平台汲取跨学科教学资源，与教学深度融合，通过信息赋能，将教学变得更加智能、高效、精准，从而提升自身的TPK和TPACK水平.

例如，某教师在“数学+语文”的跨学科教学中，利用信息技术设计了一个沉浸式情境体验项目“数学寻宝”.他利用VR技术，让学生戴上头盔，在虚拟的图书馆情境中探索寻宝.图书馆里到处悬挂着数学谜题，学生需要运用数学知识破解谜题，获得进入下一关的密码.每一关又都蕴藏着语文学科的神秘线索，学生需要根据古诗词的意境、寓言故事的哲理、名著人物的性格，找到相关内容的书籍，获取宝藏地图的碎片.寻宝过程中，VR技术营造了逼真的场景体验，学生宛如走进了魔法城堡.AI技术还能根据学生的答题表现和闯关进度，实时调整谜题难度和提示频率，做到因材施教.大数据技术能够采集学生的学习行为数据，分析学生在数学逻辑、语文阅读等方面的优势和短板，形成个性化学习报告.学生在游戏化的寻宝过程中，将数学的严谨性和语文的人文性融合，领悟到学科知识在现实生活中的巧妙应用.

（五）社群互励，持续成长

教师要主动加入各种跨学科教学社群，在交流互鉴中共同成长.线上如加入TPACK教学研究QQ群、微信群，线下如参加TPACK教学沙龙、研讨会等.在社群中，大家要积极分享跨学科教学的经验与反思，碰撞思想火花.要互相听课评课，提供专业反馈.要合作开发跨学科主题课程，集体攻关教学难题.压力是教师进步的动力.优秀者要发挥引领示范作用，帮助他人专业成长.教师只有置身社群生态中，在互励中砥砺前行，才能获得可持续发展的内生动力，成为跨学科教学的行家里手.例如，教师们自发成立了一个“TPACK教学研究共同体”，定期开展线上线下活动.线上成员们在微信群中分享彼此的跨学科教学设计与课堂实录，互相点评反思.线下成员们每月举行一次TPACK主题沙龙，邀请TPACK领域的专家作报告，小组讨论个人在跨学科教学中遇到的困惑和问题.优秀教师现场展示跨学科教学案例，传递经验.在社群的互励中，教师们相互促进，TPACK素养得到持续提升.

结 语

综上所述，TPACK理论为小学数学教师实施跨学科主题教学提供了新的视角和实践路径.学科内容知识、跨学科整合知识、教学设计能力、技术应用能力是小学数学教师开展跨学科教学必须具备的关键要素.而校本研修、项目引领、案例示范、信息助力、社群互励等方式，为培养教师的跨学科教学能力提供了行之有效的途径.当前，人工智能、大数据等新技术正深刻重塑教育生态，教师角色正从“知识的传授者”走向“学习的引领者”“创新的促进者”.跨学科教学作为素质教育的重要载体，对小学数学教师的专业能力提出了更高要求.教师要立足学科专业，放眼多元视野，用数学的思想方法分析、整合其他学科知识，创新教学模式，开发学生的综合素养.这需要教师树立终身学习意识，在实践中不断反思，在社群中持续成长.

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